工程稳健优化设计

本文从工程设计观点讨论了设计解的稳健性、稳健设计和稳健优化设计的基本概念,提出了一种基于随机优化技术的稳健优化设计的建模原理和求解算法,这一方法将通过调整设计变量的名义值和控制它的容差来考虑可控变量和不可控参数的变差对产品质量的影响,以提高设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性。     

基于混合响应面的多目标稳健设计

在大部分的实际工程优化问题中,产品质量特性与不确定性因素的关系是未知的或复杂的。为此提出了一种基于混合响应面技术的多目标稳健优化设计。该方法首先利用多项式响应面以及神经网络构造产品质量特性的显性表达式。在考虑目标函数以及约束稳健性的前提下,结合多目标技术中模糊偏好的方法设计权重,从而得到稳健设计的精确解。该方法解决了基于近似技术的稳健设计中计算精度与计算效率之间的矛盾。通过对双杆衍架结构进行算例分析,证明了该方法的可行性。     

汽车离合器膜片弹簧的稳健优化设计

本文基于灵敏度分析的工程稳健优化设计方法对汽车离合器膜片弹簧进行优化设计 ,考虑了可控变量和不可控参数的变差对产品质量的影响 ,提高了设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性。结果表明 ,该方法有效、可靠 ,是产品设计中控制质量波动的一种有效方法 ,是用低成本取得高质量的有效途径     

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。     

公差稳健优化设计的研究

为了解决产品加工成本与质量稳健的协调性问题,提出了一种新的公差稳健优化设计数学模型.依据公差稳健设计的思想,考虑产品质量的模糊性,以封闭环误差分布概率密度函数的方差和优质品概率之比为设计目标,建立了公差优化设计产品质量稳健性损失成本目标函数,并研究了优质品率和封闭环误差分布方差的确定方法.以加工成本和产品质量稳健性损失成本为目标,以模糊装配可靠度、可取公差极限范围为约束条件,建立了公差多目标优化数学模型.举例说明了文中所述的公差稳健优化设计方法的应用,采用遗传算法实现了公差的多目标优化设计.实例表明,该方法能够协调零件的加工成本和产品质量的稳健性损失成本,使优化指标的综合性能最佳.     

基于灵敏度分析的工程稳健优化设计方法及其应用

从工程设计的观点出发,采用了一种基于灵敏度分析的工程稳健优化设计方法来考虑可控变量和不可控参数的变差对产品质量的影响,以提高设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性,并运用该方法对汽车离合器膜片弹簧进行了计算。结果表明,该方法有效、可靠,可用于其它机械零部件的设计计算。     

汽车零部件稳健优化设计的实现策略

从工程设计的观点，应用稳健优化设计的方法来考虑可控制参数和不可控制参数的变异对产品质量的影响，以提高设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性。重点讨论随机问题的稳健优化设计模型和基于灵敏度分析的稳健优化设计模型，并运用基于灵敏度分析的稳健优化设计方法对汽车离合器膜片弹簧进行设计计算。     

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。     

基于随机模型的动车组制动模块稳健优化设计

针对目前产品优化设计中未考虑设计变量随机性和灵敏度指数对产品质量特性的影响及优化求解效率低等问题，提出一种综合考虑灵敏度指数与质量损失函数的稳健优化设计方法。通过假设设计变量的分布类型，得到设计变量的概率分布特征，将设计变量对产品质量特性的灵敏度指数与质量损失函数加权整合，并以此作为优化目标，以设计变量的容差作为约束条件，构建随机稳健优化模型。通过扩大种群数目、改进控制参数及增加惩罚因子的方法对遗传算法进行改进，结合改进的遗传算法对优化模型进行求解，得到优化模型的全局稳健最优解。以某动车组制动模块为例，采用给出的方法对其进行稳健优化设计，验证该方法的有效性与合理性。优化结果表明，该方法能够实现动车组制动模块的稳健优化设计，提高了制动模块的抗干扰能力。     

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。       

基于集成仿真技术的现代产品设计

为了尽可能在产品设计阶段预测产品设计、制造和应用等环节可能出现的问题,提出了基于集成仿真技术的产品设计方法,并以离散型制造业为对象,建立产品设计集成仿真体系架构。该体系结构包含制造过程仿真层、应用效果仿真层和优化设计技术支撑层,通过制造过程的仿真预测产品的加工质量,通过应用效果的仿真预测新产品的使用效果,并在此基础上进行优化。同时,分析了集成仿真信息流及其在产品设计过程中的传递特性。最后,通过应用实例,阐述了集成仿真技术在某压铸产品设计中的综合应用。     

