基于改进遗传算法的电机公差优化设计

为提升电机装配质量,降低总成本,需对形成电机定、转子间气隙的关键零部件组成环公差进行优化设计.以加工成本和质量损失成本为目标函数,以各关键组成环的公差值为设计变量,以装配功能和经济加工能力为约束条件,建立了多目标多约束的电机装配径向公差优化数学模型.基于改进的遗传算法对模型进行求解,得到电机总成本最低时的各关键组成环公差.通过Cetol 6σ仿真验证,结果表明:采用优化后的设计公差值,电机装配合格率提升了约55.7％,总成本下降了约45.2％.     

基于MSRE的机械产品质量特性稳健优化设计方法

为了解决产品质量特性优化设计过程中设计参数发生变差时,最优解变为违反约束条件的不可行解的问题,对产品质量特性的稳健性和稳健性度量进行了分析,建立了基于最小灵敏域估计的产品质量特性稳健优化数学模型,提出了多目标产品质量特性稳健优化设计流程。根据该模型,采用广义差分多目标进化算法求得多目标质量特性稳健优化问题的Pareto稳健优化解集,并使用基于模糊集合理论的方法选择出最优解。在满足产品质量特性设计要求的前提下,优化产品质量特性,提高产品质量特性性能对设计参数变差的稳健性。最后,应用该方法对高速工业平缝机挑线机构进行质量特性稳健优化设计,证明了该方法在工程应用中的正确性与高效性。     

载荷不确定性的机床支承件公差优化设计

为降低不确定因素对机床支承件精度的影响,提高支承件精度稳健性,针对机床支承件安装基准面,提出一种考虑载荷不确定性的机床支承件公差优化设计方法。首先建立机床支承件精度稳健性优化模型;其次,考虑载荷不确定性求解与支承件所联接零部件的位姿误差分布,利用响应面法构建支承件安装基准面公差、载荷不确定变量与支承件误差分布参数间的近似模型;再次,结合现有的加工成本函数,利用粒子群嵌套优化算法求解优化问题。以某龙门式加工中心横梁为例,利用不确定性优化方法优化基准面公差。最后,通过与确定性优化结果对比,发现提出的稳健性公差优化设计方法在保证加工成本较低的同时,可以有效提升设计产品的稳健性。     

基于宽容分层序列法的飞机装配公差稳健设计技术

飞机制造中由于工序能力指数和公差等设计变量存在变差,可能导致无法满足飞机装配质量要求以及制造成本波动较大的问题。运用稳健设计方法建立了飞机装配公差的可行稳健性和敏感稳健性两类设计模型。可行稳健设计考虑了公差等设计变量对装配可行性的影响,使其变差不影响装配功能的实现;敏感稳健性设计则考虑了公差等设计变量对制造成本和装配质量的影响,在目标成本较小的前提下使得目标成本和装配质量受设计变量变差的影响最小。提出了针对飞机装配公差可行敏感稳健设计的多目标优化问题的宽容分层序列求解算法。将公差设计中制造成本、装配质量波动、制造成本波动多个设计目标按照重要性依次排序。首先求解成本最小情况下的公差一般优化解,然后在成本最小值的宽容约束下,求得具有装配质量波动最小值的公差,最后在上述两个优化目标的宽容约束下,求得成本波动最小的最优公差。应用实例和分析结果表明了方法的有效性。       

面向制造的机床并行公差优化设计

运用并行公差优化设计方法对精密卧式加工中心线性轴进行公差分配.在保证机床现有精度条件下,综合分析机床各线性轴制造误差的敏感度和加工成本,优化了给定结构机床线性轴导轨选型和导轨基面工序公差的精度设计,节约了机床制造成本.     

考虑产品性能偏差约束的公差优化设计

实际生产过程中,影响加工成本的因素很多,很难用一个统一的数学模型来精确描述所有类型的加工成本-公差关系。以产品加工成本与质量损失成本之和最小为优化目标,以产品性能偏差与经济加工精度为约束,建立了产品的公差优化模型;然后采用遗传算法对优化模型进行求解;最后以某型号汽车空调压缩机为例验证该模型的有效性。     

基于离散化成本—公差模型的多目标公差优化设计

针对现阶段工厂普遍采用数控加工的现状,对原有基于普通机床提出的公差模型进行改进,提出了一种新的多目标公差设计优化模型。在考虑加工时间、夹具和刀具磨损等因素的影响下,建立了离散化的成本—公差模型。以加工成本、公差敏感性和质量损失为目标,装配功能和加工能力为约束条件,建立了基于离散化成本—公差模型和差分进化—全局蜂群混合算法的多目公差设计优化模型。以特里科型高速经编机编花部件为例,运用所提优化模型快速地得到了公差最优解,降低了产品的制造成本,提高了产品质量,验证了该模型的有效性。     

车辆转向机构运动精度的可靠性稳健优化设计

在车辆转向机构设计中,考虑了可控因素和噪声因素对运动精度的影响,将可靠性优化和稳健设计方法相结合,以转向机构运动精度为目标函数建立转向机构的可靠性稳健优化数学模型.把运动精度的可靠性灵敏度溶入可靠性优化设计模型之中,将可靠性稳健优化设计转化为满足可靠性要求的多目标优化问题.实例计算表明,考虑制造误差、运动副间隙等不确定因素的影响,可靠性稳健优化设计方法能有效保证转向机构的运动精度和可靠性.     

