微器件是决定微机电系统（MEMS）功能和性能的关键性部件，设计和制作出高性能、高灵敏度和抗干扰性强的微器件结构已成为MEMS实用化的关键。随着微加工技术的提高以及微器件功能集成的需求显著增加，微器件的结构特性和工作环境呈现出越来越复杂的趋势，迫切需要引入先进的分析方法、设计模型和设计思想。　　 本研究以典型的具有谐振结构的MEMS微器件为研究对象，提出了多物理场工作环境下的微器件的一体化建模和性能解析方法；以提高器件性能和稳定性为目标，将微器件的工作环境、工艺等纳入考虑范围，对典型微器件的一体化再设计进行了深入而系统的研究：　　 （1）为提高微器件设计和解析过程中的建模精度，建立了面向微器件最终输出性能的高精度一体化行为模型，实现了微器件性能的高精度解析和分析；为提高解析效率，将子结构的模型化方法应用在微器件的一体化建模中，在实现微器件性能的高效高精度解析的基础上，完成微器件最终输出性能的动力学特性分析。　　 （2）考虑到微器件的管理和复用性问题，建立了典型微器件库，以集成信息系统的方式来对不同类别的微器件进行开发设计和数据管理，形成以器件库为基础的MEMS设计体系。　　 （3）为快速获得微器件的宏观性能，提出了面向对象的微器件结构快速建模方法，使用封装数学模型的模块来表示独立的组件或者局部结构，根据MEMS的功能模型来确定其输入输出信号，离散求解系统响应。对象底层数学模型着重基于对象的功能建模和工作环境中状态的迁移原则，计算速度快且易于修改，可自由搭配重复使用，实现了较好的解析精度和速度。　　 （4）为解决复杂工作环境下微器件的多物理场耦合效应解析问题，引入自组织的元胞自动机思想，提出了适用于表征微器件特性的自组织解析流程和方法，推导了多物理场耦合效应的自组织局部规则，对微器件多物理场耦合产生的不同情况进行了模拟分析，验证了所建的自组织耦合解析方法的可行性和算法的效率。　　 （5）为提高微器件的性能及其批量稳定性，提出了典型微器件的一体化再设计思想与方法，将设计对象的工作环境、工艺等纳入考虑范围，综合运用健壮性设计、自组织设计、多学科设计优化等再设计技术的集成和协同，提高了微器件的输出性能，同时弱化了加工工艺和使用环境对微器件的输出性能的影响。以微机械陀螺和微加速度计等典型微器件的再设计过程为例，利用灵敏度分析、遗传优化等技术研究了微器件的一体化再设计，优化后的数值计算表明微器件的整体性能有了大幅度提高。　　 （6）为将一体化再设计的理念付诸应用，开发了MEMS器件级仿真与再设计平台，将先进的设计理念和设计思想融入其中，实现了一体化再设计技术的软件集成和完整的器件设计流程，提供了一种提高MEMS产品的设计效率、保障产品质量的有效途径。