基于廣義區(qū)間的汽車產(chǎn)品質(zhì)量特性穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用.pdf

1、近年來在政策的鼓勵(lì)和市場(chǎng)的支持下，我國(guó)汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展，2014年的產(chǎn)銷量繼續(xù)世界排名第一。在產(chǎn)量大幅增長(zhǎng)的同時(shí)，更應(yīng)特別關(guān)注質(zhì)量的改進(jìn)與提升。眾所周知，設(shè)計(jì)階段是質(zhì)量形成的源頭，而工程實(shí)際中廣泛存在的不確定性卻是質(zhì)量問題產(chǎn)生的根本原因。在設(shè)計(jì)階段即考慮不確定因素，在不增加成本的前提下提高其穩(wěn)健性，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。因此，面向不確定性的設(shè)計(jì)方法研究與應(yīng)用對(duì)于提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量特性的穩(wěn)健性具有重要意義。
　　基于概率和模糊理論

2、的不確定性設(shè)計(jì)方法需要大量樣本信息來建立描述不確定因素的概率分布函數(shù)和模糊隸屬度函數(shù)，而實(shí)際往往不能滿足這種數(shù)據(jù)要求。區(qū)間理論雖然對(duì)數(shù)據(jù)量的要求不大，但它具有的計(jì)算不可逆性和語義描述的局限性，使其在應(yīng)用中受到一定限制。作為一種新的不確定性量化方法，廣義區(qū)間利用上下界的序關(guān)系區(qū)分不同的語義描述，通過相應(yīng)運(yùn)算符使得具有計(jì)算可逆性，在一定程度上彌補(bǔ)了經(jīng)典區(qū)間的不足。但是針對(duì)質(zhì)量特性穩(wěn)健設(shè)計(jì)的廣義區(qū)間型設(shè)計(jì)方法還沒有開展研究，尤其是在語義表述、

3、設(shè)計(jì)建模及求解、可行性分析以及動(dòng)態(tài)系統(tǒng)不確定型變量的估計(jì)等方面的研究與應(yīng)用，還存在尚待解決的問題。穩(wěn)健設(shè)計(jì)是一種用來進(jìn)行不確定性設(shè)計(jì)的常用方法，它在不消除不確定源的前提下，通過調(diào)整可控因素來減少由于不可控因素的變化導(dǎo)致的質(zhì)量特性的改變。目前的穩(wěn)健設(shè)計(jì)通常定義為優(yōu)化模型的求解最優(yōu)解形式，但是設(shè)計(jì)是一個(gè)信息不斷完善的過程，重復(fù)式的建立優(yōu)化模型并求最優(yōu)解無疑是不可取的。所以在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)之前，應(yīng)先探討滿足設(shè)計(jì)約束的可行解問題，尋找滿足約束的所

4、有可行解為工程師提供穩(wěn)健性的輔助決策。
　　本文對(duì)基于廣義區(qū)間的汽車產(chǎn)品質(zhì)量特性的不確定性設(shè)計(jì)方法展開研究，在滿意約束問題的理論框架下探索方法的穩(wěn)健性。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)提出基于量詞滿意約束問題的設(shè)計(jì)可行域探索模型。該方法利用廣義區(qū)間來量化不確定因素，通過與邏輯量詞相結(jié)合來表達(dá)變量在區(qū)間范圍內(nèi)“可控”或“不可控”的設(shè)計(jì)語義，從而將設(shè)計(jì)問題以廣義區(qū)間量詞滿意約束問題的形式進(jìn)行建模。然后提出了三種基于語義分析

5、的分支剪枝算法求得模型的設(shè)計(jì)可行域。最后提出了基于區(qū)間分析法的混合分層蒙特卡洛驗(yàn)證法用于解的驗(yàn)證。本方法在量詞滿意約束問題的理論框架下建立了質(zhì)量特性設(shè)計(jì)模型，在全稱和存在變量及其設(shè)計(jì)約束的作用下求得模型的穩(wěn)健可行解。
　　(2)提出針對(duì)廣義區(qū)間型變量的全局靈敏度分析法。該方法以量詞滿意約束模型中的不確定性變量為研究對(duì)象，通過基于廣義Hartley熵的靈敏度指標(biāo)來定量分析變量中的不明確性，使用非可行性指標(biāo)來定性評(píng)估變量不確定性對(duì)質(zhì)量

6、特性的影響，并構(gòu)建了不確定性變量的靈敏度域概念，在不進(jìn)行窮計(jì)算條件下增加了靈敏度分析結(jié)果的穩(wěn)健性。本方法只需估計(jì)變量變化的上下界限，無需假設(shè)概率分布，可同時(shí)分析變量的數(shù)值不確定性和設(shè)計(jì)語義對(duì)質(zhì)量特性的影響。
　　(3)提出基于廣義區(qū)間概率理論的擴(kuò)展Kalman濾波機(jī)制。考慮系統(tǒng)誤差和系統(tǒng)擾動(dòng)共同存在時(shí)，該方法運(yùn)用廣義區(qū)間概率對(duì)車輛動(dòng)態(tài)系統(tǒng)中的隨機(jī)和認(rèn)知不確定性進(jìn)行量化，以對(duì)隨機(jī)廣義區(qū)間型數(shù)據(jù)的統(tǒng)特性定義為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了動(dòng)態(tài)系統(tǒng)變量的