系统性能稳健偏差与多点稳健设计优化

提出性能稳健偏差估计和自动多点寻优的稳健设计优化方法。该方法不要求系统参数的分布函数已知,且可适用于系统性能函数不能或不便求导和大偏差参数情况。应用设计敏感区理论和最坏情况分析原理,基于系统性能偏差和相应设计敏感区之间的关系,提出系统性能稳健偏差概念和多点稳健设计优化策略。稳健设计优化包括三个循环：内循环中,性能函数作为优化目标,性能目标的稳健性指数作为约束条件的判据,搜索优化设计方案;中循环中,由稳健性指数迭代,搜索求解系统性能目标的稳健偏差;外循环中,自动调整约束条件中设计稳健性判据的稳健性指数的门槛值,搜索可能存在的多个优化设计方案。理论分析和计算实例说明了该方法具有以下优点：能根据设计问题自动搜索可能存在的多个优化设计方案,可避免因要求选择合适的稳健性指数门槛值而给设计者带来的困难;不但能给出优化设计及优化目标值,而且能给出优化目标值的稳健偏差,为设计者在目标值及其稳健性之间决策提供重要依据。     

产品质量的模糊稳健性研究及模糊稳健优化设计方法

为解决具有模糊信息时的稳健设计问题，对产品设计质量的模糊特性进行分析，提出了产品质量的模糊目标概念。基于可控因素和噪声因素对模糊目标稳健性影响分析，提出了产品质量模糊稳健性的概念，并给出了模糊稳健设计准则。对模糊稳健设计准则的数学特性和工程意义进行了探讨，进而提出了产品质量模糊稳健优化设计建模方法。设计实例和理论分析表明，产品质量的模糊稳健设计原理，比传统稳健设计方法更接近于工程实际，具有广阔的应用前景。     

公差设计多目标模型及其粒子群优化算法研究

为解决成本一公差设计模型中忽视产品质量的问题，以新型的田口质量观和Pareto最优解集概念为基础，提出了一种公差设计多目标模型。该模型将加工成本和质量损失分别作为设计目标，并以统计法公差装配成功率为约束条件，获得了比极值公差法更加宽松的公差限。改进了传统的粒子群优化算法，利用Pareto最优性重新定义粒子，然后采用快速非支配排序技术进行粒子的适应度排序，使其能够有效地对多目标模型进行求解。该算法对具体工程实例求解时，一次运行就可求得令人满意的Pareto最优解集，设计者可以根据生产实际和市场需求从中进行选取。通过对求得的Pareto进行最优前沿的分析，可得到该类零件公差设计的特性，其结果验证了公差诒计的一船规徨．     

基于粒子群算法的公差分配优化方法

基于成本—公差模型和质量损失模型,以加工能力和装配尺寸链的功能约束条件为标准,以制造成本最低、质量损失最小为优化目标,建立兼顾产品成本和质量的公差分配的多目标函数优化模型。基于粒子群优化算法,按照从全局到局部的寻优策略,用线性调节方法来确定其参数的变化规律,进而应用MATLAB软件对建立的函数模型进行优化计算,得到产品的生产成本和质量损失之间的关系曲线,可为公差分配提供更多的解决方案和更可靠的理论依据。     

多工位装配过程夹具系统公差和维护综合优化设计

提出一种面向二维多工位装配过程、综合考虑装配夹具系统全寿命周期成本、产品零件孔制造成本和产品质量损失成本的公差和维护综合优化方法。分析多工位装配尺寸偏差传递关系,建立多工位装配过程产品质量损失模型。然后根据4-2-1夹具定位原则,构建考虑夹具磨损过程损失的夹具定位销副偏差统计数字特征模型。继而发展了以夹具系统全寿命周期成本、零件孔制造成本和和产品质量损失成本为装配总成本最小化的定位销公差、零件孔公差与更换周期优化模型。以汽车侧围装配过程为例,分别研究定位销公差、零件孔公差、定位销更换周期、配合间隙、平均磨损率和磨损率方差对装配总成本的影响,并优化设计定位销公差、零件孔公差和定位销更换周期。所提出的综合优化设计方法比采用定位销等公差设计、零件孔等公差设计、定位销与零件孔等公差设计和定周期更换设计的装配总成本分别减少了16.25%、11.31%、39.93%和13.54%。该方法为产品装配夹具系统高质量低成本设计提供了一种新的途径。     

