随着科技的进步以及人们对产品需求的质量越来越高，二维表征参数由于其自身不能够完整反映表面形貌的局限性，越来越不能满足人们的需要，专家学者开始寻求新的评定方法来表征零件表面微观形貌，对表面形貌的评定开始由二维的表面表征转向三维的表面表征。虽然三维表征参数已经取得了一定发展，但是这些三维表征参数仅仅是对零件表面几何特征进行描述，与表面的功能特性无关，无法与实际应用紧密地结合在一起。因此如何制定规范的三维表面表征参数算法以及让这些三维表征参数与表面功能特性结合在一起成了一个迫切需要解决的问题。通过对比分析二维表面粗糙度参数的定义以及评定方法，参考国内外三维表面粗糙度的评定方法，根据最小二乘法建立三维粗糙度参数的评定基准面，拟定出常见的24个零件三维粗糙度表征参数的定义及数学算法。分析了零件表面的功能特性，对比几种不同相关性分析方法的优缺点以及适用范围，提出了灰关联分析法对三维表征参数和单一表面功能特性的内在相关性进行分析，构建了基于灰关联的三维表征参数与表面耐磨性，耐腐蚀性，疲劳强度特性之间的相关性分析模型。根据三维表面粗糙度参数与功能特性之间有层次结构，功能特性的种类繁多以及三维表征参数之间相互影响的特点，提出了层次分析法对多功能表面特性与三维表征参数的内在相关性进行了分析，建立基于层次分析法的多功能表面特性与三维粗糙度参数的层次分析模型。利用泰勒-霍普森公司的白光干涉仪CCI6000测得单一表面功能特性指标的原始数据，采用灰关联分析模型对单一功能表面与三维粗糙度参数相关性进行实例分析，得出单一表面功能指标影响因子的权重大小以及排序；在此基础上，计算表面功能特性对耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度需求权重比为1:1:1时的层次分析模型。通过对层次模型和结果的理论分析，构建了基于表面功能特性的三维粗糙度参数体系。