混合动力装载机复合储能系统6σ稳健设计

复合储能式混合动力装载机可以降低车辆燃油消耗,实现能量高效回收,但由于系统组成较为复杂、装载机工作环境恶劣且存在较多不确定性因素,使得整车运行的经济性无法达到最佳状态。为此,采用6σ稳健优化设计理论,对影响复合储能系统性能的参数进行优化设计,得到可靠性较高的优化参数;在4种常见工况下通过装载机的整车后向仿真模型对6σ算法的优化结果进行验证,发现整车燃油消耗量明显下降,4种工况的平均节油率分别为11.14%、10.30%、10.40%、11.38%;利用dSPACE硬件在环的试验方式验证了仿真结果与试验结果基本一致,误差在0.5 g内,证明6σ优化效果切实有效。

模块化永磁直线同步电机考虑制造公差的推力鲁棒性优化

模块化永磁直线同步电机(MPMLSM)具有效率与推力密度高、可靠性和可加工性好等优点,非常适用于长行程运输系统;缺点是批量生产中性能易受到加工公差的影响。针对这一问题,该文提出了一种考虑制造公差的综合多目标鲁棒优化设计方法。首先,基于六西格玛设计方法建立了鲁棒优化模型;其次,采用拉丁超立方采样方法在尺寸公差范围内根据正态分布规律进行抽样,模拟大规模生产时电机尺寸受公差影响可能会出现的各种变化;再次,在尺寸优化范围内均匀抽样构成足够的训练样本,由有限元软件仿真这些抽样方案的推力性能,并基于反向传播神经网络建立电机设计代理模型;然后,应用该代理模型对拉丁超立方采样得到的样本进行电机性能的计算,求解样本整体对应的各优化目标的均值与方差,进而计算多目标优化的适应度;最后,采用非支配排序遗传算法Ⅱ进行全局优化,得到鲁棒优化方案,与不考虑公差的确定性优化方案相比,验证了该方法的有效性。鲁棒优化方案虽然略微增加了电机体积和推力波动,但是其失效概率低,受公差影响小,更加符合产品批量生产过程中的质量要求。

板料成形优化技术进展与质量工程研究

板料成形过程的优化研究对于改进模具设计、提高产品质量具有重要意义。综述了板料成形工艺优化的研究现状。考虑到在有约束的设计优化中,最优结果常位于约束边界附近,随机因素的波动易导致产品质量不稳定甚至失效,难以保持产品的可靠性和稳健性。为此,本文应用质量工程学中的6σ理念,提出了基于数值模拟的板料成形6σ稳健设计优化方法。

基于双响应面模型的6σ稳健设计

双响应面法是通过试验设计分别构造响应均值和方差的近似模型,并通过该模型进行优化的一种稳健设计方法。文中对实验设计方法、响应曲面模型建立以及优化策略等进行分析。为实现质量管理与产品设计的协调,将质量工程中的6σ理念与双响应面法相结合,提出基于双响应面模型的6σ稳健优化设计方法。与传统优化方法相比,该方法不仅提高了优化效率,而且提高了设计的可靠性和稳健性。将其应用于结构优化设计和金属板料的拉深成形优化设计,均获得良好的结果。

基于6σ稳健性的拼焊板车门轻量化研究

将某拼焊板车门各板件厚度及内板拼焊线位置作为变量,综合试验设计、响应面法、优化算法和蒙特卡罗模拟技术,提出了基于6σ稳健性的轻量化方法。算例结果表明,该方法在减轻车门质量的同时,提高了设计变量的可靠性和响应的稳健性,因此具有较强的工程实用性。

基于6σ的动力总成悬置系统鲁棒优化设计

为提高动力总成悬置系统优化设计的鲁棒性,给出一种6σ鲁棒优化设计方法。将动力总成视为六自由度刚体,由四个橡胶悬置支撑在副车架上,每个悬置被简化成沿其三个垂直的弹性主轴方向具有刚度和阻尼的元件。将四个悬置的安装位置、三向静刚度和两个防扭悬置的安装方位角选为不确定性设计变量,设计变量的不确定性由其名义值加、减一个摄动量(或名义值的一个百分比)来表征。通过优化设计变量的名义值得到动力总成悬置系统的6σ鲁棒最优设计。优化结果表明,6σ鲁棒最优设计能够保证动力总成悬置系统以较好地鲁棒性满足固有频率、解耦率以及频率间隔的要求。

