面对当前国际国内的严峻形势,关乎国防安全的航天工业部门亟需国产化且能够自主可控的三维CAD结构设计软件工具。本文以当前航天弹箭体型号研制过程中使用的结构三维设计软件及其数据格式为研究对象,分析和阐述了目前工程实践中三维设计面临的如下问题:结构三维设计软件工具在型号研制当中出现的诸如在多源异构的结构三维设计工具之间进行三维模型数据交换时丢失模型的设计信息、建模历史信息、无法记录并传递三维模型设计语义信息等问题,以及非国产软件结构三维模型设计工具存在安全性问题,国外商软停止更新维护及商软公司倒闭等原因可能导致的三维模型设计信息长期存储存在风险的问题。通过调研国内外关于多源异构的结构三维设计软件在数据交换时出现的信息丢失及无建模历史、无法交换模型设计语义信息的解决方案,调研国内外对结构三维模型设计信息长期存储的研究,对航天弹箭体结构的特点进行了分析归类。基于航天弹箭体结构三维模型的特点,以本体理论对航天弹箭体结构的数字化三维模型的设计信息进行了表达和描述,定义了层次式的航天弹箭体本体模型,提出了航天弹箭体复杂结构的统一描述方法,对航天弹箭体的结构、管路、电缆等使用层次式本体表达方法实现了统一描述。研究以Creo为代表的结构三维设计软件的表达原理,基于面向航天弹箭体结构三维模型的统一描述方法和Creo对结构三维模型的表达原理,实现了专用于航天弹箭体结构长期存储与模型恢复的自动读取接口模块和结构三维模型的自动复现接口模块的开发,并在运载火箭的贮箱和尾段等结构上验证了统一数字化模型描述方法、信息自动读取接口模块以及三维模型自动复现接口模块的有效性、实用性。在实现航天弹箭体结构统一描述的基础上,实现了航天管路系统和电缆系统基于统一描述方法的应用研究。其中,通过调研现有运载火箭管路系统的设计方式,从几何角度研究了基于统一描述方法的管路系统设计方法,实现了管路系统两个任意位置端口的快速设计。以航天管路系统设计中最常被设计师关注的管路两端端面平行度公差问题为例,基于统一描述方法实现了公差信息的三维复现以及管路系统连接精度快速校核及结果数据输出,实现了在设计阶段基于设计值对管路连接精度进行预测并达到了反向指导设计师对公差进行重新设计的目的。通过调研现有运载火箭箭上电缆的布局方式,从样条曲线角度研究了基于统一描述方法的几何设计,实现了箭上电缆系统的快速布局设计。