随着信息技术和自动化技术的不断发展,传统的基于经验的公差设计,已不能适应制造业发展的需要,因此迫切需要实现公差数字化设计,但由于公差是实现产品功能、协调其技术经济性的关键指标参数,而公差设计则是一个典型的多因素综合影响的复杂过程,如：产品的功能、结构、工艺、装配、检验、材料及应用条件特征等因素均直接影响着公差的确定,因此目前尚没有统一的公差规范设计方法,以至于设计、制造和检验的过程中缺乏统一的标准。为了解决这些问题,新一代GPS集几何产品技术和计量认证为一体,提出了特征,要素,表面模型,对偶性等新的理论,这些理论为解决基于功能的公差数字化设计提供了新的方法。其中规范表面模型是指导公差设计的纽带,规范操作算子是实现公差设计的途径,两者对实现产品的规范设计过程与测量认证过程的对偶性奠定了基础。本文在新一代GPS标准体系下,研究典型几何特征数字化建模及规范设计,主要做了以下几个方面的工作：第一,对GPS的基础理论进行了深入地研究。分析了特征、要素、恒定度、恒定类、表面模型之间的区别和联系,讨论了对偶性原理在产品生命全周期中的作用,综述了新一代GPS理论在产品制造业中的作用。第二,基于SDT理论研究了几何公差带的三维公差域建模方法,并基于新一代GPS规范了的典型形状公差(直线度、平面度、圆度、圆柱度)和典型位置公差(如平行度)的数学定义,建立了典型几何公差域的数学模型,实现了要素的定义、描述和规范的数学表达统一第三,基于蒙特卡洛理论和曲面拟合技术研究了典型几何公差的虚拟仿真模拟,构造了典型几何特征轮廓的肤面模型；研究了材料、加工工艺、结构等对肤面模型的影响,建立了典型几何特征肤面模型的修约规则：研究了有平面度、空间直线度、圆柱度规范要求的典型几何特征肤面模型生成方法。第四,基于GPS的典型几何特征规范设计研究。基于新一代GPS的操作和算子技术对所建立的肤面模型进行了规范操作,得到模型的系列特征值,并基于概率统计法得到了产品的规范特征值,用来指导公差设计。第五,开发了原型系统。以CATIA为平台,以VB为开发工具开发了典型几何特征数字化建模及其规范设计的原型系统,并进行了实例分析,验证了系统的有效性。该系统可以实现对平面度、素线直线度、空间直线度、圆柱度等特征的规范表面模型的建立和规范设计。