稳健优化设计方法在机械产品中的应用

钱桂名四川职业技术学院 四川遂宁 629000

稳健优化设计方法在机械产品中的应用

钱桂名
四川职业技术学院 四川遂宁 629000

随着机械产品设计的多样化和复杂化，稳健设计方法在质量设计过程中得到了越来越广泛的推广和应用。稳健优化设计方法很好的满足了设计要求，保证了设计解的稳健性，大大缩短了设计时间，降低了设计成本，从而提高了工作效率和机械产品的质量稳定性。基于此，本文研究分析了稳健优化设计方法在我国的发展历程，以及稳健优化设计方法在机械产品应用中遇到的问题。

稳健优化设计；机械产品；应用

随着全球化市场竞争的到来，顾客对产品的质量要求越来越高，产品质量成为企业成功的关键因素。在机械制造业的发展过程中，机械产品在设计和制造过程中可能会受到各种因素的影响从而影响产品质量，导致企业资源的浪费和巨大的经济损失。因此，如何将稳健优化设计方法使用在机械产品的设计和制造过程中，是目前机械制造研究者和实践者所关注和重视的问题。

一、我国稳健优化设计方法在机械产品应用中遇到的问题

第一，必须承认的是稳健优化设计方法在可计算机械产品的设计过程中具有不可比拟的优势，但是对于不可计算的产品就必须进行准确的实验设计。但是机械产品的设计过程通常需要大量的参数数据，这些数据也必须经过实验验证才能够使用。大量数据的分析可能存在较多的误差，从而影响分析结果，很难实现产品的有效设计。第二，当前应用的稳健优化设计方法很多都采用了基于连续变量的寻优方法，这在一定程度上降低了稳健设计方法在实际工程操作中的实用价值。稳健优化设计忽视了工程设计过程中的实际问题。第三，稳健优化设计方法在设计过程中很难对成本进行准确的估量，很难确定质量与成本之间的关系，这也是稳健优化设计方法在应用时所需要解决的问题之一。第四，目前的稳健优化设计只注重了参数的设计和容差的设计，忽视了产品的概念设计阶段的稳健设计。产品质量的保证要求在产品设计的各个阶段都应当注重稳健性，尤其是在概念设计阶段的稳健性保障更加重要。因此，机械产品制造前期的概念设计更应当进行稳健性优化设计，从而提高机械产品质量，降低产品制造成本，最终达到提高企业竞争力的最终目标。第五，传统的稳健优化设计方法过多的关注单个零件、单一目标的简单产品设计，忽视了复杂机械产品面临的实际问题。复杂机械产品的实际问题通常是多目标、多约束之间的耦联关系，因此如何建立合理的优化模型，选取合适的优化算法是目前设计者必须考虑和解决的问题。除此之外，多学科稳健优化设计也是目前复杂机械产品优化设计所面临的问题和挑战。

二、稳健优化设计方法

1.容差多面体法

容差多面体法通过寻找一个有设计变量和最大容差所定义的多面体结构，然后在中间嵌入设计空间，而这个空间的中心就是我们所要求的稳健优化设计方法。这种方法调整了设计变量和容差的大小，提高了机械产品对一些干扰因素的不灵敏性，从而降低了机械产品的成本。

2.变差传递法

变差传递法不仅考虑了设计变量的变差，也考虑了噪声因素对约束条件的变差影响。这种稳健优化设计方法不但保证了所有目标值的明确性，同时还克服了传统方法中信噪对比均值和方差之间必须成比例变化的约束。另外这一方法还具有不可忽视的缺点，它只是适用于设计变量和干扰变量变差较小的情况，如果数据较大的话就会造成计算过程上的复杂和繁琐。

3.随机模型法

随机模型法将概率论、数理统计、计算机等技术进行综合运用，经常被用于处理包含随机因素工程问题。这种方法可以通过直接求解或者是简化的确定模型进行求解，充分考虑到了实际过程中的可控因素和不可控因素的随机性，对于实际工程的意义较大。与此同时随机模型的建立和计算过程较为复杂，因此在实际计算过程中不得不采用近似的数据和算法，从而导致计算结果的准确性下降。

4.灵敏度法

灵敏度法是指在设计阶段合理选择实验变量，从而降低产品质量对不确定因素的敏感度，最终使得产品具有良好的稳健性。灵敏度法可以简单快速的分析变量调节的范围和方向，在实际应用过程中通常与其他方法联合使用。

三、研究展望

随着稳健优化设计研究的发展和推广，在实践应用中发挥了十分巨大的实用价值。稳健优化设计包含了工程分析方法、工程模型分析方法、优化设计方法等多种设计方法。稳健设计追求系统性能的优化，性能偏差的最小化以及设计中的约束满足稳健性。因此稳健优化设计方法作为新兴的设计方法必然具有更加广阔的发展前景和发展空间。稳健优化设计方法满足了用户的功能需求，另一方面也保证了产品的制造装配、维护和经营管理，从而实现机械产品全部生命周期的质量设计，保证了机械产品的高质量。由此可见稳健优化设计方法必将朝着系统化、综合化、可视化、稳健化、智能化的方向不断蓬勃发展。

四、小结

综上所述，稳健优化设计方法对于机械产品的设计和制造具有十分巨大的实用价值。因此，企业和设计人员在进行机械产品的设计时应当将稳健设计方法与新的数学方法相结合，从而保证企业可以在全球经济竞争日趋激烈的大环境下取得竞争优势，提高企业经济效益。

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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

钱桂名（1984～）男，汉，四川大英人，四川职业技术学院，助教，研究方向：工业设计。