随着科学技术的不断进步,机械系统越来越精密、复杂,其内部各组成部分之间的相互作用也日益明显。机械系统设计通常涉及到多学科、多目标、多约束、多个设计变量,使得机械系统的总体设计过程十分复杂。为挖掘设计潜力,提高设计质量,多学科设计优化(Multidisciplinary DesignOptimization,MDO)理论得到了极大重视。MDO通过充分利用各学科间相互作用所产生的协同效应,获得系统的整体最优解或工程满意解。目前,MDO已引起了国内外学术界的广泛关注,并在航空航天领域内取得了巨大成功,产生了巨大的效益。MDO在航空航天领域内的巨大成功也引起了其他工程设计领域的重视,MDO的应用范围已经拓展到了武器、汽车、计算机、通信、机械、医疗以及建筑等各个领域。引入MDO的思想到机构设计领域,研究了机构的设计模式。介绍了机构的串行、集成和MDO设计模式的定义,分析了机构设计模式的思想,建立了机构设计模式的优化模型,研究了机构设计模式的优缺点。归纳了MDO的耦合因素的类型,分析了影响MDO子系统之间耦合程度的一些主要因素,研究了耦合因素相互作用的机理,着重对交叉耦合因素进行深入研究分析,利用灵敏度计算结果,定义强弱耦合因素的概念,利用模糊数学信息,定义耦合因素的隶属度函数,提出强弱耦合因素的判定准则,构建了基于灵敏度分析的MDO解耦方法。分析了近似技术应用于MDO的重要性,阐述了MDO的局部近似技术和全局近似技术,归纳了试验设计方法。针对CO算法系统级的计算困难的难题,采用均匀设计方法,选取近似模型的样本点,利用Kriging近似技术,构造了系统级约束的近似优化模型,提出了改进的CO算法。分析了MDO系统的特点,提出了基于层次分析法(Analytic HierarchyProcess,AHP)确定各个子系统(学科)重要度的步骤,介绍了满意度和满意解的定义,列举了满意函数的常见分布类型及函数的选择问题,阐述了复杂系统MDO可行解的综合满意度的评价方法,建立了MDO可行解的满意度评价模型,构建了MDO可行解的评价函数,提出了MDO可行解的满意评价方法,从而指导进一步的设计。本文把MDO引入到机械设计领域,系统地研究了机构的设计模式、MDO的耦合复杂性难题、MDO算法和MDO可行解的评价方法等MDO关键技术,并将这些方法成功应用于机构系统设计与MDO经典工程算例。