基于偏好函数法车辆转向机构稳健性设计

经典稳健设计未考虑质量属性不确定性的影响,而对比质量属性偏好的选择对产品稳健性具有重要影响,针对以上问题,选取车辆的转向横拉杆、定位参数及转向梯形机构为研究对象,采用偏好函数法建立的保质设计模型,对产品的稳健性进行分析。以实际的设计经验公式设定个体性能的偏好,选取不同工况包括直线、转向、车轮跳动等轮距、转角误差、车轮摆角等最小为优化设计的目标,搭建定位参数-转向机构的稳健设计模型,在保证车辆轮胎磨损较小且具有良好操纵稳定性的前提下,分析各类不确定质量因素对产品稳健性能的影响。单目标与多目标、不同分析方法结果对比验证了偏好函数法分析结果的可靠性,为同类研究提供参考。     

基于偏好聚合不精确法的湿式制动器稳健设计

针对不确定性对产品性能的影响,以湿式多盘制动器设计为例,利用响应面模型,建立了设计变量和制动性能的关系.根据不精确法,采用整体偏好聚合函数,将随机、模糊、未确知三种不确定性对系统性能均值和波动性的影响综合起来考虑,改善了传统稳健设计的线性加权和法的缺陷.     

基于偏好函数的汽车底盘集成设计

在汽车底盘稳健设计方法中,一般只考虑了设计制造、汽车使用过程中的随机不确定因素对其运动轨迹的影响,很少考虑质量属性不确定因素导致的运动轨迹偏差。为了降低质量属性不确定因素导致的运动偏差,提高汽车转向系统、悬架系统、制动系统的协调运动关系,建立了基于偏好函数方法的汽车底盘集成设计模型。在设计过程中利用偏好函数定义质量属性不确定因素的个体性能偏好,并以个体性能偏好函数为基础,建立了整体性能偏好函数,以整体性能偏好函数的均值和方差为优化目标,求解了汽车底盘模型的稳健优化解。结果表明,该方法不仅保证了汽车底盘的综合动力学性能,同时提高了汽车底盘相关系统对设计变量个体性能偏好的要求。     

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。     

基于灵敏度附加目标函数的起重机主梁稳健优化设计

针对存在于起重机金属结构设计中的不确定性因素,提出了一种基于灵敏度分析的起重机金属结构稳健优化设计方法,建立了基于灵敏度附加目标函数及灰色关联度理论的起重机金属结构多目标稳健优化设计模型。以某桥式起重机主梁为研究对象,在对其各性能进行灵敏度分析的基础上,结合Matlab优化工具箱,应用该模型进行起重机主梁的稳健优化设计,结果显示:当考虑结构的非确定性因素时,所构建的稳健优化设计模型和灰色关联度的多目标优化解法可以在保证起重机主梁稳健及安全的前提下实现结构的轻量化设计,为其它复杂结构的稳健优化提供一定的技术指导。     

稳健设计研究现状与模糊稳健设计研究进展

阐述了稳健设计理论的研究现状,对稳健设计研究的热点问题进行了分析,指出了稳健设计理论研究中存在的主要问题,提出了模糊稳健设计的概念。传统稳健设计方法的数学基础是数理统计与概率论,仅考虑随机性干扰因素,因而不能满足工程设计需要。模糊稳健设计是综合考虑产品设计、制造、使用过程中客观存在的各种随机因素与模糊因素,研究这些因素引起产品质量不确定性的规律,从而使产品设计达到优质低价的现代设计方法。讨论了模糊稳健设计的研究内容,对当前的研究进展进行了评述,并指出了稳健设计的发展趋势。     

连杆机构稳健设计一般原理与方法的研究

研究关于连杆机构的稳健设计问题。分析了由于杆件尺寸及运动副间隙的随机变化而使连杆机构运动质量具有不确定性,提出了机构稳健设计的一般原理;建立了连杆机构稳健设计的数学模型,并给出了考虑运动副间隙影响的函数发生机构稳健设计示例。     

