非硅MEMS产品在武器装备和民用科研生产领域具有大量需求，装配技术一直以来都是制约其发展的瓶颈技术。为了应对非硅MEMS产品快速发展过程中暴露的装配能力严重不足的问题，本文以某小口径弹药中的非硅MEMS件为研究对象，以实现非硅MEMS件的高精度、高效装配为目标，重点开展了可重配置微装配系统的总体设计方法以及结构优化技术的研究，旨在为微装配系统的设计提供方法指导，并进一步为我国非硅MEMS件的高效批量装配问题提供技术支撑，使我国微小型系统制造水平居于国际一流。本文首先论述了可重配置微装配系统的研究背景，综述了国内外微装配系统的发展现状以及相关设计方法和优化技术的研究情况与应用成果，并针对目前微装配系统研究中普遍存在的以单项技术为突破点、系统集成度较低、系统可重配置性较差、装配效率低以及缺乏系统性的总体设计方法指导等问题，提出本文的主要研究内容：（1）面向非硅MEMS的可重配置微装配系统总体技术：首先分析了非硅MEMS件装配特点以及装配需求，在此基础上提出了具有可重配置特性的面向非硅MEMS的微装配系统总体构架，阐述了可重配置微装配系统的内涵、特点及其应用对象，构建了其总体结构并对其涉及到的关键技术—装配系统组织结构配置形式、输送线技术、自动送料技术、高精度位姿检测技术、位姿调整技术、无损柔性夹持技术、气路技术以及控制技术进行了详细分析并提出了相应的解决方案；按照设计要求，该系统主要由装配执行子系统、辅助子系统以及控制子系统组成，系统内的各个单元可以根据装配需求进行快速可重配置以适应非硅MEMS件结构多样性特点。目前系统样机已研制完成，所研制的系统装配精度＜5μm，装配节拍＜30s，可以实现非硅MEMS件的单件小批量人机协同装配和批量化自动装配。（2）基于模糊聚类理论的可重配置微装配系统模块化设计方法：首先阐述了可重配置微装配系统模块化设计原理，分析了可重配置微装配系统的基本功能需求，构建了改进功能质量屋并且获得了装配需求—子功能关系矩阵，在此基础上确定了可重配置微装配系统产品系列型谱并进行了多级的功能分解；然后在功能分解并将功能模块映射成结构组件的前提下，提出了基于装配单元通用功能完整性和系统可重配置性的模块划分原则，综合考虑了功能相关性、装配对象影响下组件相关性、空间配置相关性、系统精度影响下的相关性等准则，构造了系统组件总体相关性矩阵并应用模糊聚类与模糊评价方法实现了功能模块的聚类；最后以可重配置微装配系统的核心—自主式装配单元为例进行了模块划分并获得了很好的效果。（3）基于改进遗传算法的可重配置微装配系统多目标优化方法：针对可重配置微装配系统中存在组合优化、拓扑优化、尺寸优化等多种优化形式且优化参数会涉及到有理型变量、连续变量等多种变量的情况，本文提出了一种基于浮点数与二进制混合编码的分段基因改进遗传算法来实现系统的优化设计。文中首先阐述了改进遗传算法的分层混合编码方法、多层分段单点交叉原理以及分段变异与非均匀变异结合的双变异操作方法，并确定了改进遗传算法流程；应用改进遗传算法对可重配置微装配系统的拓扑结构进行了优化，综合考虑各功能模块实现方案的相关性，建立了考虑成本、可靠性、效率以及精度四个指标的多目标优化函数模型并通过改进遗传算法求得了最优拓扑结构；在确定系统基本拓扑结构的基础上，应用改进遗传算法对系统的关键组件—基于四连杆机构的无间隙转台以及自主式装配单元总体尺寸变量进行了优化，通过MATLAB仿真以及转台实物测量的方法验证了优化结果的可靠性，试验测定结果显示转台的分辨率可以达到3.5/10000°，单向重复定位精度小于1/1000°；在自主式装配单元尺寸优化过程中，提出了基于正交试验法的二阶响应曲面构造方法并构造了装配执行模块末端微位移与设计变量的函数关系，应用改进遗传算法进行寻优计算获得了最优解，最后通过对最优解进行小范围探测的方法验证了尺寸变量遗传寻优结果的可靠性。（4）面向自主式装配单元动态特性的模态实验研究：在对可重配置微装配系统进行模块划分、拓扑结构优化以及关键设计参数优化后，作者带领设计团队研制了国内第一台面向非硅MEMS的可重配置微装配系统样机，在样机基础上，开展了核心模块—自主式装配单元动态特性的实验研究，建立了自主式装配单元动力学分析有限元模型，分析了系统固有频率和振型，然后通过多点激励多点输出（MIMO）的模态试验方法测定了样机的频率和振型并与有限元结果进行了对比，对比分析表明系统有限元模型建立合理，自主式装配单元整体刚性较好，满足设计要求；最后根据模态试验结果，进行了合理的装配工艺参数设定并对系统的后续局部结构改进提出建议。（5）自主式装配单元精度分析与装配实验：根据自主式装配单元既有静态误差又有动态误差的特点建立了基于多体系统运动学的误差传递模型，分析了待装配件与检测模块之间、基体件与检测模块之间、待装配件与基体之间的相对位姿偏差关系；对于误差传递环节中对装配精度影响较大的误差进行了测定与补偿方法研究，针对装配执行模块Z向位移台的直线度误差，提出了基于在垂直方向进行反向误差补偿的离线直线度补偿方法，误差补偿之后，俯仰和偏摆方向直线度可以达到1μm以下；针对装配执行模块末端相对于随行夹具的水平位姿误差，提出了基于六维力传感器的相对位姿测定与补偿方法，补偿后相对姿态偏差小于0.03°；对影响装配精度的各项误差源进行误差综合，获得最终的系统装配精度为±2.38μm；最后本文进行了可重配置微装配系统的装配序列规划并应用某弹用非硅MEMS件进行了装配试验，装配成功率达到90%，验证了系统的可靠性与装配精度。