田口方法提高机械产品可靠性的研究与应用

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1、摘要【＼机械工业是其他工业的基础。机械产品质量的好坏对于其他行业产品使用具有直接影响。研究机械产品设计方法、提高机械产品质量一直是质量学家和工程师们的重点攻关课题。质量是制造出来的，但更是设计出来的。随着机械产品功能、结构和使用条件的复杂化，传统的机械设计方法越来越不能满足要求。田口方法是近二十年来发展起来的把质量设计推向上游使得产品对下游制造、使用等的噪声具有高度抵御能力，同时强调质量与成本的平衡的稳健设计方法。它的产生不仅仅只是带来一种先进的设计方法，更重要的是引起了对于产品设计方法的变革，被称为“二十一世纪的设计方法”。质量工程学及其提出的稳健思想已经引起了质量学家和

2、产品设计工程师的极大兴趣，并在世界范围内展开了研究与应用。基于机械产品的复杂性，田口方法在我国目前在机械领域大多为个案的应用，缺乏较为全面的研究与指导，这也是田口方法在我国各行业应用不广的原因之一。另外，田口方法是基于工程的方法．过于强调结论的有效性将容易忽视数学模型的严谨性，虽然其基本思想是正确的、先进的，但其初始理论仍然存在一些不完善、不全面的地方，需要进行不断的改进和发展。在应用于硬件产品设计的同时，田口方法结合马氏距离用于提高软件产品质量的研究近年来也开始发展，其理论基础应用领域等各个方面还需要深入研究和探索。基于以上目的，}本文在，以下几个方面的研究。田口方法的核

3、心是参数设计，本文首先分别重点研究了机械设计与工艺参数设计中因素和质量特性选择，讨论了内外表的确定和改进以及功能评价指标的计算问题，并将其应用到实际的轴抗疲劳设计、齿轮减速器设计、锥齿轮热处理中，结果良好。对于有时静态问题出现应用静态田口方法设计结果不能令人满意时，本文以塑料联结螺母的标准设计为例提出采用将静态特性转变为动态特性进行解决。参数设计后，为了平衡质量与成本，机械产品更重要的为了装配，需要进行容差设计。论文中分别根据制造成本、损失最小化、独立损失函数建立了尺寸链求解模型。经过参数设计和容差设计，机械设备对于制造和工作环境中噪声因素具有相当高的稳健性。但机器在运行过

4、程中不可避免地会出现故障，为此论文对采用田口方法最新进展的MTS进行机械故障诊断作了重点研究。旌讨论了MTS的基本原理及其在二类故障诊断中的应用后，论文对MTS的多类判别及其故障诊断模型作了研究探索，并在此基础上，对MTS的扩展应用进行了探讨，包括基于威氏U准则的MTS多类判别和R型聚类分析。由于机械产品较为复杂，设计参数众多，田口方法的正交表对于交互作用的考虑和处理方法存在争论。因此，为了能降低试验成本并获得更多的有用信息，该论文对参数设计中的试验设计进行了研究，重点探讨了分式析因设计的应用，表明了分式析因设计较之正交表分辨度更高、更能节省试验费用。之后还对由均匀设计发展

5、起来的均匀正交表与正交表进行了比较。1。⋯田口方法中还存在争议的地方是功能性评价测度—信噪比，近年来对于信噪比的改进研究有了较大进展，最为著名的是响应面法。论文根据误差传递函数解释了响应面法和SN比关系，并分析了响应面法较之信噪比法及其在机械设计应用中的优点。响应面法发展经历了单响应面、双响应面直至多响应面三个阶段。论文建立了两个双响应面模型并讨论了它们的不同解法。最后根据期望函数对多响应面的优化进行了求解。关键词：机械尚田口j糖可靠性机械设计容差i蚺尺寸链MTS机械故障诊断析因分析响应面设计＼／Ⅱ参数≤，计多类判别ABSTRACTMechanicindustryisbas

6、isforotherindustries．ThequalityofMechanicalproductshasgreateffectonproductsinotherindustries．Themsuarchondesignmethodologyandqualityimprovementofmechanicalproductisalwaystheemphasisforqualityengineers．Qualityisnotonlyissuedfrommanufacturebutalsoformdesign．Withthecomplicationoffunctionandst

7、ructureofmechanicalproduct,itisnecessarytoapplynewmethodformechanicdesign．TaguchiMethodwhichhasbeendevelopedthroughnearlytwentyyearsisnotonlyanewmethodbutalsorepresentsanewidea．ThenoisefactorshavebeentakenintoaccountinTaguchiMethod，thustheproductcallberobustwh