穩(wěn)健設(shè)計(jì)建模及優(yōu)化方法研究.pdf

1、作為有效降低不確定性因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響的穩(wěn)健設(shè)計(jì)理論日益引起諸多學(xué)者的關(guān)注。近年來隨著科學(xué)技術(shù)以及工程實(shí)際的發(fā)展，需要對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)理論做進(jìn)一步的研究，以適應(yīng)不同的工程問題。本文在國內(nèi)外穩(wěn)健設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上，對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)理論的建模及多目標(biāo)優(yōu)化做了進(jìn)一步的研究和探討，主要內(nèi)容如下： 1)針對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量特性與不確定性因素之間關(guān)系未知的隱式工程問題，提出了基于混合響應(yīng)面的穩(wěn)健設(shè)計(jì)改進(jìn)模型。該方法利用多項(xiàng)式響應(yīng)面形式簡(jiǎn)單、計(jì)算效率高以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

2、非線性適應(yīng)程度好的特點(diǎn)，將二者結(jié)合研究了在不確定性因素影響下如何建立產(chǎn)品質(zhì)量特性的顯性表達(dá)式，從而達(dá)到減小計(jì)算量并提高計(jì)算精度的目的；利用線性物理規(guī)劃改進(jìn)了基于響應(yīng)面的穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型。改進(jìn)后穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型可以靈活的調(diào)節(jié)質(zhì)量特性與波動(dòng)之間的矛盾，得到設(shè)計(jì)人員對(duì)質(zhì)量特性、波動(dòng)均滿意的設(shè)計(jì)方案，更符合實(shí)際的工程需要。 2)針對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量特性與不確定性因素之間關(guān)系已知的顯式工程問題，提出了穩(wěn)健設(shè)計(jì)的最大波動(dòng)分析法，建立了最大波動(dòng)分析法的交互式

3、求解流程。提出的穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型不需要考慮設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)參數(shù)的分布類型，也不要求目標(biāo)函數(shù)以及約束連續(xù)、可導(dǎo)等，對(duì)工程優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型要求不高，適用面廣。交互式求解流程可以讓設(shè)計(jì)者在目標(biāo)函數(shù)值、目標(biāo)函數(shù)波動(dòng)以及約束的穩(wěn)健可行程度之間進(jìn)行自由選擇。無論對(duì)于凸有效域還是凹有效域，均勻改變各設(shè)計(jì)目標(biāo)的滿意程度區(qū)間，都可以得到有效域中均勻分布的一組有效解。同時(shí)可以方便的進(jìn)行程序化求解，減少人工干預(yù)的次數(shù)。 3)針對(duì)穩(wěn)健設(shè)計(jì)目標(biāo)函數(shù)與波動(dòng)之間

4、的沖突及協(xié)調(diào)問題，提出了基于改進(jìn)遺傳算法的多目標(biāo)穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法，在考慮機(jī)械設(shè)計(jì)中大量存在的非連續(xù)性變量的前提下，改進(jìn)了多目標(biāo)遺傳算法中Pareto解集過濾器，使得采用遺傳算法求出的Pareto前沿面更加均勻，最大程度地給出Pareto最優(yōu)解集，使決策者有更多的選擇余地。提出了一種基于改進(jìn)模糊折衷規(guī)劃的多目標(biāo)穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法，該方法能夠分配每個(gè)目標(biāo)的權(quán)重從而均衡目標(biāo)函數(shù)值和波動(dòng)之間的平衡，將決策者的偏好充分體現(xiàn)到?jīng)Q策過程中，進(jìn)而有效得到?jīng)Q策者所

5、期望的折衷解。 4)利用本文所提出的穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型研究了1.5MW風(fēng)力發(fā)電齒輪增速器傳動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。詳細(xì)地分析了斜齒輪傳動(dòng)副中的可控及不可控因素；以保證斜齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度、彎曲疲勞強(qiáng)度的穩(wěn)健可行性為基礎(chǔ)，建立了斜齒輪副的穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型并進(jìn)行了優(yōu)化。設(shè)計(jì)結(jié)果表明利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法得到的設(shè)計(jì)方案的最小安全系數(shù)有可能低于設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的最小允許安全系數(shù)。而本文所提穩(wěn)健設(shè)計(jì)模型則可以保證設(shè)計(jì)方案的最小安全系數(shù)不低于設(shè)計(jì)時(shí)規(guī)定的最小允許安全系