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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

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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：黄裕林江西理工大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

考虑质量损失与容差的多响应问题稳健优化设计

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考虑质量损失与容差的多响应问题稳健优化设计

作者：谢周伟江西理工大学

学位级别：硕士

针对多响应问题开展有关稳健优化设计方面的研究一直是优化设计领域研究的重点与难点。现阶段,多响应产品的构成往往比较复杂,其主要特征表现为具有多个质量特性。传统多响应问题优化方法虽然适合多响应产品的优化,但其通常只考虑优化... 详细信息

针对多响应问题开展有关稳健优化设计方面的研究一直是优化设计领域研究的重点与难点。现阶段,多响应产品的构成往往比较复杂,其主要特征表现为具有多个质量特性。传统多响应问题优化方法虽然适合多响应产品的优化,但其通常只考虑优化结果的最优性而没有同时考虑不可控因素以及可控因素容差对优化结果稳健性与可行性的影响,最终导致产品性能波动大、制造成本高甚至不合格品产生等问题。传统的稳健设计优化方法虽然能够在一定程度上解决传统多响应问题优化方法中存在的不足,但传统的稳健设计优化方法的优化对象通常仅集中于具有单一质量特性的产品,已经很难适用于当今多响应产品优化的需求。因此,如何将稳健性思想与多响应问题优化方法相互结合以对具有多个质量特性的产品进行稳健优化设计,已经成为当前多响应产品优化设计急需解决的主要问题。为此,本文提出一种综合考虑质量损失与容差的多响应问题稳健优化设计系统性方法。具体研究内容如下:首先,针对传统多响应问题优化方法在产品参数设计阶段通常只考虑到优化结果的最优性而忽略了不可控因素对其优化结果稳健性所造成的影响,通过引入双响应曲面法的优化思想并结合多元质量损失函数,构建一种改进质量损失函数的多响应问题稳健参数设计优化方法。最终通过实例验证所提方法能够有效的提高多响应问题优化的稳健性。其次,为克服传统多响应问题优化方法与稳健设计优化方法在产品参数设计阶段都忽视了可控因子容差扰动对优化结果可行性的影响,在基于前文所提的改进质量损失函数的多响应问题稳健参数设计优化方法的基础上,通过同时考虑可控因子容差扰动对优化结果可行稳健性的影响,构建一种考虑可控因子容差的多响应问题稳健参数设计优化方法。最终通过实例分析该方法的应用效果,结果表明通过所提方法所获得的优化结果对可控因子容差扰动具有可行稳健性。最后,在获得多质量特性产品可行稳健参数组合的基础上,为进一步控制多质量特性产品的稳健性及成本,通常还需要对其进行容差设计,但传统的容差设计优化方法通常只针对具有单一质量特性的产品进行优化。因此构建一种基于容差-质量损失结构模型的多响应问题稳健容差设计方法,该方法通过建立具有载荷的多响应容差-质量损失结构模型并在其基础上综合考虑多质量特性产品的质量水平及制造成本,从而完成多质量特性产品的容差设计。最终通过实例分析验证所提方法能够有效控制产品的稳健性及制造成本。

关键词：多响应问题稳健优化设计可控因子多元质量损失容差设计参数设计

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考虑复杂多响应问题的柔顺机构稳健优化设计

机械设计与制造 2014年第12期 57-59,64页

作者：伍建军吴事浪游雄雄江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

以细胞注射3-RRR柔顺并联微动平台为研究对象,针对柔顺并联机构多响应设计存在不稳定的难题,根据3-RRR柔顺并联微动平台沿X向、Y向平动和绕Z轴转动时的柔度关系,采用田口设计及蒙特卡洛仿真方法,在满足X向柔度具备较强稳健性的情况下,... 详细信息

以细胞注射3-RRR柔顺并联微动平台为研究对象,针对柔顺并联机构多响应设计存在不稳定的难题,根据3-RRR柔顺并联微动平台沿X向、Y向平动和绕Z轴转动时的柔度关系,采用田口设计及蒙特卡洛仿真方法,在满足X向柔度具备较强稳健性的情况下,对微动平台Y向平动和绕Z轴转动时转动中心的柔度分别进行了迭代寻优,揭示了柔性铰链各种设计因子对微动定位平台多响应柔度的影响规律,找出了柔性铰链最佳的几何尺寸,为考虑不确定性扰动情形下柔顺机构复杂多响应问题的稳健优化设计提供了一种新的解决途径。最后通过实例验证了该方法的有效性。

关键词：柔顺机构多响应问题稳健优化设计

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考虑质量损失模型的多响应柔顺机构容差设计

机械设计与制造 2016年第11期 87-91,96页

作者：伍建军谢周伟黄裕林吴小明江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

针对多响应柔顺机构设计中既要保证机构性能的精度又要降低其制造成本的问题,以3自由度的柔顺并联细胞注射微动平台为研究对象,提出一种考虑质量损失模型的多响应容差设计方法来对具有复杂多响应问题的柔顺机构进行容差设计。该方法通... 详细信息

针对多响应柔顺机构设计中既要保证机构性能的精度又要降低其制造成本的问题,以3自由度的柔顺并联细胞注射微动平台为研究对象,提出一种考虑质量损失模型的多响应容差设计方法来对具有复杂多响应问题的柔顺机构进行容差设计。该方法通过建立复杂产品的质量损失模型来表征复杂多响应柔顺机构的质量损失并引入田口方法的思想对其进行容差设计,利用熵权理论确定柔顺机构各方向柔度的重要程度和方差分析方法确定各设计变量波动对柔顺机构各方向柔度稳健性的重要程度,在已确定各设计参数最佳组合的前提下,通过综合考虑复杂多响应柔顺机构的质量水平和制造成本来确定各个设计参数的容差,从而完成对具有复杂质量结构的多响应柔顺机构的容差设计,为多响应柔顺机构的容差设计提供一种新的设计思路。

