稳健优化成本设计及隐函数稳健设计研究

论文摘要

随着生活水平的提高,人们对机械产品的精度、速度、环保等要求也越来越高,这要求专业人员能够基于市场的要求,运用模块化设计、标准化设计、稳健设计、可靠性设计、生命周期设计等现代设计方法,提出机械产品设计的应对方案。机械设计已由过去的单纯依赖经验设计演变为现在的依靠计算机技术、现代设计方法、规范及行业标准化的过程。传统的经验设计严重依赖于设计者个人的经验和水平,导致生产资料的极大浪费。现代设计方法有较为成熟的理论依据,并利用日益精确的计算功能及优化设计工具等。本论文研究现代设计方法之一稳健设计,主要研究内容如下所示:1)为了提高制造企业的市场竞争力,提出了一种稳健优化成本设计方法。鉴于社会对制造产业节约成本的要求越来越强烈。稳健优化成本设计可以让企业通过采用更加廉价的零部件来替换目前设备上的零部件,并且产品的功能不会受到影响。在充分了解现有机械产品的基础上,采用稳健优化成本设计的方法可以放松对零部件的精度要求。线性问题是非线性问题的基础,论文首先回顾了线性工程模型的稳健设计,并在其基础上提出了一种优化成本的设计方法,得出了输入设备的方差关于设计参数及性能参数方差的函数关系,利用优化的方法实现了设计参数的最优组合,不但保证了产品质量,而且降低了产品的生产成本。通过降低对输入设备的精度要求实现了产品成本的优化。针对非线性工程模型,在保证产品性能不变甚至提高的前提下,基于泰勒展开,得出零部件公差关于设计参数及性能特征参数波动的确切关系,利用优化工具MATLAB得出零部件更大的允许设计方差;然后根据方差求解出零部件的制造精度。在轻工机械产品中,涂布设备占有重要地位,利用稳健优化成本设计实现了涂布设备的节能目标。在涂布头的设计中,基于其内在机理以及稳健优化成本设计方法,放松了对各辊的制造精度及驱动精度的要求。2)完善了分析性稳健设计方法;具体针对隐函数工程模型的稳健设计,提供了一个解决方案。依据功能特性参数与设计参数之间的隐函数关系,建立了产品性能波动方差与设计参数及其方差之间的函数关系,实现了隐函数工程模型的稳健设计,使得产品质量得以提升。在工程实践中,工程模型存在隐函数形式的情况。利用泰勒展开的方法,并在功能需求个数与原始工程模型个数相等的情况下,求出了功能特性参数的方差及约束条件表达式,得出了基于隐函数工程模型的一种稳健设计方法及模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题现状
• 1.2.1 稳健设计的研究现状
• 1.2.2 稳健设计的应用
• 1.3 课题研究的内容
• 1.3.1 基于线性工程模型的优化成本设计
• 1.3.2 基于非线性工程模型的优化成本设计
• 1.3.3 基于隐函数工程模型的稳健优化设计
• 第二章 综述
• 2.1 基于稳健设计的优化成本设计方法
• 2.2 基于非线性工程模型的稳健优化设计
• 2.3 讨论与分析
• 第三章 基于线性工程模型的优化成本设计
• 3.1 问题的提出、研究目标、方法内容等
• 3.2 单目标线性系统的稳健优化设计
• 3.3 多目标线性系统的稳健优化设计
• 3.3.1 稳健设计模型的推导
• 3.3.2 几何平均数法稳健优化设计模型
• 3.3.3 加权法稳健优化设计模型
• 3.3.4 应用实例
• 3.4 基于线性系统稳健设计的优化成本设计
• 3.4.1 前提条件
• 3.4.2 优化成本设计
• 3.4.3 应用实例
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于非线性工程模型的优化成本设计
• 4.1 问题的提出、研究目标、方法内容等
• 4.2 单目标非线性工程模型的稳健优化设计
• 4.3 多目标非线性系统的稳健优化设计
• 4.3.1 稳健设计模型的推导过程
• 4.3.2 目标等值约束下的稳健优化设计情形
• 4.3.3 方差及均值的综合优化
• 4.4 基于非线性工程模型稳健设计的优化成本设计
• 4.4.1 优化成本设计的前提条件
• 4.4.2 优化成本设计
• 4.5 应用实例
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于隐函数工程模型的稳健优化设计
• 5.1 基于隐函数工程模型的稳健优化设计的提出
• 5.2 基于隐函数工程模型的稳健优化设计
• 5.2.1 前期推导过程
• 5.2.2 优化模型存在的前提条件
• 5.2.3 基于隐函数工程模型的稳健优化设计
• 5.3 应用实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 已发表论文
• 个人简历