架构与设计是产品族价值流程中的关键环节，优化的思想与技术是架构与设计中的重要基础与核心框架。以往的产品族优化相关研究，主要是针对普通单层优化问题。而产品族的构成特征，决定了其优化问题往往具有层次关系和主从关联结构。本文首先对产品族设计中的主从关联优化问题进行一般性描述，然后提出一个分析和解决这类问题的整体方法框架，最后以两个应用举例说明了方法框架的有效性。论文具体的工作包括：第一、本文研究了一个新的问题：从产品族结构和组成中描述了产品族设计中客观存在的层次和关联关系。之后以产品族结构和优化目标分别作为两个维度建立了二维分析模型，并且从这两个维度分析了产品族设计中广泛存在的各种类型的主从关联优化问题。第二，建立了解决产品族设计中主从关联优化问题的整体方法框架。分析了产品族设计中客观存在的主从关联优化问题，提出了解决这一问题的一整套方法框架，其流程主要包括：问题描述、二维分析模型、概念模型建立、数学模型建立、模型求解、结果分析几部分。分别对这些步骤进行了讨论。第三，研究了产品族主从关联优化数学模型的构建与计算中应用的工程数值计算方法。主要针对数学模型建立和求解这两部分进行了深入探讨和研究，讨论了响应曲面法和有限元分析这些工程数值方法在数学模型建立和计算中的应用。第四，提出了基于响应曲面拟合下层最优值函数的双层规划数值解法。主要针对产品族主从关联优化方法框架中模型的求解这一部分进行了深入研究，针对产品族主从关联优化数学模型的特点，提出了两种基于响应曲面的双层规划数值解法。第五，以两个实际应用案例验证了该方法框架的有效性。分别以一个具有广泛工业应用的齿轮减速器产品族的平台—定制主从关联优化设计，和一个创新设计的应用于超精密仪器的微位移机构的产品—属性主从关联优化设计为例，验证了本文提出的方法框架。