产品族,作为实现“规模经济”的有效方式对工业界产生了广泛而深刻的影响,在“互联网+”时代的背景下,它不仅仅是大规模定制的核心概念更是实现工业发展的重要手段。模块化产品族设计因其多设计主体、多层次结构和多优化目标的特征,广泛存在着具有主从关联结构的优化问题。双层规划,作为数学规划领域中唯一能够描述多层次、多主体的优化方法在近年来也得到了较为广泛的关注。本文基于双层规划理论与方法,从模块化产品族设计主从问题的层次结构入手,首先对模块化产品族设计的主从关联决策框架进行了讨论,并对产品族特色的主从对策问题的决策机制进行了分析与阐释,在此基础上构建了针对不同具体问题的主从关联优化模型,然后提出结合模型特点的嵌套式遗传算法作为求解方法,最后针对目前模块化产品族设计中的三类常见主从关联问题进行了详细阐述。全文各章节均附以案例对研究进行阐释。本文的研究主要包括:第一、针对模块化产品族设计中的主从关联优化问题从层次结构到决策框架及技术路线等方面展开了理论研究。逐层深入地对模块化产品族主从关联优化问题进行研究,并对具有产品族特色的主从对策问题的决策机制进行分析与阐释,为下文的模型构建和案例分析提供了理论基础。第二、在对层次结构深入分析的基础上,结合决策框架可以构建针对模块化产品族设计主从问题的协同优化模型,即双层规划模型。针对这类含有0-1变量的非线性双层规划提出了一种结合产品族特点的嵌套式遗传算法的求解方法。第三、基于理论基础与模型及求解方法基础,对面向产品族的模块化设计进行关联优化,构建了一个全局-局部的双层规划模型,并以案例研究比较了关联优化与非关联优化的设计结果,结果表明采用关联优化方法的设计结果更优。第四、针对模块化平台架构为主,产品族架构为从的一类典型设计问题,建立了一个协同优化的双层规划模型:模型的上层是平台架构的优化问题,以成本-效用为优化目标,决策平台模块的选择;下层是产品族架构优化问题,以市场效用为优化目标,决策平台架构基础上的产品族架构结果。第五、以市场博弈为背景对模块化产品族配置的优化问题进行研究。模型的上层是主者的产品族配置优化问题,下层是从者的优化问题。二者在产品族配置中不仅要考虑工程与顾客的交互要素,还要考虑市场博弈的对策问题,从而实现优化的产品族配置方案。