[發(fā)明專利]一種基于三次設(shè)計方法的復(fù)合材料接骨板優(yōu)化設(shè)計方法

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• 申請日: 2016-12-01
• 公開（公告）號: CN106777581A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王沫楠;王新宇;楊寧
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于三次設(shè)計方法的復(fù)合材料接骨板優(yōu)化設(shè)計方法，包括如下步驟：

步驟一：制定可控因素水平表；

在試驗中水平可以指定并加以挑選的因素，即水平可以人為加以控制的因素，稱為可控因素；例如時間、溫度、加工方法、電阻、電壓、電流強(qiáng)度等均為可控因素；可控因素水平表一般取三水平；

步驟二：利用正交表進(jìn)行內(nèi)設(shè)計；

根據(jù)可控因素個數(shù)和水平數(shù)選用相應(yīng)的正交表(稱為內(nèi)表)，確定對可控因素所進(jìn)行的試驗方案的設(shè)計稱為內(nèi)設(shè)計；

在參數(shù)空間指定一個搜索范圍后，其試驗次數(shù)仍太多，采用正交試驗可大大減少試驗次數(shù)；由于正交試驗的正交性，能在很多的試驗條件中，選取代表性強(qiáng)的少量的試驗條件進(jìn)行試驗，分析推斷出最佳的參數(shù)組合；

步驟三：制定誤差因素水平表；

誤差因素，主要指引起產(chǎn)品功能波動的物品間干擾、外干擾和內(nèi)干擾；誤差因素水平表一般取三水平；

外干擾是指由于使用條件及環(huán)境條件(如溫度、濕度、輸入電壓、磁場、操作者等)的波動或變化，將引起產(chǎn)品功能的波動，稱這種使用條件及環(huán)境條件的波動或變化為外干擾，也稱外噪聲；

內(nèi)干擾是指產(chǎn)品在儲存或使用過程中，隨著時間的推移，發(fā)生材料老化變質(zhì)現(xiàn)象，從而引起產(chǎn)品功能的波動，稱這種材料老化變質(zhì)現(xiàn)象為內(nèi)干擾，也稱內(nèi)噪聲；

步驟四：進(jìn)行外設(shè)計；

對誤差因素所進(jìn)行的試驗方案的設(shè)計稱為外設(shè)計；

內(nèi)設(shè)計完成后，在參數(shù)空間指定的搜索范圍內(nèi)確定了若干個點(diǎn)，把試驗點(diǎn)的坐標(biāo)作為元器件的標(biāo)稱值，用誤差因素模擬各種干擾進(jìn)行試驗；

步驟五：求質(zhì)量特性值；

根據(jù)內(nèi)、外表確定的試驗方案求質(zhì)量特性值；

當(dāng)質(zhì)量特性值可計算時，可由公式直接進(jìn)行計算，或者用仿真軟件進(jìn)行仿真；

當(dāng)質(zhì)量特性值不可計算或仿真時，需按設(shè)計方案組裝樣品，通過試驗測得質(zhì)量特性的試驗值；

質(zhì)量特性損失函數(shù)分為三類：望目特性的質(zhì)量損失函數(shù)、望小特性的質(zhì)量損失函數(shù)、望大特性的質(zhì)量損失函數(shù)；

望目特性的質(zhì)量損失函數(shù)：望目特性質(zhì)量損失函數(shù)適用于產(chǎn)品的輸出特性y有一個確定的目標(biāo)值y0(通常不為零)，并且質(zhì)量損失在目標(biāo)值的兩側(cè)呈對稱分；其計算公式為：

L(y)＝K(y-y₀)² (1)

式中，K是不依賴于y的常數(shù)，稱為質(zhì)量損失系數(shù)；質(zhì)量損失系數(shù)K的確定可以有兩種方法：一種是根據(jù)功能界限和相應(yīng)的損失來確定；另一種是根據(jù)容差△J和相應(yīng)的損失來確定；

望小特性的質(zhì)量損失函數(shù)：質(zhì)量特征是：不取負(fù)值，越小越好，目標(biāo)值為零；當(dāng)其輸出特性值增大時，其性能逐漸變差，質(zhì)量損失逐漸變大；

望大特性的質(zhì)量損失函數(shù)：質(zhì)量特性是：不取負(fù)值，越大越好，零值最差；當(dāng)其輸出特性值增大時，其性能逐漸變好，質(zhì)量損失逐漸變小，其理想的值是無窮大；

步驟六：計算信噪比和靈敏度；

信噪比SN和靈敏度S的計算公式為：

望目特性信噪比SN的計算公式為：

$SN=10\lg \[\frac{1}{N}(S_m-S_y^2)/S_y^2\]---\left(2\right)$

$S_y^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2/(N-1)---\left(3\right)$

$S_m=N{\stackrel{\‾}{y}}^2---\left(4\right)$

式中，y_i為產(chǎn)品質(zhì)量特性，為產(chǎn)品質(zhì)量特性均值，N為樣品數(shù)；

望小特性信噪比SN的計算公式為：

$SN=-10\lg \left(\frac{1}{N}\underset{I=1}{\overset{N}{\Σ}}\right(y_i^2\left)\right)---\left(5\right)$

望大特性信噪比SN的計算公式為：

$SN=-10\lg \left(\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{1}{y_i^2}\right)---\left(6\right)$

靈敏度S的計算公式為：

$S={\stackrel{\‾}{y}}^2---\left(7\right)$

步驟七：內(nèi)表的統(tǒng)計分析；

通過對內(nèi)表的試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，分別判斷出各個可控因素對信噪比和靈敏度影響是否顯著；并把可控因素分為三種類型：穩(wěn)定因素、調(diào)整因素和次要因素；其中，所述穩(wěn)定因素指的是在信噪比分析中顯著的可控因素；調(diào)整因素指的是在信噪比分析中不顯著，但在靈敏度分析中顯著的可控因素，可以通過對因素水平的“調(diào)整”，使可控因素最佳條件下的質(zhì)量特性的期望值趨近目標(biāo)值；次要因素指的是在信噪比和靈敏度分析中都不顯著的可控因素，其在減少成本以及縮短產(chǎn)品研發(fā)周期有重要作用；

步驟八：確定最佳參數(shù)設(shè)計方案；

通過SN比分析，找出最優(yōu)水平的組合，當(dāng)最佳水平組合的響應(yīng)沒有達(dá)到目標(biāo)值時，可通過調(diào)整因素進(jìn)行調(diào)整，采用仿真的方法對優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行分析。