关键词：质量损失柔顺机构多响应问题容差设计熵权理论

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基于GE的多响应参数稳健设计优化方法

计算机工程与应用 2016年第5期52卷 250-254页

作者：沈玲曾强杨龙飞张泽斌河南理工大学安全科学与工程学院河南焦作454000 河南理工大学能源科学与工程学院河南焦作454000

提出了一种基于遗传进化的多响应参数稳健设计优化方法。对多响应参数稳建设计问题进行了数学描述,建立了以试验样本多响应输出参数的加权平均质量损失最小化为目标的数学优化模型;提出了多响应参数稳健设计的遗传进化优化方法:以密集... 详细信息

提出了一种基于遗传进化的多响应参数稳健设计优化方法。对多响应参数稳建设计问题进行了数学描述,建立了以试验样本多响应输出参数的加权平均质量损失最小化为目标的数学优化模型;提出了多响应参数稳健设计的遗传进化优化方法:以密集抽样取代离散化处理,以个体取代试验方案,以变化的种群取代固定的内表,通过遗传进化得到最优设计方案;提出并设计了多响应参数稳健设计的遗传优化算法。通过案例分析验证了该方法的有效性。

关键词：参数稳健设计多响应问题遗传进化遗传算法

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考虑质量损失的柔顺机构多响应优化设计

机械设计与制造 2015年第10期 35-38页

作者：伍建军吴事浪万良琪聂鹏飞江西理工大学机电工程学院江西赣州341000

针对现有的微纳机构多响应优化设计方法很少考虑设计过程存在的质量损失的实际情况,以细胞注射3自由度柔顺并联微动平台为研究对象,提出一种基于设计过程质量损失视角下的复杂多响应优化设计方法,通过建立以微动平台多方向的铰链柔度为... 详细信息

针对现有的微纳机构多响应优化设计方法很少考虑设计过程存在的质量损失的实际情况,以细胞注射3自由度柔顺并联微动平台为研究对象,提出一种基于设计过程质量损失视角下的复杂多响应优化设计方法,通过建立以微动平台多方向的铰链柔度为响应变量的模型,在利用响应曲面方法来揭示柔性铰链各设计因子对微动平台多响应柔度的影响规律的基础上,采用设计过程质量损失模型来评估各设计方案的优劣。解决了当仅考虑机构设计技术参数要求而可能出现的难以评判各设计方案的优劣问题,为最终得到满足多响应柔度约束下的最佳优化设计方案提供了新思路,最后通过实例验证了该方法的可行性和有效性。

关键词：质量损失响应曲面方法柔顺机构多响应问题优化设计

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SX公司产品注塑过程多响应优化研究

SX公司产品注塑过程多响应优化研究

作者：曾辉南昌大学

学位级别：硕士

在实际的产品与工艺过程的优化设计中,往往需要考虑多个质量特性,这就是多响应的问题,多响应问题通常不存在一组特定的输入变量使得所有响应变量同时达到最优,多响应优化设计能够有效地提高产品的质量,并产生了巨大的经济效益,因此多响... 详细信息

在实际的产品与工艺过程的优化设计中,往往需要考虑多个质量特性,这就是多响应的问题,多响应问题通常不存在一组特定的输入变量使得所有响应变量同时达到最优,多响应优化设计能够有效地提高产品的质量,并产生了巨大的经济效益,因此多响应优化设计在持续性质量改进活动中显示出越来越重要的地位和作用。本文以SX公司产品注塑过程的多响应问题为研究对象,通过对该公司产品注塑过程多响应问题的现状分析发现,该公司分析人员采取的是传统的多响应曲面方法,即利用最小二乘法(OLS)拟合响应变量与控制变量的模型,然后基于满意度函数确定最佳因子水平组合。同时通过查阅国内外文献发现,最小二乘法在因子个数较多时难以准确的拟合模型,且在优化过程中需要考虑多响应之间的相关性问题。鉴于以上分析,根据注塑过程中因子个数的情况,将注塑过程分为复杂注塑过程和简单注塑过程,由于两类注塑过程在多响应优化方法上存在差异,本文提出了两类注塑过程的多响应优化的思路： (1)基于ANN(人工神经网络)的复杂注塑过程多响应优化。计算各响应变量满意度值,利用ANN拟合响应变量的满意度值和控制变量的模型,并进行预测;采用PCA(主成分分析)方法将一系列相关的变量转化成不相关的变量,得到主成分序列;在确定主成分的优化方向后,运用TOPSIS方法确定最佳的因子水平组合。 (2)基于SUR(似不相关回归)的简单注塑过程多响应优化。由于SUR方法在较好拟合模型的同时又能解决响应变量之间的相关性问题,因此,采用SUR方法拟合模型,确定各个变量的满意度函数和总体满意度函数,在此基础上,获得最佳因子水平组合。最后,将上述两种思路得到的最佳因子水平组合进行试验验证,并对优化前后的结果进行理论和实证上的对比分析。本文的第五章提出了一些促进多响应优化的管理建议。

关键词：多响应问题最小二乘法相关性 ANN SUR