考虑设计参数不确定性的6σ稳健优化设计方法及工程应用

发布时间：2017-09-21 19:02

  本文关键词：考虑设计参数不确定性的6σ稳健优化设计方法及工程应用

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【摘要】：有效降低实际工程中不确定性因素对产品质量波动的影响,已成为稳健优化设计方法的热点问题。随着产品在研发、设计、制造、使用维护阶段不确定性问题越来越复杂,现有稳健优化设计方法,已难以适应各种不确定性工程问题。通过考虑不确定性的稳健优化设计方法来提高产品质量稳健性,并协助设计工程师选择可靠的设计决策方案有着重要意义。本文针对柔顺机构产品在高尖端领域的实际工程需求,提出了一种不确定性情形下的6σ稳健优化设计方法来有效解决柔顺微操作平台性能质量波动难题。本文主要研究工作如下:(1)针对不确定性结构参数设计变量筛选的工程问题,本文采用了Plackett-Burman试验设计方法进行设计变量筛选。首先通过质量分析工具鱼骨图方法对影响平台性能质量波动的不确定性因素进行了系统整理和分类。在分析实际工程问题的基础上,构建了基于Plackett-Burman试验设计的不确定性设计变量筛选步骤。接着对不确定性结构参数,采用Plackett-Burman试验设计方法筛选出具有高显著性的不确定性结构参数设计变量,大大缩小了稳健优化的搜索空间,从而减少后期优化模型计算复杂度和优化的迭代次数,为快速有效地得到稳健设计方案奠定了基础;(2)针对柔顺微操作平台性能响应与不确定性结构参数设计变量之间复杂的非线性隐式关系难以准确描述的工程问题,本文构建了基于响应曲面法的平台性能代理模型。首先根据已筛选出的显著性不确定性设计变量,采用中心复合试验设计方法对其重新安排试验组合;其次通过有限元数值模拟仿真获得各个试验组合性能响应(固有频率与位移放大倍数)仿真数据的基础上,构建了固有频率与位移放大倍数响应曲面法代理模型;最后对建立的代理模型进行了精度检验,为建立柔顺微操作平台6σ稳健优化设计决策模型做好了铺垫;(3)针对传统确定性优化设计决策模型没有考虑设计变量的不确定性工程问题,本文提出了考虑结构参数不确定性的6σ稳健优化设计决策模型。首先对比分析了传统确定性优化方法解决不确定性问题存在的不足,归纳了不确定性的6σ稳健优化设计决策模型的建立思路,并以结构参数不确定性情形下的柔顺微操作平台为对象,梳理了6σ稳健优化设计决策模型的构建流程。在此基础上建立了结构参数不确定性的6σ稳健优化设计决策模型,通过灵敏度法对决策模型参数进行了均值与方差估计,最后给出了NSGA-Ⅱ算法对稳健优化模型进行了求解。通过与传统确定性优化设计结果的对比分析验证了该方法的有效性,为解决柔顺机构不确定性工程问题提供一种新的解决途径。
【关键词】：6σ稳健优化设计 响应面法代理模型 固有频率 位移放大倍数 不确定性
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：F224;F273.2
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究课题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外柔顺机构相关研究现状综述11-15
• 1.2.1 不确定性情形下的柔顺机构优化设计国内外研究现状11-13
• 1.2.2 不确定性问题解决方法国内外研究现状13-15
• 1.3 本文研究思路及研究内容15-18
• 1.3.1 研究思路15-17
• 1.3.2 研究内容17-18
• 1.4 本章小结18-19
• 第二章 稳健优化设计理论体系及新方法的提出19-29
• 2.1 稳健优化设计理论体系19-23
• 2.1.1 稳健优化设计基本概念19-21
• 2.1.2 稳健优化设计基本原理21-22
• 2.1.3 稳健优化设计基本步骤22-23
• 2.1.4 稳健优化设计方法分类23
• 2.2 现有稳健优化设计方法处理不确定性问题的不足23-24
• 2.3 考虑结构参数不确定性的 6σ 稳健优化设计系统性新方法24-26
• 2.4 处理不确定性结构参数的思路26
• 2.5 搭建Isight多学科优化设计平台26-27
• 2.6 本章小结27-29
• 第三章 基于Plackett-Burman试验设计的设计变量筛选29-41
• 3.1 实际工程问题背景介绍29-33
• 3.1.1 柔顺微操作平台性能质量波动难题29
• 3.1.2 柔顺微操作平台工作原理29-31
• 3.1.3 柔顺微操作平台材料属性31-32
• 3.1.4 影响柔顺微操作平台性能质量波动的不确定性因素分类32-33
• 3.2 基于Plackett-Burman试验设计的不确定性设计变量筛选33-40
• 3.2.1 构建Plackett-Burman试验设计流程步骤34-35
• 3.2.2 柔顺微操组平台有限元模型的构建与分析35-36
• 3.2.3 构建Plackett-Burman试验设计设计组合36-38
• 3.2.4 筛选不确定性结构参数设计变量38-40
• 3.3 本章小结40-41
• 第四章 构建柔顺微操作平台性能响应曲面法代理模型41-51
• 4.1 柔顺微操作平台复杂非线性隐式难题41
• 4.2 建立柔顺微操作平台性能代理模型流程步骤41-42
• 4.3 基于中心复合设计的试验设计组合安排42-45
• 4.4 构建柔顺微操作平台性能响应及约束响应代理模型45-47
• 4.5 柔顺微操作平台性能响应及约束响应代理模型精度检验47-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第五章 建立柔顺微操作平台 6σ 稳健优化设计决策模型51-70
• 5.1 考虑设计参数不确定的 6σ 稳健优化设计决策模型构建思路51-53
• 5.1.1 传统确定性优化设计决策模型的不足分析51-52
• 5.1.2 考虑设计参数不确定性的 6σ 稳健优化设计决策模型构建52-53
• 5.2 构建结构参数不确定性的 6σ 稳健优化设计流程框架53-54
• 5.3 建立柔顺微操作平台 6σ 稳健优化设计决策模型54-56
• 5.3.1 建立不确定性的 6σ 稳健优化设计决策模型54-56
• 5.3.2 建立传统确定性优化设计决策模型56
• 5.4 6σ稳健优化设计决策模型中的均值与方差参数估计56-59
• 5.4.1 基于灵敏度法的均值与方差参数估计56-57
• 5.4.2 柔顺微操作平台性能均值与方差的参数估计57-59
• 5.5 基于NSGA-Ⅱ算法的 6σ 稳健优化设计决策模型求解59-61
• 5.6 稳健优化设计与传统确定性优化设计的结果对比分析61-67
• 5.6.1 考虑设计参数不确定性的 6σ 稳健优化设计结果分析61-62
• 5.6.2 传统确定性优化设计结果分析62-64
• 5.6.3 稳健优化设计方案对比分析64-65
• 5.6.4 稳健优化设计方案效果验证65-67
• 5.7 稳健优化设计策略及可靠性增长讨论67-68
• 5.8 本章小结68-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 攻读硕士学位期间的研究成果77-78

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本文编号：896317