基于损失模型汽车传动轴Taguchi稳健设计的研究

稳健设计是一种新型的现代设计方法,它以提高产品品质、降低产品成本为宗旨。通过对Taguchi稳健设计方法的研究,借助于信噪比和正交实验两个工具,求出了目标函数的Taguchi稳健设计解,完成了汽车传动轴的稳健设计。

合模机构移模行程的Taguchi稳健设计

为保证某企业注塑机合模机构的使用性能的稳健性,提出一种将Taguchi稳健设计理论和虚拟样机技术相结合的稳健设计求解方式。详细介绍了Taguchi三次设计方法的原理和步骤;应用ADAMS建立该合模机构的参数化模型;在参数化模型基础上,通过参数设计、容差设计先后得到了最佳参数组合和噪声因素下的最佳组合。优化结果表明:该方法提高了合模过程中开合模位置的重复精度。

合模机构移模行程的Taguchi稳健设计

为保证某企业注塑机合模机构的使用性能的稳健性,提出一种将Taguchi稳健设计理论和虚拟样机技术相结合的稳健设计求解方式。首先介绍了Taguchi三次设计方法的原理和步骤;然后应用ADAMS建立该合模机构的参数化模型;最后在参数化模型基础上通过参数设计、容差设计先后得到了最佳参数组合和噪声因素下的最佳组合。优化结果表明,该方法提高了合模过程中的开合模位置的重复精度。

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。

飞行器气动稳健优化设计方法研究进展

随着对现代飞行器性能需求的不断提高,面向工程应用的先进气动外形设计方法要求能兼顾多学科高性能和稳健性,以突破传统设计方法设计的外形稳健性差、难以实现工程应用的难题。针对这一问题,飞行器气动稳健优化设计方法脱颖而出并取得了快速发展,多种高效实用的不确定量化和稳健优化方法被相继提出,成为了满足工程型号气动外形设计要求最有力的手段之一。本文以建立工程实用的高效气动稳健优化设计方法为需求,综述了飞行器气动稳健优化设计相关理论和方法的最新研究进展。首先,系统介绍了飞行器气动稳健优化设计方法的研究现状和最新进展,对不确定建模、不确定量化和稳健优化等关键技术的发展现状进行了详细介绍和讨论;然后,结合当前最受关注的工程应用问题,陈述和讨论了气动稳健优化设计方法在跨声速翼型/机翼、自然层流外形、叶栅/旋翼外形3类典型复杂气动设计问题中的应用效果和进展,同时结合多学科分析与优化设计需要,调研了气动/隐身/声爆/结构多学科稳健优化设计在工程设计问题中的最新进展和发展方向;最后,结合文献综述,讨论了飞行器气动稳健优化设计理论和方法在发展和应用上面临的难题和挑战,并展望了未来研究方向。

磁热耦合下的比例电磁铁热稳健性再设计

针对工程机械比例阀用电磁铁的耐久性问题,为提高在随机载荷条件下抵抗热失效的能力,综合多物理场耦合理论与稳健性优化理论,提出了比例电磁铁的参数化再设计模型。以一种具有盆式吸合结构的比例电磁铁为研究对象,通过稳态电磁测试和温度分布测试,验证了所提出的参数化模型的有效性,并在保证电磁算力精度的前提下,标定了系统中量值模糊的导磁、传热等参数;以电磁铁和线圈主要结构参数为控制因子,以生产工艺条件不确定性导致的线圈漆包铜导线线径随机误差为噪声因子,基于田口方法设计正交试验,定义了多因素加权的比例电磁铁热稳健性再设计评价函数;以挖掘机现场试验获得的比例电磁铁热负载作为响应计算热源,在不导致线圈绝缘破损失效的许用温升约束下,进行关键结构参数在噪声扰动下系统响应变异最小的再设计。研究结果表明:线圈长度和匝数是影响电磁铁热稳健性的主要因素,由绕线工艺决定的线圈窗口形态决定了系统的导磁、传热能力。文中提出的比例电磁铁热稳健性再设计方法对于磁热耦合下的机电产品定制化设计具有工程化参考价值。

