随着全球经济一体化的发展,协同产品开发成为最有竞争力的产品开发方式。协同产品开发一方面使得供应链上下游企业更加专业化和特色化,另一方面又使得相关企业通过企业动态联盟的方式进行跨地域、跨组织的协同工作。各个专业厂商由于历史、文化、习惯等等方面差异,往往采用不同的CAD系统进行协同产品开发。甚至在同一个企业内部,设计人员也会根据产品的特点,在不同的设计阶段使用不同的CAD系统。因此,异构CAD系统之间的模型数据交换成为协同设计过程中不可回避的关键科技问题。为此,本文开展CAD模型在线集成与离线集成的关键技术研究,在异构CAD在线集成中的一致性维护、异构CAD离线集成中的特征互操作理论、异构CAD离线集成中的奇异特征互操作方法以及三维模型相似度比较方面取得了创新性成果。提出了基于建模历史一致性的协同CAD并发控制方法。对协同CAD建模操作间的关系进行了详细分析,构造了考虑建模历史的并发控制模型,该模型通过状态向量实现建模操作问的因果关系维护,通过重构操作历史解决建模操作间的偏并发关系,并将存在并发关系的建模操作分为互换、屏蔽和互斥三类分别进行处理。设计了支持建模历史一致性的协同CAD并发控制方法,本地站点产生的操作立即执行,远程站点调用并发控制模型中的处理机制完成远程操作的并发控制。实验结果表明该方法为用户提供了自由并发交互协同工作的同时,能够维护各协同站点建模历史的一致性。提出了基于定向变异粒子群的异构CAD模型互操作方法。探索了基于特征模型的互操作理论框架,并研究了特征模型互操作框架之下的奇异特征互操作方法,提出基于拟合的样条草图互操作方法,构造了异构CAD系统间支持特征模型互操作的样条草图互操作模型。采用了粒子群算法进行优化求解,并且提出了改进的曲率自适应学习因子和定向变异等策略,提高了算法的收敛速度,增强了算法的全局搜索能力。大量实验研究表明,该方法有效地维护了特征模型的高层语义信息和几何保真度,使得交换之后的模型具有良好的互操作能力。提出了基于非对称的异构CAD模型互操作方法。在特征模型互操作理论框架的基础上,研究了异构草图互操作方法,完善了特征模型互操作理论。提出了基于语义非对称的奇异特征互操作方法和基于参数非对称的奇异草图互操作方法。改进了基于参数非对称的异构草图互操作中的优化模型,引入Hausdorff距离,并采用了分布估计算法进行优化求解。实验结果表明该方法在对奇异特征的互操作中,维护了奇异特征的几何一致性,同时保留了特征信息；在对奇异草图的互操作中,不仅提高了样条草图互操作算法的性能,还提高了样条草图互操作的精度。提出了基于空间关系自适应的高效Hausdorff距离计算方法。根据三维模型在空间中的位置关系,分别提出了非重叠Hausdorff距离计算算法(NOHD)和重叠Hausdorff距离计算算法(OHD)。在NOHD算法和OHD算法的基础之上,提出了的基于空间关系自适应的高效Hausdorff距离计算方法,根据点集对的具体空间位置关系,自适应的采用NOHD算法,EARLYBREAK算法和OHD算法计算Hausdorff距离。实验结果表明,NOHD算法有效地减少遍历八叉树的节点个数；OHD算法有效减少遍历点的个数；针对点云模型和CAD模型,与经典的算法做了大量对比实验,结果表明该方法的高效性。综上所述,本文实现了基于建模历史一致性的在线CAD协同设计,研究了异构CAD离线集成中基于特征的互操作理论及应用,提高了Hausdorff距离计算算法的效率。在理论和关键技术方面的成果可为解决实际异构CAD模型在线集成和离线集成提供了重要的途径。