机械工程与电子计算机、自动控制的协同集成，组成了种类多样的机电一体化(Mechatronics)产品或系统。这类产品在开发过程中常常会涉及到多个学科领域专家的协作，虚拟样机技术正是解决多专家协同设计的有效途径，同时，基于虚拟样机的设计思路也是解决机电一体化产品前期概念设计需求的有效方法。 本文在分析机电一体化产品设计对虚拟样机技术需求的基础上，论述了虚拟样机设计原理、关键使能技术，进行了机电产品虚拟样机协同仿真支撑环境体系结构及其实施技术方法的探讨，着重研究了广义执行机构子系统动力学建模与仿真的原理及应用，机械-控制协同工作机制，仿真模型库组织结构及构建方法，以及机电一体化产品分布式协同仿真的基本原理和实现框架。论文的主要研究成果与特色如下： (1) 在分析机电一体化产品的组成与特点的基础上，阐述虚拟样机在机电一体化产品设计中的应用，包括设计方法、设计流程、机电虚拟样机的构成及特点等；并提出了一种基于虚拟样机技术的机电一体化产品设计闭环模型。 (2) 在分析机电一体化产品功能模型基础上，提出了一种将机电一体化产品按功能组成划分为广义执行机构与控制子系统的两子系统论，这样划分突出了机电一体化产品广义执行机构与控制的协同、集成特性；并对产品虚拟开发的过程模型进行描述，在此基础上，提出了一种面向机电一体化产品设计需要的虚拟样机支撑环境体系结构。 (3) 作为动力学特性建模与仿真分析的基础，分析了广义执行机构中驱