本文围绕智能制造对机械系统设计的根本性变革要求，系统探析了其集成设计理论与方法。研究首先剖析了智能制造的内涵及其催生的信息物理深度融合、数据驱动与柔性可重构等新需求，论证了传统设计范式的局限性。在此基础上，提出了从“设计-制造”分离到“设计-运维”一体化协同的范式转变，构建了一个以信息物理系统理论为核心、融合数字孪生与模块化架构的集成设计理论框架，并详细阐述了基于该框架的多领域建模、数据智能闭环、可重构设计及全生命周期协同等关键技术方法。最后，通过典型应用案例验证了所提理论与方法在提升系统性能、智能化水平与经济效益方面的有效性与应用价值，为面向智能制造的机械系统创新设计提供了理论依据与实践路径。