穩(wěn)健設計建模及優(yōu)化方法研究.pdf

1、作為有效降低不確定性因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響的穩(wěn)健設計理論日益引起諸多學者的關注。近年來隨著科學技術(shù)以及工程實際的發(fā)展，需要對穩(wěn)健設計理論做進一步的研究，以適應不同的工程問題。本文在國內(nèi)外穩(wěn)健設計研究的基礎上，對穩(wěn)健設計理論的建模及多目標優(yōu)化做了進一步的研究和探討，主要內(nèi)容如下： 1)針對產(chǎn)品質(zhì)量特性與不確定性因素之間關系未知的隱式工程問題，提出了基于混合響應面的穩(wěn)健設計改進模型。該方法利用多項式響應面形式簡單、計算效率高以及神經(jīng)網(wǎng)絡

2、非線性適應程度好的特點，將二者結(jié)合研究了在不確定性因素影響下如何建立產(chǎn)品質(zhì)量特性的顯性表達式，從而達到減小計算量并提高計算精度的目的；利用線性物理規(guī)劃改進了基于響應面的穩(wěn)健設計模型。改進后穩(wěn)健設計模型可以靈活的調(diào)節(jié)質(zhì)量特性與波動之間的矛盾，得到設計人員對質(zhì)量特性、波動均滿意的設計方案，更符合實際的工程需要。 2)針對產(chǎn)品質(zhì)量特性與不確定性因素之間關系已知的顯式工程問題，提出了穩(wěn)健設計的最大波動分析法，建立了最大波動分析法的交互式

3、求解流程。提出的穩(wěn)健設計模型不需要考慮設計變量、設計參數(shù)的分布類型，也不要求目標函數(shù)以及約束連續(xù)、可導等，對工程優(yōu)化問題的數(shù)學模型要求不高，適用面廣。交互式求解流程可以讓設計者在目標函數(shù)值、目標函數(shù)波動以及約束的穩(wěn)健可行程度之間進行自由選擇。無論對于凸有效域還是凹有效域，均勻改變各設計目標的滿意程度區(qū)間，都可以得到有效域中均勻分布的一組有效解。同時可以方便的進行程序化求解，減少人工干預的次數(shù)。 3)針對穩(wěn)健設計目標函數(shù)與波動之間

4、的沖突及協(xié)調(diào)問題，提出了基于改進遺傳算法的多目標穩(wěn)健設計方法，在考慮機械設計中大量存在的非連續(xù)性變量的前提下，改進了多目標遺傳算法中Pareto解集過濾器，使得采用遺傳算法求出的Pareto前沿面更加均勻，最大程度地給出Pareto最優(yōu)解集，使決策者有更多的選擇余地。提出了一種基于改進模糊折衷規(guī)劃的多目標穩(wěn)健設計方法，該方法能夠分配每個目標的權(quán)重從而均衡目標函數(shù)值和波動之間的平衡，將決策者的偏好充分體現(xiàn)到?jīng)Q策過程中，進而有效得到?jīng)Q策者所

5、期望的折衷解。 4)利用本文所提出的穩(wěn)健設計模型研究了1.5MW風力發(fā)電齒輪增速器傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設計。詳細地分析了斜齒輪傳動副中的可控及不可控因素；以保證斜齒輪的接觸疲勞強度、彎曲疲勞強度的穩(wěn)健可行性為基礎，建立了斜齒輪副的穩(wěn)健設計模型并進行了優(yōu)化。設計結(jié)果表明利用傳統(tǒng)設計方法得到的設計方案的最小安全系數(shù)有可能低于設計時規(guī)定的最小允許安全系數(shù)。而本文所提穩(wěn)健設計模型則可以保證設計方案的最小安全系數(shù)不低于設計時規(guī)定的最小允許安全系