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充分利用已有CAD模型形状可显著提高产品结构设计效率。同步建模通过提取满足设计意图的形状特征，并自动获得约束驱动结果，成为产品形状重用与快速设计的重要技术途径。随着产品复杂性增加，设计意图呈现多样性、复杂化特点，需要研究相应的特征提取及约束驱动方法，以支持快速的同步建模过程。为此，本文结合国家863重点项目“基于Modelica技术体系的复杂产品设计软件”，提出基于多层次表示的三维同步建模方法，重点开展以下几个方面的研究工作。 在分析CAD模型蕴含设计意图的多样性和层次化特性的基础上，提出三维CAD模型多层次表示方法（Multilevel Representation，MLR），基于产品三维CAD模型边界表示，通过对几何拓扑及其变更痕迹的分析与综合，自动识别基本面特征、简单形状特征，及通过其垂直、阵列等构成的关系特征，以反映简单设计意图；通过这些特征间的隶属关系(面→简单形状，特征→关系特征），并充分利用多叉树层次化表示特点，构建三维CAD模型多层次表示，以支持通过不同结点组合反映多样化的复杂设计意图。 针对产品CAD模型中存在的由多个面及简单形状特征组成的复杂形状，可能难以通过固有的模式或规则进行定义，提出基于启发式扩展属性图匹配的复杂形状特征提取方法，利用扩展属性图（EnhancedAttributed Graph，EAG）中的扩展属性描述特征的组成、关系及轮廓等三维形状信息，通过MLR到EAG的映射，建立模板及CAD模型的扩展属性图描述，通过启发式地图匹配，充分利用已有匹配结果，建立禁忌匹配集合，以大幅缩减搜索空间，实现由CAD模型中高效提取复杂形状特征；以此为基础，可依据不同层次特征对应的扩展属性定义，实现符合多样化设计意图的匹配结果获取。 针对同步建模中CAD模型约束驱动所面临的欠约束问题，提出基于虚几何的约束驱动方法，从MLR中搜索与驱动对象相关的形状与关系特征，通过这些特征到约束对象及约束的映射，借助虚元素使约束方向与约束对象定义方向（如法矢）相一致，以建立可求解的初始约束有向图；以此为基础，自驱动对象开始，沿约束传播方向依次对各结点进行自由度分析以定位欠约束结点，以最小几何拓扑变更为准则对所需约束进行几何推理，自适应地为欠约束结点增补相应虚几何约束，并通过混合约束求解，使驱动结果更为符合设计意图要求。 基于上述研究，开发三维同步建模原型系统InteModel，实现产品CAD模型的快速构建、特征提取与约束驱动，以支持产品形状的重用与再设计。最后通过工程设计应用实例，验证了本文研究成果的正确性和有效性。