随着经济的全球化和制造的全球化,制造企业为了在竞争中求生存,必须尽力缩短产品开发周期,提高产品质量,降低产品成本,其中产品的设计是关键环节.而目前的CAD系统存在以下方面的不足:仅能对零件结构的几何信息进行描述和显示,而不是进行设计;设计参数与几何模型分离;装配关系的描述只限于几何元素间的低级关联信息,零件之间缺乏内在的联系和装配约束.这造成了CAD系统支持信息集成、产品创新设计能力的严重不足的现状.物理模型是在研究了国内外相关理论进展后提出的,是一种新的,能够描述机械零、部件之间物理信息的计算机内部模型,与现有CAD系统的几何模型、拓扑模型,特别是装配模型结合起来,便可以描述和记录机械零、部件的几何信息、拓扑信息、装配信息以及产品的载荷等物理、力学信息.分析模型作为物理模型的一部分,起着分析产品的物理特性,支持设计过程的作用.我们提出了基于有向图和逻辑规则的层次性分析模型,使得产品定义不仅具有良好的可视化表现形式,又有严格的形式化描述,能描述真实世界存在的多种复杂关系,且形成的模型可以方便地在计算机环境中实现.由于分析模型采用了基于图论的统一的数据结构和建模方法,实现了设计过程和信息的集成;针对目前功构映射的不足,提出了基于功能面和功能联结结合的映射方法,并以功能目录辅助设计的展开;针对设计过程中频繁修改的问题,我们提出了动态调整的理论和方法;提出了层次化的基于图匹配的约束求解策略,建立了设计参数的传播与继承机制、约束网络的搜索与作用机制,既支持CAD几何建模也支持分析模型的约束求解.该文以CAD软件Pro/Engineer为平台进行开发设计.通过对产品信息模型中物理模型的研究与实例开发应用,可以证明物理模型可以弥补CAD系统的不足,更好的进行数据管理和数据集成,由于在这一过程中对典型零件的设计过程计算机化,使得产品的设计周期大大的缩短,设计精确度大大提高,从而保证了产品的设计质量,能够全面提高产品的市场竞争能力.