錢桂名四川職業(yè)技術學院 四川遂寧 629000

穩(wěn)健優(yōu)化設計方法在機械產品中的應用

錢桂名
四川職業(yè)技術學院 四川遂寧 629000

隨著機械產品設計的多樣化和復雜化，穩(wěn)健設計方法在質量設計過程中得到了越來越廣泛的推廣和應用。穩(wěn)健優(yōu)化設計方法很好的滿足了設計要求，保證了設計解的穩(wěn)健性，大大縮短了設計時間，降低了設計成本，從而提高了工作效率和機械產品的質量穩(wěn)定性?；诖?，本文研究分析了穩(wěn)健優(yōu)化設計方法在我國的發(fā)展歷程，以及穩(wěn)健優(yōu)化設計方法在機械產品應用中遇到的問題。

穩(wěn)健優(yōu)化設計；機械產品；應用

隨著全球化市場競爭的到來，顧客對產品的質量要求越來越高，產品質量成為企業(yè)成功的關鍵因素。在機械制造業(yè)的發(fā)展過程中，機械產品在設計和制造過程中可能會受到各種因素的影響從而影響產品質量，導致企業(yè)資源的浪費和巨大的經濟損失。因此，如何將穩(wěn)健優(yōu)化設計方法使用在機械產品的設計和制造過程中，是目前機械制造研究者和實踐者所關注和重視的問題。

一、我國穩(wěn)健優(yōu)化設計方法在機械產品應用中遇到的問題

第一，必須承認的是穩(wěn)健優(yōu)化設計方法在可計算機械產品的設計過程中具有不可比擬的優(yōu)勢，但是對于不可計算的產品就必須進行準確的實驗設計。但是機械產品的設計過程通常需要大量的參數(shù)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)也必須經過實驗驗證才能夠使用。大量數(shù)據(jù)的分析可能存在較多的誤差，從而影響分析結果，很難實現(xiàn)產品的有效設計。第二，當前應用的穩(wěn)健優(yōu)化設計方法很多都采用了基于連續(xù)變量的尋優(yōu)方法，這在一定程度上降低了穩(wěn)健設計方法在實際工程操作中的實用價值。穩(wěn)健優(yōu)化設計忽視了工程設計過程中的實際問題。第三，穩(wěn)健優(yōu)化設計方法在設計過程中很難對成本進行準確的估量，很難確定質量與成本之間的關系，這也是穩(wěn)健優(yōu)化設計方法在應用時所需要解決的問題之一。第四，目前的穩(wěn)健優(yōu)化設計只注重了參數(shù)的設計和容差的設計，忽視了產品的概念設計階段的穩(wěn)健設計。產品質量的保證要求在產品設計的各個階段都應當注重穩(wěn)健性，尤其是在概念設計階段的穩(wěn)健性保障更加重要。因此，機械產品制造前期的概念設計更應當進行穩(wěn)健性優(yōu)化設計，從而提高機械產品質量，降低產品制造成本，最終達到提高企業(yè)競爭力的最終目標。第五，傳統(tǒng)的穩(wěn)健優(yōu)化設計方法過多的關注單個零件、單一目標的簡單產品設計，忽視了復雜機械產品面臨的實際問題。復雜機械產品的實際問題通常是多目標、多約束之間的耦聯(lián)關系，因此如何建立合理的優(yōu)化模型，選取合適的優(yōu)化算法是目前設計者必須考慮和解決的問題。除此之外，多學科穩(wěn)健優(yōu)化設計也是目前復雜機械產品優(yōu)化設計所面臨的問題和挑戰(zhàn)。

二、穩(wěn)健優(yōu)化設計方法

1.容差多面體法

容差多面體法通過尋找一個有設計變量和最大容差所定義的多面體結構，然后在中間嵌入設計空間，而這個空間的中心就是我們所要求的穩(wěn)健優(yōu)化設計方法。這種方法調整了設計變量和容差的大小，提高了機械產品對一些干擾因素的不靈敏性，從而降低了機械產品的成本。

2.變差傳遞法

變差傳遞法不僅考慮了設計變量的變差，也考慮了噪聲因素對約束條件的變差影響。這種穩(wěn)健優(yōu)化設計方法不但保證了所有目標值的明確性，同時還克服了傳統(tǒng)方法中信噪對比均值和方差之間必須成比例變化的約束。另外這一方法還具有不可忽視的缺點，它只是適用于設計變量和干擾變量變差較小的情況，如果數(shù)據(jù)較大的話就會造成計算過程上的復雜和繁瑣。

3.隨機模型法

隨機模型法將概率論、數(shù)理統(tǒng)計、計算機等技術進行綜合運用，經常被用于處理包含隨機因素工程問題。這種方法可以通過直接求解或者是簡化的確定模型進行求解，充分考慮到了實際過程中的可控因素和不可控因素的隨機性，對于實際工程的意義較大。與此同時隨機模型的建立和計算過程較為復雜，因此在實際計算過程中不得不采用近似的數(shù)據(jù)和算法，從而導致計算結果的準確性下降。

4.靈敏度法

靈敏度法是指在設計階段合理選擇實驗變量，從而降低產品質量對不確定因素的敏感度，最終使得產品具有良好的穩(wěn)健性。靈敏度法可以簡單快速的分析變量調節(jié)的范圍和方向，在實際應用過程中通常與其他方法聯(lián)合使用。

三、研究展望

隨著穩(wěn)健優(yōu)化設計研究的發(fā)展和推廣，在實踐應用中發(fā)揮了十分巨大的實用價值。穩(wěn)健優(yōu)化設計包含了工程分析方法、工程模型分析方法、優(yōu)化設計方法等多種設計方法。穩(wěn)健設計追求系統(tǒng)性能的優(yōu)化，性能偏差的最小化以及設計中的約束滿足穩(wěn)健性。因此穩(wěn)健優(yōu)化設計方法作為新興的設計方法必然具有更加廣闊的發(fā)展前景和發(fā)展空間。穩(wěn)健優(yōu)化設計方法滿足了用戶的功能需求，另一方面也保證了產品的制造裝配、維護和經營管理，從而實現(xiàn)機械產品全部生命周期的質量設計，保證了機械產品的高質量。由此可見穩(wěn)健優(yōu)化設計方法必將朝著系統(tǒng)化、綜合化、可視化、穩(wěn)健化、智能化的方向不斷蓬勃發(fā)展。

四、小結

綜上所述，穩(wěn)健優(yōu)化設計方法對于機械產品的設計和制造具有十分巨大的實用價值。因此，企業(yè)和設計人員在進行機械產品的設計時應當將穩(wěn)健設計方法與新的數(shù)學方法相結合，從而保證企業(yè)可以在全球經濟競爭日趨激烈的大環(huán)境下取得競爭優(yōu)勢，提高企業(yè)經濟效益。

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Application of robust optimal design method on mechanical products

Qian Guiming，Sichuan Vocational and Technical College, Suining city in Sichuan province，629000

Along with the diversif cation and complexif cation of mechanical products design, the generalization and application of robust design methods in the course of quality design become more and more popular.Robust optimal design method can satisfy the design requirements very well, which guarantees the design robustness, shorten the design time, decrease the design cost and increase the work eff ciency and mechanical products’quality robustness. Based on the previous conditions, this paper develops analysis on the development history of robust optimal design method in China and the problems existed in the application of robust optimal design method in mechanical products.

robust optimal design, mechanical products, application

TH122

A

錢桂名（1984～）男，漢，四川大英人，四川職業(yè)技術學院，助教，研究方向：工業(yè)設計。