基于6σ稳健设计的轿车侧碰车身B柱轻量化研究

考虑不确定性因素的稳健设计是提高轿车设计中结构可靠性与碰撞安全性的有效途径。传统的轿车车身优化设计,由于忽略加工、制造和环境等不确定性因素,导致设计目标如碰撞性能或者轻量化效果不稳健。研究了考虑不确定性因素干扰下的6σ稳健性设计,以某轿车侧面碰撞为实例,首先根据相关碰撞法规建立了准确的有限元模型并进行了验证,然后在建立了确定性优化模型以及代理模型后,采用序列二次规划算法求得了最优解并进行可靠性分析,最后采用6σ稳健性设计方法对原车身B柱进行了轻量化研究和改进并与确定性优化结果以及原车身B柱进行了对比分析。分析结果表明,优化后的轿车车身B柱碰撞工况下性能稳健性得到全面的提高,且质量相比于原车身B柱减小了3.2%。     

基于正交试验的稳健优化设计方法及其工程应用

提出了一种较为实用的、准确的稳健优化设计方法。作为优化设计整体中的一部分，该方法允许设计者准确地考虑和控制设计变量和设计参数变化的影响，且能限制或减小偏差对目标函数或约束条件的影响。对优化设计和稳健优化设计所得的结果进行了比较、分析和讨论，结果表明，稳健优化设计后滑履的性能得到了较大改善和提高。     

基于物理规划的起重机主梁稳健优化设计

在机械优化设计中考虑载荷等不确定性因素的影响,用凸集模型描述设计中存在的不确定性,采用物理规划的方法构造不确定性参数的不满意度函数,通过极小化不满意度函数最差值的方法来实现目标函数的稳健性,通过最坏情况分析方法来实现约束函数的稳健性,使目标函数和约束函数都能实现稳健性。建立基于物理规划的稳健可靠性优化模型,这种模型是一种嵌套的优化模型,采用分层方法对其求解。以起重机主梁优化设计为例说明这种模型的合理性。     

一种基于证据理论的稳健设计方法

提出了基于证据理论同时处理随机不确定性与认知不确定性的稳健设计方法。通过对随机不确定性参数的概率密度进行证据结构化,建立了随机与认知不确定性参数的统一量化和传播框架,构建了基于证据结构响应均值与变差的稳健设计准则。实例研究表明所提方法可行有效。     

ROBUST DESIGN OF A TWO DEGREE FREEDOM SYSTEM DUE TO THE PARAMETER UNCERTAINTY

A method based on the robust design optimization is presented to handle the structural uncertainty problems. The variations caused in dynamic performance can be expressed by the mean response and the standard deviation of the performance. The robust optimization approach, based on a multi-objective and non-deterministic method, attempts to both optimize the mean performance and minimize the variance of the performance simultaneously. The best possible design optimization is chosen by a trade-off decision. An example of robust design of a two degree freedom system is used to effectively illustrate the application in dynamics. The mass and stiffness uncertainty in the main system as well as the uncertainty of the mass, stiffness and damping in the absorber are considered all together in order to minimize the displacement response of the main system within a wide band of excitation frequencies. The robust optimization results show a significant improvement in performance compared with the conventional solution recommended from vibration textbooks. It is indicated that robust design methods have great potential for application in structural dynamics to deal with uncertainty problems.     

Novel space-based design methodology for preliminary engineering design

This work is motivated from set-based concurrent engineering (SBCE) paradigm. In contrast to the traditional design practice, SBCE considers a broader range of design possibilities (i.e., design space) from the outset, explicitly communicates and reasons about sets of design alternatives, and gradually narrows the sets to eliminate inferior alternatives until a final solution remains. Thus, the key to success of SBCE is the proper implementation of the space representation method to define the possible design region, the space mapping method to obtain the performance space achievable by the initial design space, and the space narrowing method to eliminate infeasible subspaces from the initial design space. This paper proposes a novel space-based design methodology for preliminary engineering design. The main characteristic features of our approach are to incorporate the designer’s preference structure with degrees of desirability in specifying both design space and performance space, and to find a ranged set of design solutions that satisfy changing sets of performance requirements through set-to-set space mapping from design space to performance space and space narrowing to eliminate infeasible design subspaces. Central to the proposed design methodology is the integration of meta-modeling techniques, modified fuzzy arithmetic, design of experiment (D_oE), robust design techniques, and uncertainty analysis. A preliminary parametric design example of a vehicle side impact beam is demonstrated to show the effectiveness of the proposed methodology and its availability in the large-scale multi-objective design synthesis problem.     