火星六旋翼无人机旋翼气动外形稳健设计与优化

火星大气密度极低、热容小,致使火星的大气压和大气密度伴随着温度大幅度变化,具有较强的不确定性。针对单一大气密度进行旋翼确定性气动设计,可能导致旋翼在非设计点功耗大幅增加,影响火星无人机的正常使用。为了避免上述问题,本文从火星大气环境研究入手,建立火星大气密度概率分布模型。针对应用潜力更大的火星六旋翼无人机,采用黏性涡粒子方法建立火星大气环境下高置信度的旋翼精细化气动模型,并通过快速非支配排序遗传算法Ⅱ开展旋翼气动外形的稳健设计优化。设计得到的旋翼气动外形方案在面对火星大气密度变化时能保持较好的气动性能,且具备更强的稳健性,有利于火星六旋翼无人机在不同大气环境下执行更远距离、更长时间的火星探测任务。

基于轻量化与多目标稳健性的可导向防撞垫设计

为降低防撞垫的成本并提高系统的稳健性,使用拓扑优化得到防撞垫吸能单元在多工况耦合的最优传力路径,通过单因素分析得到对防撞垫性能影响最大的因素。随后,进行基于田口方法的稳健性设计,将多工况问题视为多目标优化问题,获得最优参数尺寸。最后,进行仿真验证并与优化前作比较:优化后满意度提升21%,长度比同类型TS级防撞垫减少1/5。研究为基于混合元胞自动机法的拓扑优化在防撞垫初始形状设计中提供严谨的理论依据,设计方法为处理防撞垫的多工况复杂问题折中简化起到指导作用。

基于高斯过程模型的在线稳健参数设计

针对传统的稳健参数设计是离线设计这一问题,文章提出了一种在线稳健参数设计方法。首先,选择更适合高维非线性复杂过程建模的高斯过程(GP)模型构建响应面,通过在线策略改进GP模型,使其具备处理流式数据的能力,将其称为在线高斯过程(OGP)模型。其次,结合响应面法(RSM)中的单响应优化策略构建在线稳健参数设计框架。将当前得到的可控因子设置水平和观测到的对模型波动影响最大的噪声因子作为新样本更新响应面模型,重做稳健参数设计,直至获得可控因子的最优设置水平。最后,结合仿真算例验证了所提方法的有效性。结果表明,该方法能够有效找到可控因子的最优设置水平,较好地兼顾了输出响应的最优性和稳健性,且参数设计效率更高。

基于Kriging元模型的多级供应链稳健优化设计

由于多级供应链的结构复杂性和目标多重性,不确定性因素对其整体绩效的影响不可忽视。为了估量不确定性因素对其整体绩效的影响,首先,将arena仿真和Kriging元建模技术相融合,基于稳健参数设计的思想,构建多个绩效响应指标的均值和标准差Kriging元模型;其次,借助已构建的Kriging元模型和满意度函数法,构建基于Kriging元模型的稳健综合满意度优化设计策略;最后,采用非参数bootstrap重复方法刻画不确定因素对稳健优化解的影响,并与基于多项式元模型的稳健优化方法进行比较分析,仿真验证了所提方法的有效性和稳健性。结果表明,所提方法能够有效解决不确定条件下具有多绩效响应指标的多级供应链的稳健优化设计,在保证供应链系统达到期望最优绩效的同时,尽可能地降低不确定性因素对供应链绩效的影响,为多级供应链的稳健运营提供一定的理论依据和决策参考。

