Dengan semakin ketatnya persaingan di bidang rnanufaktur, perusahaan manufaktur harus dapat menghasilkan produk yang sesuai dengan keinginan pelanggan dengan biaya rendah, kualitas tinggi dan lead time yang pendek. Dalam menjaga dan meningkatkan kualitas produk, perusahaan dihadapkan pada masalah penentuan atribut fisik produk yang mempengaruhi kualitas yang dikenal sebagai karakteristik kualitas. Tidak semua karakteristik kualitas menjadi penting bagi sebuah produk sehingga harus ditentukan satu himpunan bagian tertentu dari karakteristik kualitas yang akan menjadi karakteristik kritis yang disebut sebagai karakteristik kunci (KK). Kompleksitas sebuah produk akan mengakibatkan semakin banyaknya KK produk tersebut. Hal ini menyebabkan pengendalian atau monitoring terhadap seluruh KK menjadi tidak fisibel sehingga perusahaan manufaktur harus menentukan prioritas KK melalui penentuan satu himpunan bagian KK yang paling mempengaruhi kualitas produk. Penentuan prioritas KK tersebut harus dilakukan pada tahap awal desain yang hasilnya akan digunakan sebagai pedoman bagi unit produksi perusahaan manufaktur. Kerangka kerja yang digunakan untuk menentukan prioritas KK dalam disertasi ini terdiri dari tiga bagian yaitu identiftkasi, optimisasi, dan reaksi. Dalam disertasi ini dikembangkan model optimisasi yang dapat digunakan untuk mengintegrasikan ketiga bagian dalam kerangka kerja tersebut. Integrasi ketiga bagian dibutuhkan agar prioritas KK yang dihasilkan dapat ditelusuri secara analitik dengan tidak hanya mempertimbangkan customer requirements atau kapabilitas proses fasilitas produksi saja, tetapi sudah mempertimbangkan keduanya. Dengan demikian prioritas KK yang diperoleh akan lebih presisi dan lebih memberikan manfaat dalam perencanaan kualitas produk. Disertasi ini menggunakan Quality Function Deployment (QFD) untuk menerjemahkan customer requirements menjadi KK tingkat produk. Axiomatic design (AD) digunakan dalam pengintegrasian untuk menganalisis posisi setiap bagian kerangka penentuan prioritas dalam tahapan desain sehingga dapat ditentukan ariable keputusan di setiap bagian. Dalam AD, perancangan produk dibagi dalam empat ranah yaitu ranah pelanggan, fungsional, fisik, dan proses. Berdasarkan analisis yang dilakukan maka customer requirements yang merupakan input dalam pengembangan model berada dalam ranah pelanggan. KK tingkat produk dan KK tingkat rakitan hingga komponen rnasing-masing berada dalam ranah fungsional dan fisik, sedangkan KK tingkat proses masuk dalam ranah proses. Model optimisasi yang dihasilkan dalam disertasi ini terdiri atas: (1) Model I adalah model optimisasi berbasis utilitas untuk penentuan nilai target KK tingkat produk, (2) Model 2 adalah model optimisasi penentuan nilai target KK tingkat rakitan hingga komponen, dan (3) Model 3 adalah model optimisasi penentuan toleransi dan karakteristik proses KK. Nilai target KK tingkat produk yang merupakan output Model I akan menjadi input Model 2. Nilai target KK tingkat rakitan hingga komponen yang merupakan output Model 2 akan menjadi input Model 3 untuk menentukan nilai toleransi dan karakteristik proses optimal. Dengan diketahuinya nilai toleransi dan karakteristik proses optimal setiap KK, maka prioritasnya dapat ditentukan menggunakan diagram Pareto berdasarkan perbandingan antara biaya setiap KK yang terlibat dalam model dengan total biaya keseluruhan. Ketiga model yang dihasilkan kemudian diimplementasikan dalam penentuan prioritas KK pada desain komponen piston dan poros. Hasil analisis menunjukkan bahwa KK tingkat produk dapat ditentukan dengan menyeimbangkan utilitas pelanggan dan desainer yang nilai targetnya tidak lebih baik atau sama dengan nilai target KK tingkat produk sebagai fungsi rakitan hingga komponen. Kata kunci: prioritas KK, model optirnisasi, integrasi, nilai target, toleransi, karakteristik proses.