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在仿真优化中高精度的仿真模型大多难以实现，本文提出一种由全局和局部代理模型共同作用的多级代理模型，并与仿真优化相结合提出基于多级代理模型的仿真优化算法。运用Kriging近似理论和RBF神经网络分别构建全局代理模型和局部代理模型，并在仿真优化的过程中在线更新代理模型。通过算例对算法进行验证，结果表明多级代理模型具有良好的逼近能力，基于多级代理模型的仿真优化方法具有良好的鲁棒性和寻优性能。