目前对于工业机器人及基于机器人的生产线系统的仿真研究，大多是针对特定的研究对象和功能设计的，功能较为单一，适用范围有限，难以适应工业机器人的发展以及工业生产对工业机器人要求的不断提高。为了解决这一问题本文基于ODE(Open Dynamic Engine)引擎建立了工业机器人的三维模型，并在此基础上建立生产线系统的三维模型。本文提出了一种基于混合模型的机器人三维模型设计方案。混合模型结合了机器人的扩展D-H模型，图结构模型和ODE模型。混合模型以机器人杆件的D-H参数作为人机交互接口，为避免D-H参数在描述树形或含闭链结构机器人上的歧义性，D-H模型被转化为图结构模型，利用图结构中顶点之间关系的任意性对机器人进行描述，最后遍历图结构模型并建立ODE模型通过ODE引擎完成对机器人的三维仿真模拟。在工业机器人三维模型基础上，本文设计了生产线系统的三维模型。生产线系统三维模型分为制造设备层和制造工艺层。制造设备层模型包括扩展D-H模型、图结构模型和ODE模型三个层次。扩展D-H模型以工业机器人扩展D-H模型为基础，同时还标识了杆件关节所属的制造设备。图结构模型采用非连通图的形式，用顶点和弧来表征制造设备的杆件和关节。ODE模型用于创建虚拟的生产线系统。制造工艺层模型以Petri网的结构对制造工艺进行抽象。采用条件/事件的Petri网模式，条件、事件结点分别表示制造设备的状态以及在状态之间过渡时采用的运行方式。访问Petri网模型，还原制造工艺并对制造设备进行轨迹规划，由规划获得的控制量经控制接口传递至ODE模型，ODE模型驱动虚拟制造设备的运行，从而实现虚拟制造过程。本文对工业机器人三维模型和生产线系统的三维模型分别进行了仿真实验。工业机器人三维模型的仿真对象选取了两种不同类型的工业机器人，建立了机器人模型并分别进行了直线插补和关节插补的轨迹规划实验。生产线系统三维模型以自动剪切生产线作为仿真对象，建立了自动剪切生产线的虚拟化模型并进行了自动剪切的虚拟制造实验。文中给出了各三维模型的仿真效果，三维模型运动截图以及运行过程中相应的数据曲线，验证了两种模型的有效性。