相比以往单层模型或者分阶段的研究，产品族设计由于其多主体、多层次和多学科的特点，其中的某些问题更适合利用主从模型进行设计，也越来越得到重视。本文从产品族设计的主从关联优化问题入手，首先对产品族主从关联优化模型进行了研究，然后在此基础上对主从优化模型提出了分解协调方法，最后对产品族设计中存在的两类典型主从关联问题进行了详细研究。全文每章节研究分别配以数学算例、通用电机产品族和自行车产品族进行了案例说明。论文的具体工作包括：第一、本文对产品主从优化模型从分析框图、数学模型及一般分类框架等方面进行了理论研究。其中分析框图建立了二维分析模型，数学模型中根据产品族本质属性，研究了具有协同项特征的主从优化模型，最后通过从者之间变量和策略集的划分，给出了模型的一般分类框架。第二、对工程中具有层次结构的设计优化问题，目标级联是一个有效的分解方法。本文针对下层为凸规划的一类双层规划问题，在利用KKT条件转化为单层优化问题后，基于目标级联方法并结合目标函数和约束条件的FDT表，提出了一种两层结构的目标级联式分解方法。第三、在前面产品族一主多从模型一般形式的基础上，针对从者之间决策变量出现耦合的情形，利用在目标函数上添加偏差项，给出了一个分解协调的算法，使得从者之间变量独立，并讨论了原问题的Pareto解与分解协调后问题可行解之间的关系。第四、针对产品族的模块配置为主，属性参数设计为从的一类典型设计问题，建立了一个关联和协同优化的混合0-1非线性双层规划模型：模型的上层是整个产品族的配置优化问题，以成本-效用为优化目标，决策产品族的模块属性配置；下层是产品模块属性的参数优化问题，以属性的技术性能为优化目标，决策与上层配置相匹配的属性参数设计。第五、针对模块属性组合中的一类典型设计问题，在模型中引入了0-1变量实现对模块属性档级的选择，以制造商成本和客户效用的比值及产品族通用性指数作为上层目标，以产品可选属性效用最大化为下层目标，实现必选模块和可选模块的主从优化组合。