“飞行器气动/多学科不确定性量化与稳健优化设计”专栏简介

不确定性存在于飞行器的整个生命周期。在基于高可信度数值模拟的气动/结构/声爆/隐身多学科多物理场分析和综合优化设计过程中,不确定源造成了模拟分析结果的不确定,可信度变差,使得设计飞行器性能非常敏感,存在急剧变差甚至失效的可能,最终导致经济成本增加以及任务失败。近年来,国内外多家科研机构和高校高度关注不确定性对飞行器气动/结构/声爆/隐身多学科多物理场分析与设计及飞行器整个生命周期的影响,对此开展了相关理论和方法研究,并应用于实际工程中,极大促进了气动/多学科不确定性量化与稳健优化设计方法的快速发展。

概率基多目标优化在化工机械正交试验及稳健设计中的应用

将概率基多目标优化方法与正交试验设计、稳健性设计结合起来,得到概率基多目标正交试验设计和稳健性设计优化方法,并应用于3种化工过程和装置的多目标优化中,即:管壳式换热器折流板结构参数、降黏聚结一体化装置、等距螺旋锥齿轮MIM工艺参数。结果表明,概率基多目标优化方法合理、方便易行,可广泛应用。

基于Taguchi的柔性薄板装配夹具稳健设计

结合Taguchi稳健设计方法和柔性薄板零件装配偏差建模,提出了一种柔性薄板装配夹具稳健设计方法.通过对柔性薄板零件装配过程的分析,建立了反映装配质量与零件制造偏差、夹具定位偏差和夹具定位方案关系的装配偏差模型.利用Taguchi方法进行夹具定位的稳健设计时,以夹具定位位置为设计参数,各零件制造偏差和夹具定位偏差为噪声参数,结合柔性薄板装配偏差建模方法提出了柔性薄板夹具稳健设计的信噪比计算方法,通过安排正交试验的内外表,分析各夹具定位方案下装配质量对各偏差源的稳健性,确定稳健的夹具方案.该方法通过一个简单柔性薄板装配得到了验证.

基于稳健设计的汽车尾灯罩注塑工艺优化

以某汽车尾灯罩的翘曲变形量为主要优化目标,应用Moldflow软件,采用稳健设计的方法,结合随形冷却水道设计,对汽车尾灯罩注塑工艺参数进行优化,确定模具温度、熔体温度、注射时间、冷却时间、速度/压力转换作为参数,得到了各工艺参数的最优组合为:模具温度75℃,熔体温度250℃,注射时间1.8 s,冷却时间12.0 s,速度/压力转换100%。结合随形冷却水道的设计模拟优化后,翘曲变形量由最初的0.4118 mm优化为0.1544 mm,翘曲变形量减少了62.51%,说明稳健设计方法结合随形冷却水道设计对提升复杂零部件产品质量起到了重要作用。

基于Taguchi正交试验与3DCS的车灯前罩装配销孔定位布局稳健设计

提出了一种基于Taguchi正交试验与3DCS的车灯前罩装配销孔定位布局稳健设计方法。分析了车灯前罩销孔定位坐标参数对装配偏差的影响,确定了车灯前罩销孔定位设计参数水平。以销孔定位坐标值为设计参数,以各零件制造偏差和销孔定位偏差为噪声因素,制定销孔定位布局Taguchi正交试验的内外表。以转向灯罩和车大灯罩之间的装配间隙值作为衡量装配质量的指标,建立表征装配质量的稳健性评价函数,提出了车灯前罩装配销孔定位布局稳健设计的信噪比计算方法。基于3DCS对车灯前罩三维几何模型进行装配偏差仿真,分析不同销孔定位方案下装配质量对各偏差因素的稳健性,确定销孔定位布局稳健设计方案。

电磁式漏电保护特性影响因素分析及其稳健性设计

电磁式漏电保护是一种重要的漏电故障保护技术,其漏电保护特性受元器件参数影响大,导致批量生产工艺要求高、生产成本较高。该文针对电磁式漏电保护特性不稳定性问题开展研究。首先,分析漏电检测电路的工作原理,确定剩余电流互感器与补偿电容、补偿电阻之间的耦合关系;其次,分析剩余电流互感器铁心磁参数与漏电检测电路参数对漏电保护特性的影响,为剩余电流互感器及漏电检测电路的参数匹配设计提供依据;最后,分析补偿电容容差与剩余电流互感器铁心磁参数分散性对漏电保护特性稳健性的影响,确定铁心材料磁参数与漏电检测电路参数的匹配关系,进行剩余电流互感器及漏电检测电路参数的匹配设计,降低了元器件参数分散性对漏电保护特性的影响。

