本文以航空航天产品的概念设计为背景，系统地对多学科设计优化体系的各项技术进行研究，并开发了支持多学科设计优化的框架(虚拟设计环境)——MDOF。 首先，从高性能优化算法着手，研究遗传算法和模拟退火这两种优化算法的数学基础和计算流程。将这两种算法应用于整体式冲压发动机巡航导弹一体化设计实例中，评估算法的计算性能，并将遗传算法和复合形优化算法结合，对设计问题进行优化，得到了更好的优化结果。 然后，在深入研究多学科设计优化问题和单学科优化问题区别的基础上，引入了多学科设计优化和多学科优化方法的概念。综合研究目前六种主要的多学科优化方法，给出这些方法的计算流程，对各个方法的计算特性进行简要分析；重点研究协同优化方法的计算特性，通过两个简单的函数实例分析协同优化方法的计算特性，对其不足进行改进，并将其应用于一个包含三个学科的运载火箭设计实例，实现了学科之间并行优化，得到了改善的收敛解，从而验证协同优化方法的可行性。 接着，系统地对多学科设计优化体系进行研究。将多学科设计优化体系分为八项研究技术，阐述了在MDO应用中这八项技术之间的关系，然后研究了各项技术的基本内容以及其在MDO中的作用。 最后，根据NASA的研究报告和本文作者的研究体会，总结出一个理想的MDO框架所应该具有的特性和软件开发需求。并根据这些需求，采用面向对象设计概念，开发了多学科设计优化框架——MDOF。通过实例分析，验证在MDOF中，能简单、高效地集成和求解多学科设计优化问题。