井下巷道环境的复杂性给煤矿采掘装备的开发设计带来了挑战,本文针对掘进机设计过程中其功能方案描述信息不完整、截割参数难以保证掘进性能、设计结果缺乏综合验证等问题,在对相关方面进行研究的基础上,提出了面向井下巷道环境的掘进机设计方案求解与性能优化仿真技术,并结合实际项目需要将其应用于掘进机的开发设计过程中。论文的主要内容如下：第一章概述了掘进技术和掘进设备的发展,综述了产品功能建模、设计参数优化、性能仿真技术的研究现状,在分析现有方法不足的基础上,提出了面向井下巷道环境的掘进机设计方案求解与性能优化仿真技术,给出了本文的研究内容和组织结构。第二章提出了一种基于物元可拓变换的功能特征多属性建模方法,定义了掘进机的功能特征,将其工作的井下巷道环境作为属性的一种,采用多种属性对其进行描述,利用物元模型来形式化表达功能特征及其属性,通过功能特征物元和属性物元的置换、增删、分解、扩缩等一系列可拓变换,构建掘进机功能特征层次模型,从而实现掘进机的功能建模。最后以EBZ-160型掘进机截割功能特征层次模型的构建为例进行了说明。第三章在从煤岩硬度、截割粉尘等方面分析井下巷道环境对掘进机截割参数影响的基础上,提出了基于混合蛙跳算法的掘进机截割参数多目标求解方法。分析并确定了掘进机掘进性能的三个优化目标,以相关设计参数为变量,以截割时参数变量的取值范围为约束条件,建立了掘进机截割参数的多目标优化模型,对混合蛙跳算法中种群排序与局部搜索方法进行改进并用于模型求解。最后利用该方法对EBZ-160J18型掘进机的关键截割参数进行了优化,使其掘进性能得到提升。第四章对巷道掘进过程中掘进机工作部件的多个性能进行仿真分析,采用构件化技术建立掘进机的仿真模型；给出了掘进机多性能仿真分析的流程和内容；从运动学、动力学、静力学三个方面分析了纵轴式掘进机巷道掘进的摆臂运动、截割振动、装载关键部件强度,并建立相关的运动学及动力学数学模型,以此来对其进行多性能仿真；最后以EBZ-260HD型掘进机为例,给出了其摆臂升降运动、星轮及连接花键的结构强度的仿真分析结果。第五章结合实际项目,开发了沈阳三一重装纵轴式掘进机方案设计与优化仿真系统,并在企业中得到实际应用,验证了本文所提技术的可行性与有效性。第六章总结了本文的研究内容和工作,并对今后的研究方向进行了展望。