低压智能塑壳断路器是智能配电网中关键的保护电器，其可靠性直接影响着低压智能电网的安全可靠运行。操作机构是智能塑壳断路器的核心部件，本文以某智能塑壳断路器操作机构为研究对象，研究了虚拟样机技术和模糊可靠性技术以及模糊稳健设计技术相结合的优化设计方法。文中介绍了智能塑壳断路器操作机构的虚拟样机刚性模型、参数化模型和柔性模型的建模方法。针对智能塑壳断路器的异形主转轴机械特性测试孔难于定位加工的问题，提出一种基于机器视觉技术的平面三点圆心定位方法。搭建了智能塑壳断路器机械特性测试试验台。验证了智能塑壳断路器操作机构虚拟样机模型的有效性。提出一种虚拟样机技术与模糊可靠性技术相结合的弹簧优化设计方法。首先利用虚拟样机优化操作机构驱动弹簧的刚度系数，然后结合模糊可靠性设计技术，以弹簧质量最轻为目标函数，建立弹簧的模糊可靠性优化数学模型，优化出操作机构驱动弹簧的具体结构参数。综合考虑智能塑壳断路器操作机构的手动分闸和自由脱扣两种运动规律，并考虑操作机构在设计制造和使用过程中各种模糊因素对主转轴运动精度的影响，提出一种虚拟样机技术和多目标模糊稳健设计技术相结合的优化设计方法。利用该方法对智能塑壳断路器的操作机构进行了优化设计，并利用ADAMS/Insight的蒙特卡罗方法对优化结果进行了分析。研究表明，利用虚拟样机技术与模糊可靠性和模糊稳健设计技术相结合的方法，优化设计出的智能塑壳断路器的操作机构体积小、分断速度快、且可靠性和稳健性高，符合智能塑壳断路器的发展趋势。