考虑参数不确定性的柔顺机构非概率稳健优化设计

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4、位类别全日制专业硕士作者姓名聂鹏飞学科、专业工业工程研究方向质量与可靠性指导老师伍建军副教授2016年6月5日江西理工大学硕士学位论文摘要摘要实际工程问题中存在的不确定性，可能会对产品的稳健性产生较大影响。尤其是在MEMS、航空航天及生物工程等高精尖领域内，不确定性因素对产品性能稳健性所造成得影响，可能会导致产品失效，甚至会造成严重的经济损失。如生物工程领域中的细胞注射，包括注射器、夹持器在内的相关工具的精度与稳健性要求极高，微小的误差可能会导致整个试验失败。因此，在设计阶段设计人员就必须考虑到工程问题中的不确定性。考虑不确定性的概率方法处理问题时

5、往往需要大量的样本数据作为支撑，并且需要在假设参数服从某一分布的基础上完成优化过程。针对上述难题，在国内外考虑不确定性的稳健优化设计研究基础上，本文对考虑参数不确定性的非概率稳健优化设计做了进一步探索，并以柔顺机构的不确定性问题为例验证了其可行性。针对三类较典型的不确定性问题，采用如下三种非概率稳健优化设计方法进行优化求解：（1）针对仅给出设计变量参数范围及参数名义值落在区间内概率值的工程不确定性问题，采用基于证据结构理论的非概率稳健优化方法进行优化。该方法通过对信任函数和似然函数定义及置信概率的稳健性表征设置，结合证据结构理论，对两参数和三参数的

6、情形分别进行讨论，最终获得优化设计方案。（2）针对考虑目标和约束稳健性且性能响应与设计变量之间无显式函数表达式的工程不确定性问题，采用基于区间分析的非概率稳健优化模型法进行优化求解。同时考虑目标和约束稳健性，采用双层稳健优化设计的方法进行求解。并与常规优化、传统稳健设计及概率稳健优化设计的优化结果进行对比，验证了本文方法的可行性。（3）针对仅给出设计参数范围及结构可靠度约束且设计变量与性能响应之间存在显式关系情形下的不确定性难题，构建了基于可靠度约束的非概率稳健优化设计模型。其中的相应权重问题采用灰熵权重方法处理，由于试验数据具有一定的随机性，造成

7、单一的客观赋权法也不能较准确的确定非概率稳健优化过程中的响应权重，通过灰熵权重法进行多目标权重的处理。（4）以压电致动微夹钳中的柔顺机构的设计案例为研究对象，对所采用方法进行了验证，优化结果表明，该方法具有较好的应用前景。关键词：参数不确定性；非概率稳健优化；权重；柔性铰链IAbstractAbstractUncertainty,existinginthepracticalengineeringproblems,mayhaveagreateffectontheproductrobustness,especiallyinsomehigh-techfi

8、elds,suchasMEMS,aerospaceandbiologicalengineering.Uncertainty