基于可靠性的多学科设计优化在薄壁梁轻量化设计中的应用研究

针对对车身安全性有重要影响的薄壁纵梁进行优化设计,提出将薄壁梁的设计过程看作是一个需要考虑安全性、静态承载特性与一阶振动模态等方面的多学科优化过程的分析方法。同时,优化设计过程涉及材料、尺寸、焊点的布置等众多参数,传统的确定性优化设计结果往往都收敛于约束边界,而不能满足产品设计的可靠性要求。将试验设计、响应面模型、可靠性理论与遗传算法相结合,构造了基于产品质量工程的薄壁纵梁的可靠性多学科优化设计方法,与传统的确定性优化结果相比较得知,可靠性优化结果不仅较好地满足了轻量化的设计要求,同时也使得薄壁梁的使用可靠性有较大幅度的提高。     

基于熵理论的设计链优化研究

作为组织间产品设计和研发信息传递的一种特殊供应链,设计链是产品研发的发展趋势.利用信息熵理论,提出时间熵、质量熵和效用熵等概念.从优化设计链系统有序度角度,建立优化数学模型,并利用改进的蚁群算法求解.案例结果表明由实体组织构建的设计链不一定最优,以虚拟研发团队为单位,重新整合设计链中的研发活动是必要的、有效的.案例结果也证明了基于信息熵理论优化设计链的有效性.     

大型直缝焊管预弯成形工艺稳健性设计

为提高预弯成形质量,采用有限元法分析了预弯成形过程,并验证了计算结果的准确性。在此基础上,考虑板料的材料性能参数等不确定因素对成形质量的影响,并基于随机模型的稳健性设计方法获得了预弯成形技术参数的稳健性优化设计方案。研究结果表明:稳健性优化使成形质量的性能指标得到了改善,将可靠性由4.2%提高到97.7%,显著提高了焊管成形质量可靠性。     

Multi-objective optimization of MIMO plastic injection molding process conditions based on particle swarm optimization

Determining optimal process parameter settings critically influences productivity, quality, and cost of production in the plastic injection molding industry. Selecting the proper process conditions for the injection molding process is treated as a multi-objective optimization problem, where different objectives, such as minimizing product weight, volumetric shrinkage, or flash present trade-off behaviors. As such, various optima may exist in the objective space. This paper presents the development of an experiment-based optimization system for the process parameter optimization of multiple-input multiple-output plastic injection molding process. The development integrates Taguchi’s parameter design method, neural networks based on PSO (PSONN model), multi-objective particle swarm optimization algorithm, engineering optimization concepts, and automatically search for the Pareto-optimal solutions for different objectives. According to the illustrative applications, the research results indicate that the proposed approach can effectively help engineers identify optimal process conditions and achieve competitive advantages of product quality and costs.     

产品设计质量数据与管理模型研究

针对产品设计阶段有效管理质量数据的迫切需求，提出了基于质量特性的产品设计质量数据管理模型。依据产品设计过程确立了产品设计质量特性与数据的定义，在分析产品设计质量保证过程和产品质量特性多维性及演化性特点的基础上，给出了产品设计质量数据与产品质量特性的映射关系和视图，分析了产品设计质量数据的结构、特点及管理需求，提出了基于质量特性的满足产品数据管理和流程管理规范的产品设计质量数据管理模型。通过开发现代产品设计质量保证与数据管理平台原型系统和典型机械产品研制过程的质量数据管理应用，验证了该模型的正确性。     

基于质量控制技术的产品成本-利润优化模型

提出产品质量保障过程中的成本与利润关系优化模型，以敏捷响应大规模定制生产中满足用户需求及质量要求前提下，完成对产品利润空间的正确测算。由产品生命周期中各形成过程出发，分析在产品质量控制过程中的设计参数、故障率及过程修复等影响要素及成本与利润函数，充分考虑了生产商与销售商的质量控制成本与产品利润的关联关系，给出过程控制中基于成本-利润优化目标的设计参数制定策略及其对产品质量的有效控制方法和相关应用实例。     

基于弹流润滑理论的双圆弧齿轮传动多目标优化设计

为提高双圆弧齿轮传动的综合技术经济指标,依据弹性流体动力润滑的理论,借助于改进的微分进化多目标优化技术及Matlab计算机仿真技术,通过建立同时追求齿面在一定范围内的纵向重合度最大、齿间最小油膜厚度最大及齿轮传动总体积最小的约束多目标优化设计数学模型．对双圆弧齿轮传动进行了有约束多目标优化设计。研究过程及结果表明,改进的微分进化多目标优化技术能有效地缩短产品的设计周期,提高产品的设计质量。