基于模块化产品平台的产品族设计以较低成本满足多样化的市场需求。优化方法与技术广泛应用于产品族设计与开发过程中。随着环境问题日渐严重,相关法律的出台,企业开始向顾客提供再制造产品。考虑再制造的产品族设计在满足客户个性化需求同时,可降低产品拆卸和再制造的难度。本文基于双层优化方法对考虑再制造的产品族设计中的主从关联优化问题进行研究,主要内容如下:(1)综述了相关文献,包括产品族设计与开发中的优化问题,面向再制造及升级的产品设计问题,闭环供应链设计优化问题及其竞争与协调问题,双层规划基本理论及求解算法。(2)通过对产品(族)主从关联优化设计的相关文献梳理和分析,建立了产品族设计主从关联优化的决策链框架。(3)在产品设计阶段,针对考虑再制造的产品族配置设计主从关联优化问题,建立了以产品族配置为主,再制造企业选择决策为从的0-1整数非线性规划模型,并开发相应的双层嵌套遗传算法求解,以一个简化的智能手机产品族为例,将主从关联优化方法所得到的方案与两阶段方法和集成优化方法的结果进行比较。(4)针对面向再制造的产品族设计与闭环供应链配置主从关联优化问题,建立了以考虑再制造产品族配置为主,相应的闭环供应链配置为从的非线性双层规划模型。模型上层以制造商利润和环境影响节约的综合指标最大化为目标,下层则分别以供应商总利润和再制造分包商总利润最大化为目标。开发了双层嵌套遗传算法,以智能冰箱产品族为例,分别将计算结果与制造商利润最大化、环境影响节约最大化、两阶段法所得到的优化方案比较分析,并对模型参数进行了敏感性分析。(5)针对产品族配置设计与考虑升级的再制造决策主从关联优化问题,建立了以产品族配置为主,考虑升级的再制造决策为从的非线性双层规划模型,开发双层嵌套遗传算法对其求解,应用于台式电脑产品族案例中,将所得的结果与两阶段方法进行比较。