稳健设计作为从根源上控制产品质量的重要工程设计方法，在很大程度上能够决定产品的使用性能和经济效益。稳健设计在电子、机械等诸多领域已经取得了很多有效的研究和应用成果，但是仍存在一些亟需解决的问题。本文从质量和成本的视角出发，重点研究基于复杂质量结构的稳健设计模型问题。论文的主要创新点如下：（1）为全面阐述产品内部质量要素之间的若干层次与交叉制约的复杂关系，提出了以质量结构作为产品内部复杂质量结构的一种表现形式。在分析质量和质量特性概念的基础上，给出质量结构的定义，对质量结构进行分类并分析各类之间的关系。质量结构能够清晰地表达出产品众多零部件和质量特性之间形成的复杂关系。（2）构建了基于显性质量结构的参数-容差混合稳健设计模型。针对质量特性与设计参数（变量）的函数表达式已知的工程设计问题，将显性质量结构渗透到质量特性及其质量损失模型中，提出基于质量结构的损失模型。在保证产品较高质量和较低制造成本的前提下，进行参数和容差混合设计，能够一次性获得参数和容差的最佳数值。（3）提出了基于隐性质量结构的DEA混合稳健设计模型。针对质量特性与设计参数（变量）的函数表达式未知的工程设计问题，利用正交试验和DEA博弈交叉效率模型，建立基于隐性质量结构的混合稳健设计模型。该模型能够评价出质量-成本效率相对最高的组合方案(即最佳参数、容差组合)，解决了质量特性与参数隐式函数关系下的稳健设计问题。（4）建立基于参数成本视角的DEA参数设计模型。考虑在参数设计阶段，不同参数水平的成本绝大多数不一样的事实，提出在参数设计中充分考虑参数成本的影响，并建立了DEA参数设计模型。该模型由于考虑到不同参数水平的成本对参数设计的影响，能够为决策者提供一定的决策依据。