[發明專利]一種用于優化產品性能變化邊界的穩健設計方法

有效

• 申請號: 201710549165.8
• 申請日: 2017-07-07
• 公開（公告）號: CN107451336B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 張健;杜紅磊;李整;薛德意;顧佩華
• 申請（專利權）人: 汕頭大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 張澤思;周增元

本發明實施例公開了一種用于優化產品性能變化邊界的穩健設計方法，包括：建立產品性能與參數間函數關系；建立穩健設計優化模型；建立參數優化模型；建立配置優化模型；建立產品性能波動邊界對參數波動邊界的敏感性優化模型。基于遺傳算法，建立一套MATLAB程序連接各個優化模型以及產品性能與參數、參數波動邊界。本發明的穩健設計優化方法可以深層次揭示參數不確定性對產品性能的影響機理，降低產品性能對參數不確定性的敏感性，為設計者提供方法支持。

技術領域

本發明涉及一種產品優化設計方法，具體來說涉及到穩健設計方法領域對不確定因素影響造成的性能不穩定問題，其中主要涉及的對象包括產品的性能及其變化邊界、產品配置、對應配置的相關參數以及不確定因素。通過研究上述對象之間的關系，建立起針對產品性能邊界優化的三層優化模型，提出了不確定性對功能特性波動邊界影響的敏感性分析，從根本上提高了產品的穩健性。

背景技術

機械產品在其設計、生產、使用到報廢的整個生命周期過程中都會受到壓力、噪聲、載荷等不確定因素的影響。這些不確定因素會影響產品的性能進而影響機械產品的質量，也決定了企業的經濟效益甚至企業的生存狀況。對于重要的機械設備，不確定性因素的影響可能會造成災難性事故，例如飛機、核電等設備。所以在產品的設計階段就應該對不確定性因素予以重視和考慮。由于傳統方法無法對不確定性因素進行定量計算影響，因此導致產品的系統性能要么對于參數不確定性太過敏感而不能穩定發揮性能，要么由于保守設計導致經濟效益低。穩健設計的出現能夠很好的降低不確定性因素對系統性能的影響。穩健是在英文中是的意思是強壯、堅韌，能經受考驗。

Taguchimethod(田口方法)來源于Taguchi博士的產品質量管理思想。它是以實驗為基礎的設計方法，可以提高改進產品質量，降低產品性能對不確定性因素的敏感性。Taguchimethod通過建立產品性能與其他參數的函數關系，然后給出每個參數的不同數值并建立正交表。根據正交表產生的多組組合，以實驗為基礎選擇最優的一組組合。Taguchi設計方法的基本思想是，在不消除且不減小不確定性源的前提下，通過設計使不確定性因素對產品質量的影響盡可能小。

基于可靠性的優化設計目的在于考慮到設計參數各種不確定性的同時，在給定的可靠性水平上找到最優設計。通常把設計參數不確定性對產品可靠性的影響作為約束來處理。一階和二階可靠性方法通常用于可靠性優化設計。因為設計參數的可靠性可由區間模型來描述，區間分析可用作基于可靠性的設計優化。另外，基于主觀不確定性的優化方法也被引進開展研究，但是，這些方法沒有研究功能特性邊界和設計參數波動之間的關系。另外對產品功能特性參數波動邊界關于設計參數波動的敏感性也沒有系統的研究。

區間優化方法作為一種新的不確定優化方法逐漸發展起來。在區間優化中，實驗者僅僅需要參數的變化范圍(即不確定范圍)，而不是這些參數精確的概率分布，因此對試驗次數和樣本的依賴比較低。因此，許多復雜的工程設計問題中即使缺乏足夠多的樣本點依然能夠方便地處理為區間變量。根據目標函數和約束的性質分類，區間優化可以分為非線性優化和線性優化兩大類，但是非線性區間優化問題通常是被轉換成一個兩層嵌套的確定性優化問題，如何提高計算效率一直是困擾學者和工程設計人員的瓶頸問題。在實際工程中，基于數值分析的優化模型所進行的單次計算比較耗時，使得兩層嵌套的效率優化無法滿足設計要求。

發明內容

本發明實施例所要解決的技術問題在于，提供一種用于優化性能變化邊界的穩健設計方法。可提高系統在使用過程中的穩定性，降低對不確定因素的敏感性，對產品的優化設計提供重大幫助。

為了解決上述技術問題，本發明實施例提供了一種用于優化產品性能變化邊界的穩健設計方法，包括以下步驟：