基于DRSM和满意度函数法的柔顺机构多响应问题稳健优化设计

作     者：黄裕林 

作者单位：江西理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：伍建军

授予年度：2017年

学科分类：07[理学] 070104[理学-应用数学] 0701[理学-数学] 

主      题：双响应曲面(DRSM) 满意度函数法 柔顺机构 多响应问题 稳健优化设计 

摘      要：随着顾客需求的多样化,企业在对新产品的设计过程中,通常需要对产品的多个响应质量特性进行考虑。然而在实际工程中,由于可控因素与不可控因素的影响,使产品在设计过程中难以同时考虑各响应质量特性的稳健性和最优性,进而导致产品结构参数设计的不可靠,并加快了产品性能的退化,特别是在医疗器械、航空发射以及微机电系统等高精、尖领域中。故本文针对柔顺机构多响应设计中如何同时考虑稳健性及最优性的问题,提出了基于DRSM(Dual response surface method)和满意度函数法的稳健优化设计方法,其主要研究工作如下所示:(1)针对柔顺机构多响应设计中响应质量特性与设计变量呈现非线性关系而导致难以构建优化设计模型的工程问题,本文提出了一种基于RSM(Response surface methodology)和满意度函数法的多响应优化设计法。该方法首先通过采用中心复合有界设计CCI(Central Inscribed Design)方法进行了试验设计,进而获取到了试验数据;然后利用响应曲面法(RSM)构建了多响应优化设计模型;最后通过满意度函数法将多响应问题转变为求复合满意度函数值最大的简化问题,得到了满足多响应约束条件下优化设计的方案,并对其进行验证,同时与其他方法进行对比分析,结果表明该方法是有效的,为后续进行柔顺机构的稳健优化设计做好铺垫。(2)针对柔顺机构多响应设计中各响应权重的确定缺乏客观性依据而导致难以全面客观对比各设计方案的差异性问题,本文提出了一种基于熵权理论和满意度函数法的优化设计新方法。该方法在上述的基础上,通过引入熵权理论对试验设计数据进行分析,真实反映了各响应的重要程度,并与未采用该方法(本文第三章方法)进行对比,结果表明该方法是有效的,为后续解决柔顺机构多响应问题的稳健优化设计奠定基础。(3)针对柔顺机构多响应设计中如何同时考虑稳健性及最优性的问题,本文提出了一种基于DRSM和满意度函数法的稳健优化设计新方法。该方法在上述基础上,首先通过引入双响应曲面法(DRSM)考虑了多响应质量特性的均值与标准差,并拟合出了多响应质量特性均值与标准差的曲面模型;然后利用满意度函数法将多响应问题转变为求复合满意度函数最大值的简化问题,进而得到满足多响应约束条件下的最佳稳健优化设计方案;最后将该设计方案进行试验,并与只考虑稳健性方法和只考虑最优性方法(本文第四章方法)进行对比,结果表明本文方法可以为解决柔顺机构的多响应问题稳健优化设计提供新的途径。