基于响应面的结构疲劳寿命6σ稳健优化设计

针对结构疲劳寿命离散性较大的问题,将响应面法、6σ稳健设计与疲劳寿命设计相结合,提出一种提高结构疲劳寿命稳健性且减轻结构质量的方法。该方法先用对设计参数进行拉丁超立方采样,用有限元法计算结构疲劳关键点处的平均应力和对称应力谱;然后采用Miner法求出结构关键点处的疲劳寿命,构造出疲劳寿命的响应面模型;最后基于响应面模型对结构进行疲劳寿命的6σ稳健优化设计。对某型搅拌车副车架进行了疲劳寿命稳健优化设计的结果表明,该方法在保证副车架疲劳寿命可靠性满足设计要求的基础上,有效提高其疲劳寿命的稳健性,减轻其结构质量。

基于6σ稳健性的车门多学科优化设计

为了提高优化后车门性能的稳健性,结合有限元分析与试验验证,提出一种综合考虑质量、刚度与1阶振动模态的多学科优化设计方法——基于6σ稳健性的车门多学科优化设计方法。由于该方法综合了试验设计、径向基函数模型、蒙特卡罗模拟技术和自适应模拟退火算法等优势,与传统确定性优化结果相比,在获得近似最优解的同时能够提高设计变量的可靠性和目标函数的稳健性,大幅度提高产品质量。

基于6σ的稳健优化设计在薄板冲压成形中的应用

薄板冲压成形过程中,其设计变量和噪声因素都具有一定的波动,都存在不确定性。传统的优化设计由于忽略不确定因素的影响,当设计变量产生波动时,往往会导致设计最优目标超出约束界限或者目标函数对设计变量的波动极为敏感,从而使设计失效。采用自主开发的STLMesher软件建立了模具的参数化模型,在此基础上将试验设计、能代表实际冲压过程精度较高的近似模型和蒙特卡罗模拟技术相结合,构造了基于产品质量工程的6σ稳健优化设计方法。该方法在设计初始阶段就考虑了各种不确定因素的影响,因此在获得近似最优解的同时能够提高设计变量的可靠性和目标函数的稳健性,大幅提高产品的质量。在优化过程中调用的是近似模型,能大大减少调用有限元模型的次数,提高优化效率。算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。

望目特性稳健参数设计优化标准的构建

稳健设计是通过降低输入变量的变异效应来提高产品质量的一种成本有效方法,方均误差(Mean square error,MSE)作为望目特性的稳健设计优化标准对不可控因素造成的过程变异和产品质量波动未加以分析。基于此,通过分析MSE标准的合理性及不足并考虑过程方差的重要性,利用响应模型方法给出过程方差的稳健域,构建以MSE为目标函数,以过程方差、均值偏倚为约束的稳健参数设计优化模型。实例比较分析表明,所构建模型的过程能力接近六西格玛水平,而且过程方差在其约束内;最小化MSE虽然得到的过程能力较高,但是过程方差超出过程方差约束,所得到的解不能保证是稳健解,在实际应用中会产生无法预料的变异行为。过程方差约束能够有效地解决偏倚和方差之间的冲突,建立稳健的优化策略。

基于6σ稳健性的运输工装轻量化设计

为了在减轻地铁车辆拖车轮对运输工装重量的同时,提高优化设计的可靠性与稳健性,在轻量化设计中充分考虑尺寸参数的不确定性信息,通过引入6稳健设计理念,将响应面法、轻量化设计、6质量管理、可靠性设计、稳健设计、蒙特卡罗模拟技术相结合,构造了基于6稳健性的地铁车辆拖车轮对运输工装轻量化设计新方法。结果表明,优化后的工装强度和刚度满足设计要求,重量减少了112.3kg,减重率达49.3%,轻量化效果显著;且与传统的确定性轻量化设计相比,该方法不仅增强了工装的强度和刚度,而且提高了优化设计的可靠性、强度与刚度的稳健性以及重量的一致性,验证了该方法的有效性。

柔性悬臂梁柔度6σ稳健优化设计

在柔顺机构优化中如何考虑设计变量的随机波动与外界随机载荷的不确定性干扰成为柔性机构稳健可靠性保障的关键问题。引入6σ稳健设计方法,建立了稳定性优化模型,并对以柔性悬臂梁为载体的柔顺机构进行了柔度稳健优化设计,通过与传统柔性悬臂梁柔度确定性优化结果对比表明,其柔度稳健水平达到了8σ,验证了6σ稳健优化设计具有良好的效果。

基于双响应面法的汽车座椅多目标稳健性优化

传统汽车座椅设计经常忽略材料特性等不确定因素,导致座椅安全性出现较大波动,因此,考虑不确定因素的影响,对座椅进行稳健性优化具有重要意义.根据法规要求对汽车有限元模型进行仿真.选取座椅靠背背板、靠背支撑杆、调角器上联接板的厚度作为设计变量,材料的弹性模量作为不确定变量,以靠背质量、头枕安全余量、靠背平均加载力为目标.建立双响应面模型,引入6σ设计方法,应用NSGA-Ⅱ算法进行求解.结果表明,座椅头枕安全余量的均值增加28.09%,标准差降低51.72%;座椅靠背质量降低9.94%.

