由于能够以低成本高效地向市场提供多样化的产品变体以满足顾客的个性化需求,产品族设计和基于平台的产品开发被认为是实施大规模定制的有效策略。优化方法和智能算法已经被广泛开发并应用于整个设计与开发过程中的产品线和产品族决策问题。最近,双层优化在产品族设计中的应用表明基于Stackelberg博弈理论的主从关联决策模型的应用潜力。本文基于Stackelberg博弈理论和双层优化技术对产品线和产品族设计中的若干主从关联优化问题进行了研究,主要工作分为以下五部分:(1)对相关文献进行了综述,包括产品族设计与开发的整体决策框架以及其中的优化方法、产品线设计优化问题以及考虑竞争性反应的产品线设计优化、自制或外购决策与供应商选择问题、双层优化及其在产品设计中的应用。(2)针对竞争性产品组合管理问题,基于Stackelberg博弈理论建立了主从双层优化模型,应用于数值算例以获得Stackelberg均衡方案,与Nash均衡方案进行了比较,并讨论了模型参数变化对计算结果的影响。(3)针对竞争性产品线设计问题,提出了以市场新进入者为主、以现存公司为从的一主多从决策框架,建立了0-1整数非线性双层优化模型,开发了带序贯迭代程序的嵌套双层遗传算法,应用于手机竞争性产品线设计的案例,并将结果与不考虑竞争性反应的传统产品线设计、以及Nash均衡策略进行了比较。(4)针对考虑自制或外购决策的产品族架构设计优化决策问题,提出了以架构设计为主、以自制或外购决策为从的主从交互决策框架,建立了0-1整数非线性双层优化模型,开发了嵌套双层遗传算法,应用于变压器产品族架构设计的案例,并将获得的方案与一揽子方法和两阶段法的计算结果进行比较,对模型中的参数进行敏感性分析。(5)针对产品族配置设计与外包决策的关联优化,从分布式协同设计视角构建了以配置设计为主、以外包决策为从的博弈决策框架,建立了以公共偏差函数作为上层目标函数的非线性双层优化模型,开发了相应的嵌套双层遗传算法,应用于考虑外包决策的咖啡研磨机产品族的配置设计案例,并将结果与两阶段法、最大化市场份额、最小化工程成本、最小化外包成本等其他四种方法进行比较。