遗传程序设计(GP)是在遗传算法(GA)的基础上提出的，是一种借鉴生物界自然选择思想和遗传机制的全局随机搜索算法。由于GP通过智能搜索可实现自适应寻优，因此得到了广泛的研究和应用。本文首先对GP理论知识进行深入研究，针对简单遗传程序设计(SGP)算法存在的一些缺陷，提出几种改进方法：采用平均生成法得到质量较高的初始群体，加快寻优过程，改善GP的收敛性能；建立基于模糊因子函数的适应度函数，使对个体的评价更合理；引入个体强制变异、局部补差等操作算子，以克服随机性大、收敛速度慢等缺陷；引入化简操作算子，限制个体规模爆炸，控制个体树生长。通过曲线拟合的实例验证了改进GP的有效性。利用GP拟合曲线的优势，将GP应用于凸轮轮廓曲线设计中，将凸轮机构从动件的运动规律曲线离散为数据点对，用给定的数据点对与设计曲线的数据点对的距离作为原始适应度，采用GP拟合凸轮轮廓曲线，并能得到凸轮轮廓曲线的解析函数，实现凸轮轮廓曲线的自动设计。机构创新设计的目标是产生符合设计要求的新机构，在机械产品设计的第一阶段，即总体方案设计能打破传统设计方法，从选型设计转向构型设计。因此，本文将GP应用于机构构型创新设计中，进行机构创新设计的研究，探讨机构构型设计的新理论与新方法，并开发基于GP的机构创新设计软件系统。首先将机构表示成树的分层结构型式，生成初始机构树群体，其次对群体中的个体机构树执行遗传操作，利用加权系数评分法对遗传进化过程中产生的各机构进行评价，得到满足设计要求的优秀机构树，并画出优秀机构树对应的机构简图。该创新方法用生命进化机制模拟机构的演变，实现机构型式的突破，产生符合设计要求的机构型式，解决了人工构型的片面性和对设计经验的依赖性等问题，实现机构选型在计算机上的自动化。将该方法应用于机构创新实例中，均得到了满足设计要求的机构构型。