稳健设计方法.doc

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1、机研142孙利文201421202100一、稳健设计方法在产品设计开发中的作用。稳健设计又称作鲁棒设计。是关于产品质量和成本的一种工程设计方法。在产品或工艺系统设计中，正确的应用稳健设计的基本理论和方法可以使产品在制造或使用中，或是在规定寿命内当结构或材料发生老化、变质、工作环境发生微小的变化时，都能保证产品质量的稳定。通过稳健设计，可以使产品的性能对各种噪声因素的不可预测的变化，拥有很强的抗干扰能力。产品性能将更加稳定、质量更加可靠。任何一种产品"影响其质量的因素有很多"主要可分为两类：一类是在设计中人们可以控制的因素如设计变量、变量的容差等；另一类是所谓的噪声因素指由生产条件、使用环境及时

2、间等的变化而影响产品质量的因素如载荷、几何尺寸、工程材料特性的变异以及制造、安装误差等，其基本特点是具有不确定性和随机性，是不可控制的因素。实际存在的不确定因素的变化有可能导致产品的性能指标有较大的波动，使其功能劣化甚至失效，还有一些材料或元器件会随着时间的推移而发生失效等。对于这些因素有两种处理方法:一是尽可能消除这些因素这对可控因素是可以做到的，而对噪声因素往往很难实现。即使能够消除也需要花费很大的代价；二是尽量降低这些因素的影响。这是相对容易和低代价的方法，也就是使产品性能对这些因素的变化不敏感，为了使所设计的产品在不确定因素的影响下，其性能指标不仅能达到设计要求，而且对各种不确定因素的

3、变化不敏感，就需要用稳健设计方法来实现。稳健设计就是使产品的性能对在制造期间的变异或使用环境的变异不敏感，并使产品在其寿命周期内不管其参数、结构发生漂移或老化在一定范围内都能持续满意地工作。二、试验设计在稳健设计中的作用。试验设计就是运用正交试验法或优化方法确定零部件参数的最佳组合，在系统内、外因素作用下，所产生的质量波动最小，即质量最稳定（健壮）。试验设计的目的是根据系统设计中所确定的所有参数，通过多因素的优选方法来考察三种干扰（内干扰，外干扰，产品间波动）对系统质量特性的影响，寻求最佳的参数组合，以求得抗干扰性最佳的设计方案，使系统质量特性波动小，稳健性好，并且价格低廉。1）通过对产品特性

4、指标试验结构的分析，确定出在不可控因素影响下的可控因素值的最佳组合或工作状态；2）筛分出各可控因素对产品质量影响的重要程度，以利于有效控制；3）可以实现原有材料代用、基本设计构型的比较、设计参数的选择以保证产品质量在较宽的工作条件下具有稳定性；4）用于建立经验模型、确定质量特性与设计变量（或工艺参数）之间的函数关系，寻找最佳工作条件。三、按照正交试验（直观分析法）的原理，解决你实际工作中的一个问题，并总结成实验分析报告（以两个以上因素分析为例）。正交试验设计是用来科学地设计多种因素试验的一种方法，它利用一套规格化的正交表安排试验，得到的实验结果用数理统计进行处理，以得到科学结论。正交表是试验设

5、计的基本工具，它是根据均衡分布的思想，运用组合数学理论构造的一种数学表格，均衡分布性是正交表的核心。正交试验设计(简称正交设计)的基本程序是设计试验方案和处理试验结果两大部分。主要步骤可归纳如下：（1）明确试验目的，确定考核指标（2）挑因素，选水平。（3）选择合适的正交表，进行表头设计。,（4）确定试验方案。（5）试验结果分析实例：某化工厂生产一种试剂,产率较低,希望通过试验探索好的生产工艺以提高产率。考察的因子与水平如下表:表8-10考查试剂生产效率因素一览表因子水平A反应温度/摄氏度B反应时间/小时C搅拌速度一水平301快二水平401。5中三水平502慢这是一个三水平的试验,我们可以在和中

6、选一张合适的表。选择的原则是在试验因子能在正交表的列中安排得下的前提下,试验次数越少越好。本例只有三个因子,故选用表,作9次试验就行了选择了正交表后,将因子安排在的表头上,我们将三个因子依次安排在1,2,3列,并且把表中各列的水平号用相应的实际因子水平写出来,就得到一张试验设计表。列号试验号1反应温度(A)/摄氏度2反应时间(B)/小时3搅拌速度(C)1130111快213021。52中3130323慢4240112中524021。53慢6240321快7350113慢835021。51快9350322中表8-11试验计划表表8-12计算表列号试验号1反应温度(A)/摄氏度2反反应时间(B)/

7、小时3搅拌速度(C)试验结果产率%11(30)1(1)1(快)82212(1。5)812(中)313(2)3(慢)7642(40)128052238562318273(50)1364832272933164I(一水平试验结果总和)239226236II(二水平试验结果总和)247238225III(三水平试验结果总和)200222225I/379。775。378。7II/382。379。375。0