基于三维模型的数字化设计与制造已成为离散制造业的主流模式,其中三维工序模型又是实现三维工艺设计的关键技术之一。而三维工序模型的构建由于其严格的拓扑结构和约束关系,很难通过复制/修改三维设计模型完成,往往需要工艺人员交互构建且工作量大。由于工艺设计的复杂性,工艺更改较为频繁,进一步引起三维工序模型更改甚至重构,导致工艺设计人员效率低,因此如何快速构建三维工序模型是实现单源数据驱动的设计制造亟待解决的难题。本文提出了一种基于制造特征与加工元的三维工序模型构建方法,旨在为快速三维工序模型构建探索有效的理论、方法与实现途径。该方法是将设计模型以制造特征、加工元为单元进行结构化表示,工艺以工序、工步为单元进行结构化表示,以加工元与工步建立关联实现制造特征结构树与工艺结构树的关联;以加工元作为基本单元动态地生成加工元体,进一步与前驱工序模型做布尔差运算,构建出动态演变的三维工序模型。本文的研究工作及成果如下:提出一种基于制造特征与加工元的三维工序模型构建架构。该架构首先从理论上完成三维工序模型的表达,提出以简化加工元体为基本单元,通过对制造特征的表达、制造特征的提取及加工体的生成来完成三维工序模型的构建。在此基础上,通过对工序模型、制造特征树、工艺树进行结构化表达及数据库关联管理,提出三维工序模型的构建流程和修订流程,实现三维工序模型的修改及再生成。提出一种面向工序模型构建的制造特征表示方法。该方法在研究制造特征造型技术及其几何特点的基础上,对制造特征进行统一表示并以此构建制造特征库,为制造特征的提取和加工元体的生成提供基础。首先,依据制造特征的不同造型方法将其分为模板制造特征、规则制造特征和辅助制造特征。接着,在研究制造特征各自造型技术及其几何特点的基础上提出相应的表示方法,并采用关系型数据库构建一种可扩充的模板制造特征库,采用面向对象编程技术构建规则制造特征库与辅助制造特征库。最后,综合模板制造特征、规则制造特征和辅助制造特征的表示方法,对制造特征进行统一表示。提出一种基于模板的制造特征加工元体生成方法。该方法在借鉴参数化设计造型基础上,采用基面匹配制造特征提取方法,通过与模板制造特征库进行基面匹配实现制造特征提取,并依据几何面计算所得定位定形参数来驱动加工元体,以此实现加工元体的定位定形。首先,采用凸边分解算法将设计模型分解为一系列连通子图,在判定连通子图基面的基础上,与模板库中的制造特征基面进行基面匹配提取制造特征并补全丢失的侧面,进一步判定放置面。接着,读取模板制造特征的参数集,依据参数关联的几何面序号与参数类型计算参数值,依据提取的制造特征几何面的映射面属性更正参数值。最后,以参数驱动加工元体,实现加工元体在前驱工序模型上的定位定形。提出一种基于拉伸成形的规则制造特征加工元体生成方法。该方法在借鉴草图拉伸成形造型方法基础上,采用规则匹配制造特征提取方法,实现规则制造特征的提取和加工元体的拉伸成形。首先,采用凸边分解算法将设计模型分解为一系列连通子图,采用规则匹配算法识别制造特征类型,在此基础上提取规则制造特征的基面、拉伸起始面和拉伸终止面。接着,依据基面获取制造特征轮廓线,参照前驱工序模型生成加工元基准轮廓线,并对加工元基准轮廓线进行曲线偏置生成加工元轮廓线。最后,计算拉伸高度并拉伸加工元轮廓线生成加工元体。设计及开发一个基于制造特征与加工元的三维工序模型构建原型系统。该系统支持制造特征表示、制造特征提取、加工元体生成等关键技术,实现制造特征结构树、工艺结构树的编辑及管理、模板制造特征库的构建及浏览、三维工序模型的浏览等功能,并以典型零件为例来验证本文的研究思路和理论的正确性、研究方法和关键技术的可行性。三维工序模型构建技术涉及到计算机图形/图像学、计算机视觉、机械设计和制造等多个领域的知识,是一个十分复杂的研究课题。本文所提出的制造特征表示方法、制造特征提取方法、加工元体生成方法不仅实现三维工序模型的构建,也可应用于三维模型检索、三维工艺方案相似性评估以及三维工艺方案重用等工程领域。