基于有限元法和Taguchi方法的移动硬盘耐撞性能稳健设计

运用Taguchi参数设计方法,提出了基于数值模拟的移动硬盘跌落冲击耐撞性能稳健设计方法。以6.3cm(2.5in)移动硬盘为研究对象,建立了基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA的移动硬盘跌落冲击三维有限元模型。分析了关键结构参数对移动硬盘耐撞性能稳健性的影响,进行了移动硬盘耐撞性能稳健设计,获得使磁盘盘片接触面等效应力对地面硬度变化具有稳健性的最优参数水平组合,并进行了仿真试验验证分析。该方法为改进设计提高移动硬盘耐撞性能提供了理论依据。

基于Taguchi正交试验的侧围外板定位布局稳健设计

针对汽车B柱装配质量存在的问题,提出对B柱零件的装配定位布局进行稳健性设计的方法。以侧围外板为对象,以各定位块的坐标为设计参数,以零件制造偏差和定位偏差为噪声因素设计试验表,进行Taguchi正交试验。以侧围外板与立柱加强板的装配间隙作为衡量装配质量的指标,建立相应的稳健性评价函数并推导出信噪比计算公式。在此基础上利用3DCS软件进行装配偏差仿真,确定稳健设计方案。模拟验证结果表明,与原始定位布局相比,稳健设计后的定位布局的测量超差率显著降低,有效地减小了装配间隙,解决了B柱装配偏差太大的问题,证明了该方法的可行性。

基于 6σ 稳健设计的正碰车身前端关键部件轻量化研究

针对汽车正面碰撞结构优化设计中设计变量的不确定性和失效概率导致设计结果不可靠的问题,以某A0轿车正面碰撞为研究工况,引入6σ稳健性优化设计应用于结构优化设计,选取正碰时汽车前端关键吸能部件的厚度作为设计变量,建立稳健性分析流程和仿真模型,并结合Copula函数模型和粒子群优化算法(PSO)进行最优求解。据此分析正面碰撞过程中,前纵梁与前吸能盒结构在满足相关约束条件下,可减重4.36%,满足轻量化设计要求。

变速条件下流体动压效应稳健性分析

以油膜作为中间介质,对于高速旋转机械传动系统的可靠性、稳定性的提升有显著优势。而高速轴承-转子系统在加工制造和运行过程中,不可避免地存在影响系统承载性能的不确定性因素,影响油膜形状,导致承载性能发生变化,实际工作性能偏离设计目标。以高速动压油膜为研究对象,为掌握几何参数和转速对油膜承载性能波动的影响,进行稳健优化和分析,提取油膜性能稳健优化结果的特征区域。针对传动系统的不同需求,采用计算流体力学方法求解不同转速下的动压滑动轴承油膜压力场,进而求解其主要性能指标:承载力和摩擦功耗。建立研究目标的Kriging近似模型,并在样本点临近区域选择稳健目标计算的子空间,计算目标均值和方差。利用非支配排序遗传算法(NSGA-II)求解不同目标组合的Pareto最优解集。结合自组织映射图(SOM)方法进行相关性分析,提取设计目标与几何参数、转速之间的相关性特征,分析最优特征区域中偏心率对目标稳健性的影响,最终确定稳健性好的特征区域,并选择个别结果进行仿真计算验证。结果表明:所提出的最优性分析方法能够清晰展现出稳健最优性区域在设计空间中的分布情况,便于降低几何参数和转速的波动对油膜性能的影响;所提方法能提升优化设计结果的可实现性,有效促进理论设计与工程实际的衔接。