基于波动的质量损失浪费机理分析

从浪费的概念与内涵出发,借助现代质量管理理论和方法系统分析了质量问题是各种浪费现象的重要成因,从统计技术的角度描述了波动与企业不良质量损失和浪费的关系。提出综合运用各种先进的管理理论和技术手段消除偏差,减少波动和建立稳健的过程(无论是制造过程还是非制造过程)是消除浪费的有效途径,并探讨了6西格玛质量管理理论对消除质量损失浪费的理论价值和实际指导意义。

软磁复合材料永磁电机的6σ稳健多学科设计优化方法

软磁复合材料作为一种新型软磁材料,因其独特的电磁特性被大量地应用于永磁电机的设计和研制中。这种材料三维各向同性,涡流损耗小,且可以直接模压成所需要的结构和形状,从而非常适合于复杂结构的电机设计,如横向磁通电机和爪极电机。为了提高这种电机的工业应用范围,需要展开以下两方面的研究工作:一是多学科设计和优化,主要涉及电磁分析和温度场分析;二是稳健设计和优化,主要考虑的是工程制造过程中的制造误差等因素对电机性能的影响。本文将研究基于多学科设计框架下的软磁复合材料永磁电机的6σ稳健设计优化方法。研究结果显示:新提出的方法能充分地考虑电机的性能参数,如功率和材料价格,同时又能满足温度场的设计要求。相对于传统的确定性设计优化方法,该方法能显著地提升电机的性能和可靠性,为其大规模工业生产和应用打下坚实的基础。

基于RSM近似模型的客车车架稳健性设计

为提高客车性能的稳健性和约束的可靠性,选取城市客车最危险的扭转工况,对客车车架进行了有限元分析计算,利用最优拉丁超立方试验设计对初始变量进行灵敏度分析,筛选出对响应影响较大的15个设计变量;基于RSM近似模型,采用下山单纯形法算法对车架进行确定性优化,得到一组最优解;以确定性优化解作为初始值,结合最优拉丁超立方试验设计方法与下山单纯形算法,以质量最小以及它们的标准差和均值最小为目标进行多目标稳健性优化,可供汽车车架轻量化设计参考。

基于Kriging近似模型的GCHE曲轴稳健性设计

缸间齿轮联动液压发动机是一种综合性能较好的新型液压发动机。曲轴位于发动机一侧,曲轴外形为半拐结构,其具有与传统发动机不同的受力情况与工作状况,因此需要对其进行结构优化设计,以实现最佳的工作状态。针对GCHE曲轴结构优化数学模型,基于Kriging近似模型与最优拉丁超立方试验设计方法,创建面向6σ稳健性优化设计的曲轴结构尺寸优化模型。仿真结果表明,该方法可完成对目标性能的最优寻值,并提高约束条件的可靠性和目标函数的稳健性。通过对比确定性优化,稳健设计可使曲轴体积降低1.61%,质量水平达到99.999%。

基于DFSS的某车型风噪评估分析与优化

为提升产品质量,以风噪问题为切入点,利用六西格玛设计(Design For Six Sigma,DFSS)理论和工具,对某款车型建立风噪问题稳健评估模型,根据风洞试验对风噪问题进行分析和研究,建立稳健性设计模型,并提出针对性的控制措施,最终达到车内风噪的目标水平。研究表明,尾门至顶盖之间的车身间隙对车内风噪影响贡献量最大,同时经稳健设计后的尾门至顶盖密封结构可降低该车型后排车内噪声。

六西格玛设计与企业产品创新管理

通过对六西格玛设计方法的深入研究,阐述了其在汽车行业内的新技术新产品开发上的运用。结合六西格玛方法和六西格玛设计方法的比较,进一步分析了DFSS在流程和应用阶段的优越性,凸显了该方法在企业创新管理中的必要性。

基于6σ稳健优化的减速器接触参数优化及误差控制研究

为了降低锥齿轮啮合过程中安装误差,在安装误差前提下采取6σ稳健优化,采取MonteCarlo算法进行抽样,通过多岛遗传算法来优化二阶接触参数且对安装误差进行调整,比较分析确定性优化方法与本文所提优化方法的不同。研究结果表明:未优化参数安装误差印痕中心波动较大;利用确定性优化方法,提高了安装误差的稳定性,可靠度在99.9%以上,波动范围均没有超出优化边界,得到更强稳定性的齿轮系统。各二阶接触参数相应的印痕特点也有明显不同,使得各种安装误差下传动误差得到明显优化。与确定性优化方法相比,6σ优化方法可使传动误差波动降低30%,因此可知6σ稳健设计的可行性更强。文中设计的稳健性方法满足可靠性要求,可以拓宽到其它的机械传动领域。