由于设计知识缺乏和运行环境多变,水下结构物设计过程中存在大量不确定性。不确定性不断交叉传递与积累,导致水下结构物在运行过程中部分性能指标可能发生变化和偏移,甚至引起故障和失效,故在考虑不确定性因素的影响下进行水下结构物的稳健设计是很必要的。而常规的嵌套优化方法往往会消耗大量资源,近些年来基于代理模型的设计优化方法极大地提高了水下结构物的设计效率,但构建的代理模型预估的响应值和真实响应值之间存在误差,即代理模型预报的不确定性。另外,制造过程中的加工精度对水下结构物的性能稳健性影响也较大。因此,如何综合考虑代理模型误差及不确定性因素的影响,高效地进行水下结构物的稳健设计,以及性能稳健性与制造精度一体化设计已成为亟待解决的难题。为解决以上问题,本文开展了如下研究:（1）针对区间不确定性稳健性优化问题,提出了一种基于既往优化知识的稳健性优化方法（PK-RO）。该方法基于嵌套差分进化算法格式,利用临界距离内已经精确计算过的个体响应值来近似评估内层个体响应值,以此近似评估个体稳健性指标来大幅度地减少原函数的调用次数、降低计算成本。同时利用进化过程中逐步扩充的精确个体响应值的信息,选择性地重新评估已往个体的稳健性,并根据评估误判率自适应地调整临界距离来降低稳健性误判率。3个数值算例的结果证明了PK-RO算法的有效性。与其他算法相比,在优化目标误差小于2.5%的情况下,计算资源减少幅度达到94%以上。（2）针对嵌套优化方法处理稳健性优化耗时的问题,提出了一种融合稳健解和代理模型精度的序贯稳健性优化方法（SU-RO）。该方法首先用Kriging代理模型替代耗时的有限元计算,基于代理模型进行蒙特卡洛模拟来评价稳健性指标,其次提出稳健解更新策略以及目标函数和约束函数代理模型更新策略,来保证优化解的精度和稳健性。4个算例的优化结果表明,提出的SU-RO算法相较于PK-RO及其他稳健性优化方法具有更高的效率,在很大程度上减少计算资源的同时得到了目标更优且稳健性更好的设计方案。最后对SU-RO算法的种群个体数、初始样本点数和修正间隔代数3个关键参数的取值进行了讨论,分析得到了取得最佳效果的参数值。（3）针对如何根据产品性能及稳健性要求,同时确定稳健解和加工精度（设计容差）的问题,提出了一种性能稳健性与制造精度一体化设计的数学模型。将修改后的SU-RO稳健性优化方法应用于简化内置液舱结构和超材料隔振器结构性能稳健性与制造精度一体化设计,在固定性能和目标稳健性要求的情况下,分别得到了最佳设计方案及其对应的容差半径。经过稳健性验证及最大容差区间验证,证明了一体化模型和算法求解的正确性。随着目标性能和目标稳健性两项指标要求的放宽,容许的最大加工误差也逐渐增大,需要的制造精度呈下降趋势。本文研究工作为水下结构物典型装置的稳健设计优化以及制造精度控制提供了新的方法和指导。