基于健壮性的机械设计方法

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1、基于健壮性的机械设计方法

2、第1　　健壮设计能解决大规模产品设计问题。它加强了田口方法的系统设计，突出了QDF(质量功能展开)的先导作用。1.3　健壮性设计方法的改进　　(1)不确定因素的不同形式：田口方法仅考虑了随机不确定因素。文献［1］讨论了其它形式的不确定因素，并指出这些因素对优化目标及质量信噪比有影响，从而改进了S/N表达式。　　(2)其它的搜索方法：田口方法仅仅用试验方法在整个设计空间中进行搜索，经过一系列的正交试验，可以选出一组最优的设计参数。田口方法使用的是两参数试验设计方法，其改进方法：使用

3、二进式搜索；在设计空间使用爬山法；还可使用随机搜索方法等。　　(3)有约束条件的设计：田口方法是在无约束条件下使用的，如果存在约束，可利用约束搜索方法，将原约束转换为概率形式。另一种方法是使用定义边界的方法，定一个分段函数。还可使用Monte-Carlo法求解。　　指出了田口方法在处理约束及多目标问题方面的不足，发展了田口方法，使它可以处理约束及多目标的问题。文中使用统计分析ANOVA的概念来确定优化目标函数中各因素的重要性，排除了不重要因素的影响，得出唯一的可行最优解。　　成功地利用单调性分析技术将有约

4、束的健壮性设计问题简化为无约束优化问题，以此来减小计算量。文献［4］提出一个基于单调性分析的方法，来解决或帮助解决以下问题：找出设计变量x的值，使不可控的任意参数ζ对性能特性y=f(x，ζ)的影响最小，即对不可控因子的变异的敏感性最小，以此完成健壮设计。这种方法与田口方法相比在于它不需要统计试验，而是基于性能特征函数y=f(x，ζ)的单调性。1.4　基于质量工程的健壮设计　　提出了一种健壮设计的途径：极小化由噪声因子(不可控因子)和可控因子引起的变异。健壮设计的基本原理是通过使变异造成的效果最小而不必消除

5、其产生的，以此来提高产品质量。由此可把问题分为两大类：　　Ⅰ类：将噪声因子(不可控参数)的变异产生的对性能的影响减小到最低限度。　　Ⅱ类：将可控因子(设计变量)的变异产生的对性能的影响减小到最低限度。　　指出田口的“参数设计”是由第Ⅰ类问题发展而来，并提出解决Ⅰ、Ⅱ两类健壮设计问题的过程包括以下三个主要步骤：　　(1)运用响应面法，建立与所有重要的可控和噪声因子有关的响应面模型。　　(2)针对健壮设计问题的不同类型，推导响应的均值和方差的函数。　　(3)运用相容决策支持问题(DSP)解法，求得健壮设计解。

6、　　Cheninfi(x,p)　　　　i=1,2,……,q　　　s.t.gj(x,p)≤bj　　j=1,2,……,q　　(1)式中x为设计变量(其值在上下限之间)且是可控制变量;p为不可控制参数，如误差等。　　Parkinson指出健壮设计的核心是一个优化问题，健壮设计的一个关键概念是变量和参数的变异传递给了设计函数，使目标和约束都产生变异。变量和参数的统计分布导致设计函数的统计分布。健壮设计的目的是减小所诱发的变异。　　针对工程模型，Parkinson讨论了下列七种健壮设计方法：(1)传递变异法(Met

7、hodofTransmittedVariation,MTV)；(2)优化后分析(PostOptimalityAnalysis-POA)；(3)参数约束(ParametricConstrains-PC)；(4)公差盒方法(ToleranceBoxApproach-TBA)；(5)随机优化(StochasticOptmization-SO)；(6)田口方法；(7)相关的其它方法。对于每种方法的优缺点用实例进行了比较。　　近期还有一些其它发展：调节参数法；引入变量之间的相关性；处理非正态分布参数的方法；其它形式

8、的不确定性。