液压挖掘机用途广泛，在工程实际应用中具有突出地位。由于作业对象不确定、载荷不确定、操作不确定，其运动和受力复杂，并且多种不确定性之间存在着重叠和耦合，液压挖掘机研究复杂繁琐。因此，有必要采用协同优化的方法使得复杂问题简单化、独立化，从而利于工作装置等复杂问题的解决。　　对挖掘机工作装置而言，其挖掘性能和结构强度是体现其整体性能密不可分的两个方面。本文基于参数化三维工作装置模型实现结构分析，基于自编程序实现工作装置的性能分析。综合两种分析实现液压挖掘机工作装置的结构-性能一体化多目标优化设计。本文主要研究内容如下：　　①针对工作装置，全局构思，建立稳健性良好的动臂、斗杆和铲斗参数化模型。该参数化模型为工作装置组合体的有限元分析做好了必要的铺垫。此处难点为如何使得结构特别复杂的动臂、斗杆和铲斗参数化模型在多达几十个参数联动变化时，模型重建具有高的稳健性。　　②参数化的动臂、斗杆和铲斗导入到有限元分析软件，通过部件间的耦合组装建立全工作装置有限元模型，并最终实现工作装置组合体中三大部件联动有限元分析。如何建立满足优化要求的网格模型是该部分的难点，从两个方面可见一斑：一方面具有较小的网格规模，使单次循环所需时间减低到优化可以接受的范围；另一方面需要较高的网格质量，得到较可靠的仿真结果。本文实现了复杂机构主要部分六面体规则网格，减小了网格规模，提高了计算精度。　　③基于运动学和力学方程建立挖掘阻力模型，计算理论挖掘力以及几何约束相关数据，为后续优化提供基础。　　④在工作装置三大部件联动有限元模型和挖掘阻力模型建立的基础上。提出关键区域法探究工作装置特性。基于该方法对工作装置、动臂、斗杆和铲斗最大应力值以及该值所在区域的分布进行探究，并获得了相应的结论。在此基础上进一步得到了危险工况并与经典工况进行对比分析，得出新方法选取的危险工况更具危险性的结论。　　⑤基于二阶回归模型筛选出对目标有主要影响的20个设计变量，并在此基础上建立了各学科的近似模型，最终实现液压挖掘机工作装置的协同优化。