随着工业4.0和中国制造2025计划的实施,数字化设计与制造智能化成为了机械发展的主要方向。计算机辅助公差设计技术(CAT)作为CAD/CAM集成化的重要内容,对于提高设计效率、进一步实现智能制造具有重要意义。然而,CAT却远远落后于CAD的发展。针对这一问题,本文开展了 CAT研究,并开发了一种集成于SolidWorks三维设计软件中,通过与模型交互,高效实现公差优化设计工作的插件系统。本文开展的具体研究工作主要如下:首先,探讨了利用二次开发工具API SDK将CAT设计集成到SolidWorks平台的方法。通过分析SolidWorks二次开发API的接口模型结构和二次开发时所生成的框架代码,调查了插件系统与SolidWorks之间的链接和数据交换方法,以及插件具体功能的实现手段。运用获取回路零件与配合信息的API,创新地提出了易于回路搜索的数据组织结构,以及基于配合位置信息判断组成环增减性的方法,并实现了基于三维CAD模型的尺寸链的自动生成。其次,对目前主要的公差分配和公差分析方法进行了对比研究,论述了运用蒙特卡洛法进行公差分析的具体实现方法。通过建立标准公差数据库,实现了对公差数据的自动获取,提高公差设计效率。最后,研究了公差优化分配的相关理论,重点分析了不同约束条件(极值法约束条件和统计法约束条件)下的成本-公差模型,以及结合了田口质量损失模型的多目标优化方法。通过调研得到的成本数据应用不同优化方法进行计算,分析了造成不同结果的原因。本文设计的CAT设计模块被集成在SolidWorks三维CAD平台中,可直接从三维装配模型中获取数据,自动生成尺寸链,并提供了多种公差分析和公差优化分配方法,可较为方便地进行公差优化设计与验证,大大提高了公差设计效率。