基于多重相关特征质量损失函数的公差优化设计

在重点推导了具有多重相关特征产品的质量损失与尺寸公差的函数关系的基础上,提出了多重相关特征产品的公差优化设计方法,建立了基于制造成本一质量损失的公差优化设计的综合模型,建立该模型的目的是寻求制造成本和质量损失之间的平衡,实现旨在提高产品质量和降低成本的公差优化设计。应用实例验证了所提出方法的有效性。     

Simultaneous process mean and process tolerance determination with asymmetrical loss function

Process design involves process mean and process tolerance determination. Process mean determination is finding the best settings for product quality, without affecting manufacturing cost. However, process tolerance determination is a manufacturing process selection which generally affects manufacturing cost and product quality. In this study, asymmetric quality loss is considered in measuring product quality, and tolerance cost is adopted in representing manufacturing cost. To reflect the combined effect of process mean and process tolerance completely, failure cost is added to the category of manufacturing cost. Then, based on the sum of these three costs, a simultaneous optimization of process mean and process tolerance is determined for process planning in the early stages of development.     

基于约束网络的公差设计方法

采用优化方法进行公差设计难以结合设计经验，为此，提出了基于约束网络的公差设计方法，深入讨论了公差设计约束网络模型的构成，以及利用区间过滤机制的模型求解算法框架，并阐述了实际公差设计约束协调系统的结构及工作原理。最后给出了该方法在减震器弹簧公差设计中的应用实例。     

考虑质量分布的容差设计准则修正

结合产品的质量概率分布,对现存客差设计方法的应用进行了阐述.同时,修正了客差设计的准则,结合产品的质量分布得到新的准则:基于产品的设计客差,直接的社会损失不能大于企业遭受的损失.同时建议政府能对主动承担容差损失的企业给予扶持,这样才能使整体损失最小,并通过一个实例阐明了该方法的应用.     

生长型设计中的功能公差设计理论

在产品结构设计自动化技术基础上,研究生长型设计中公差进化设计的策略与原则,提出将产品功能要求转化成零部件之间的几何约束关系,并最终表达为对功能尺寸约束的功能公差设计理论。建立成本—公差敏感函数的数学模型,将产品设计、制造、使用以及技术折旧成本作为公差分配的控制约束,并在其中引入产品使用磨损模型,以经济学中的贴现率来表征技术折旧成本,以成本最低为目标函数,以合理的工艺能力指数、装配功能、装配质量作为约束条件,实现基于功能与成本的面向产品全生命周期的尺寸公差分配。最后,设计实例说明所提出的功能公差设计理论能够在生长型设计中成功应用。     

Functional tolerance theory in incremental growth design

The evolutionary tolerance design strategy and its characteristics are studied on the basis of automation technology in the product structure design. To guarantee a successful transformation from the functional requirement to geometry constraints between parts, and finally to dimension constraints, a functional tolerance design theory in the process of product growth design is put forward. A mathematical model with a correlated sensitivity function between cost and the tolerance is created, in which the design cost, the manufacturing cost, the usage cost, and the depreciation cost of the product are regarded as control constraints of the tolerance allocation. Considering these costs, a multifactor-cost function to express quality loss of the product is applied into the model. In the mathematical model, the minimum cost is used as the objective function; a reasonable process capability index, the assembly function, and assembly quality are taken as the constraints; and depreciation cost in the objective function is expressed as the discount rate—terminology in economics. Thus, allocation of the dimension tolerance as the function and cost over the whole lifetime of the product is realized. Finally, a design example is used to demonstrate the successful application of the proposed functional tolerance theory in the incremental growth design of the product. __________ Translated from Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(10): 73–79 [译自: 机械工程学报]     

基于广义装配原理的产品生长型设计

通过研究生物生长与产品设计之间的相似性,提出了基于广义装配原理的生长型设计过程,研究了广义装配原理的三个理论构成。首先,在产品生长阶段,为实现生长过程中的自然选择,提出了以复杂度理论为控制因素的设计推理策略;其次,提出了功能公差设计理论,通过加工成本以及基于多因素的模糊质量损失成本体现广义装配成本,在确保产品功能的同时,以较低的装配与制造成本为公差的分配策略;在产品进化阶段,为保证产品良好的装配性能,采用了虚实结合设计技术。将以装配质量因素为核心的产品复杂度、精度以及制造、装配成本等众多设计因素并行集成于生长型设计过程中,实现了以全生命周期装配质量保障为核心的产品生长型设计。