L'invention concerne un procédé de conception d'une pièce mécanique définie par un ensemble de variables de définition prenant des valeurs dans un espace de conception, pour déterminer un dimensionnement de la pièce optimisé du point de vue d'un objectif à atteindre, tout en respectant un ensemble de contraintes, le procédé comprenant la mise en œuvre d'au moins une itération de la succession des étapes: a) à partir d'un plan d'expérience comprenant au moins un dimensionnement d'une pièce, chaque dimensionnement comprenant des valeurs pour l'ensemble des variables de définition, et, pour chaque dimensionnement, une valeur de fonction objectif correspondante, construire un méta-modèle de krigeage pour chaque contrainte et pour la fonction objectif, b) évaluer les méta-modèles de Krigeage sur l'espace de conception, et déterminer un dimensionnement de prédiction optimale d'atteinte de l'objectif et de respect des contraintes, c) évaluer le respect des contraintes et un degré d'atteinte de l'objectif par ledit dimensionnement, et enrichir le plan d'expérience précédent avec ledit dimensionnement et les valeurs obtenues par l'évaluation, le procédé étant caractérisé en ce que la construction des méta-modèles de Krigeage comprend la mise en œuvre d'une régression par moindres carrés partiels pour diminuer le nombre de paramètres dans la construction de chaque métamodèle .