در این تحقیق مدل های سطح پاسخ در حالت وجود چند متغیر پاسخ به نحوی بهینه سازی شده است که شرایط احتمالی حاکم بر مدل و محیط در نظر گرفته شود. این ماهیت احتمالی در دو جنبه بروز پیدا می کند. حالت نخست مربوط به وجود نوعی متغیر مزاحم موسوم به متغیر کمکی بوده که در ادبیات طراحی آزمایش ها به عنوان متغیری که قابل شناسایی و سنجش ولی غیر قابل کنترل است ظهور پیدا کرده ولی در ادبیات بهینه سازی چند پاسخی به همان دلیل غیرقابل کنترل بودن کمتر مد نظر گرفته شده است. از طرفی سطوح پاسخ که به نوعی همان توابع رگرسیونی بین ورودی ها و خروجی ها هستند، دارای ماهیت قطعی نیستند و همواره در برآورد آن ها درصدی خطا وجود دارد و به این بدان علت است که تابع برازش شده حاصل از مشاهدات تمامی جامعه نبوده است. در این تحقیق مدلی احتمالی برای درنظر گرفتن متغیر کمکی و بهینه سازی چند پاسخی ارائه شده است که در آن مدل های متفاوتی با در نظر گرفتن استقلال و همبستگی میان متغیرهای کمکی و یا متغیرهای پاسخ توسعه یافته و مدل نهایی با بهره گیری از تکنیک های موجود در زمینه برنامه ریزی احتمالی تحلیل شده است. مقایسه ی این رویکرد پیشنهادی با سایر روش های مهم در ادبیات موضوع نشان می دهد که میزان واقع گرایی و قابلیت اطمینان در روش پیشنهادی بهبود یافته است.