面对机械创新设计的需求，论文通过对机械设计的认识，回顾了CAD技术的发展状况，分析了当前支持机械创新设计CAD方法的成就与不足。从机械创新设计特征和创造性思维的角度出发，研究了机械创新设计的思维认知，提出了基于思维模式的机械创新设计模型，探讨了CAD支持机械创新设计的方式和途径。 基于机械创新设计模型，论文以机械创新设计的思维认识为基础，系统地探索了支持机械创新设计的CAD方法：●研究了机械创新设计中需求识别的特征和作用，提出了设计要求的表示方法。●探讨了机械功能设计的目的，将机械功能设计过程分为功能辨识和功能抽象两个阶段，提出了一种功能分类方法和功能表示方法，建立了基于功能分类的功能模型，并提出了基于联想引导的机械功能设计方法。●基于功能-行为-结构模型，研究了行为和原理知识的表示方法，建立了行为模型，将概念设计分为功能逻辑结构生成、原理方案发现和设计方案形成三个步骤，提出了基于组合的功能逻辑结构生成方法、基于类比的的原理方案发现方法和基于组合的设计方案形成方法。●从机械创新设计的需求出发，分析了机械创新设计中机械结构抽象与演化特征，提出了基于逻辑的概念结构模型，探讨了基于该模型的机械结构演化方法。●从几何模型变异的角度出发，分析了基于约束的参数化设计特征。根据单元复形思想，探讨了二维扩展欧拉操作与几何约束间的内在关系，引入了拓扑与几何约束相关性的概念，提出了基于拓扑的几何推理方法。引入了基于面的特征原型概念，提出了基于特征语义的特征造型方法。●研究了设计评价的要求和设计评价模型的特征，基于数据融合的思想，提出了设计评价框架和基于证据理论的设计评价数学模型。●根据机械设计系统化与计算机支持形式化统一的思想，提出了基于组件的CAD系统模型，探讨了在这一模型下的研究和实践策略，并进行了原型系统实现。 论文较系统地研究了支持机械创新设计的CAD方法和实现策略，为今后的研究和实践工作建立了一个框架。