进入21世纪以来，机电产品设计的节奏快速化、结构复杂化、功能集成化、需求个性化的发展趋势日益明显，从多个方面给产品设计理论以及设计者带了新的挑战。本文将研究定位在从概念设计到详细设计初期（Pahl的概念设计和物化设计）这一最为重要的设计阶段，从基于知识的设计角度出发，针对现有知识建模方法缺乏知识的连续性，难以支持多粒度、多领域知识表示，现有设计知识模型将各个设计阶段割裂，难以有效集成，现有基于知识的设计方法忽视产品设计的系统整体性，无法对功能拓扑和结构拓扑的构建进行有效支持等问题，提出了原理-结构-参数模型以及基于该模型的知识建模和设计求解方法，以有效支撑这一阶段的设计工作。本文的主要研究内容如下：(1)研究了基于原理-结构-参数模型的知识表示方法。在功能原理设计、物理结构设计、物化参数设计三个设计阶段划分的基础上，针对各个设计阶段知识粒度和知识形态的差异性，提出了功能知识元建模、功能实例建模和参变量约束建模等知识建模方法；在原理-结构-参数模型的统一框架下，对各设计阶段的知识进行建模和表示，实现了从定性设计知识到定量设计知识的连续过渡表达。(2)研究了功能原理设计的求解方法。提出了基于功能相似度推理的设计原理选择方法，研究了基于功能流形态及形态转换的功能拓扑设计方法；提出了基于功能草图的原理解可视化方法，并给出了原理解的评价方法。(3)研究了物理结构设计的求解方法。提出了基于约束包容相似度的功能实例选择方法，提出了基于功能拓扑映射的功能流接口设计方法，以及基于功能流接口强度的结构元安装接口设计方法，并给出了结构方案评价原则。(4)研究了物化参数设计的求解方法。提出了基于功能流形态的物化求解轨迹的规划方法，研究了基于参变量关联矩阵变换对参变量方程组进行梯次降维、分割求解的方法；针对“病态”参变量方程组，提出了复合运动粒子群算法；给出了物化方案的装配设计和验证优化方法。(5)进行了系统原型开发和理论实践应用。开发了基于原理-结构-参数模型的机电产品设计的计算机辅助系统原型——Design Synthesis Lab；以全自动数字化显微镜机电系统设计为例，对本文理论方法进行了应用，验证了本文理论方法的有效性。