球罐整体结构水平刚度及支柱拉杆应力分析

将球壳和上支柱处理为刚．体，球罐质量集中于球心，下支柱处理为结构梁，拉杆处理为只能受拉的绳索（计算中只考虑受拉拉杆），按结构力学分析计算球罐水平刚度和自振周期，以及在水平地震力和风力载荷作用下，下支柱和拉杆的应力（也可考虑基础不均匀沉降球罐整体倾斜的影响）。通过研究得到的计算方法可用于球罐的工程设计和计算。     

虚拟设计中仿真优化决策的不确定性管理

有效管理虚拟设计中仿真优化决策的不确定性问题，能确保产品开发的成功几率。本文首先分析了虚拟设计中仿真模型不确定性的来源，研究总结了不确定性建模的基本方法；将虚拟产品开发过程中的决策方式分为非合作决策、顺序决策和合作决策三种；引入稳健设计哲理和工程随机变量优化设计方法，分别提出了对应的不确定管理策略；最后，通过复合材料结构设计进行了应用说明。     

产品质量模糊稳健优化设计截集水平解法

综合考虑产品质量设计中的随机不确定性和模糊不确定性,运用概率理论和模糊集合理论.将传统稳健设计思想延展到更一般情形,建立产品质量等级的模糊判定和约束稳健可行域的模糊判别,形成模糊稳健设计的三准则.利用模糊集合理论的分解定理,将复杂的模糊概率运算又回归到常规概率计算,建立了更灵活、更符合工程实际的常规稳健优化数学模型.该模型可根据工程实际.具体设定设计方案的质量水平、合格品率或优质品率,以及设定约束水平、约束概率等关键参数.最后讨论了该模型最优设防水平的求解方法.     

Non-probabilistic Robust Optimal Design Method

For the purpose of dealing with uncertainty factors in engineering optimization problems, this paper presents a new non-probabilistic robust optimal design method based on maximum variation estimation. The method analyzes the effect of uncertain factors to objective and constraints functions, and then the maximal variations to a solution are calculated. In order to guarantee robust feasibility the maximal variations of constraints are added to original constraints as penalty term; the maximal variation of objective function is taken as a robust index to a solution; linear physical programming is used to adjust the values of quality characteristic and quality variation, and then a bi-level mathematical robust optimal model is coustructed. The method does not require presumed probability distribution of uncertain factors or continuous and differentiable of objective and constraints functions. To demonstrate the proposed method, the design of the two-bar structure acted by concentrated load is presented. In the example the robustness of the normal stress, feasibility of the total volume and the buckling stress are studied. The robust optimal design results show that in the condition of maintaining feasibility robustness, the proposed approach can obtain a robust solution which the designer is satisfied with the value of objective function and its variation.     

面向产品质量的稳健设计方法

稳健设计是一种面向产品质量、提高产品性能稳健性的设计方法。在设计目标上需达到优化产品质量性能,降低噪声因素引起的产品质量性能的波动,保证性能稳健可靠,具有较强的抗干扰能力的目的。重点阐述了工程稳健设计的发展概况,并对其发展方向与趋势进行了初步探讨。     

PARAMETER COORDINATION AND ROBUST OPTIMIZATION FOR MULTIDISCIPLINARY DESIGN

A new parameter coordination and robust optimization approach for multidisciplinary design is presented. Firstly, the constraints network model is established to support engineering change, coordination and optimization. In this model, interval boxes are adopted to describe the uncertainty of design parameters quantitatively to enhance the design robustness. Secondly, the parameter coordination method is presented to solve the constraints network model, monitor the potential conflicts due to engineering changes, and obtain the consistency solution space corresponding to the given product specifications. Finally, the robust parameter optimization model is established, and genetic arithmetic is used to obtain the robust optimization parameter. An example of bogie design is analyzed to show the scheme to be effective.