本文關(guān)鍵詞：考慮設(shè)計(jì)參數(shù)不確定性的6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及工程應(yīng)用

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【摘要】：有效降低實(shí)際工程中不確定性因素對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的影響,已成為穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的熱點(diǎn)問(wèn)題。隨著產(chǎn)品在研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、使用維護(hù)階段不確定性問(wèn)題越來(lái)越復(fù)雜,現(xiàn)有穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,已難以適應(yīng)各種不確定性工程問(wèn)題。通過(guò)考慮不確定性的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來(lái)提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)健性,并協(xié)助設(shè)計(jì)工程師選擇可靠的設(shè)計(jì)決策方案有著重要意義。本文針對(duì)柔順機(jī)構(gòu)產(chǎn)品在高尖端領(lǐng)域的實(shí)際工程需求,提出了一種不確定性情形下的6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法來(lái)有效解決柔順微操作平臺(tái)性能質(zhì)量波動(dòng)難題。本文主要研究工作如下:(1)針對(duì)不確定性結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)變量篩選的工程問(wèn)題,本文采用了Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)變量篩選。首先通過(guò)質(zhì)量分析工具魚(yú)骨圖方法對(duì)影響平臺(tái)性能質(zhì)量波動(dòng)的不確定性因素進(jìn)行了系統(tǒng)整理和分類。在分析實(shí)際工程問(wèn)題的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了基于Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)的不確定性設(shè)計(jì)變量篩選步驟。接著對(duì)不確定性結(jié)構(gòu)參數(shù),采用Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法篩選出具有高顯著性的不確定性結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)變量,大大縮小了穩(wěn)健優(yōu)化的搜索空間,從而減少后期優(yōu)化模型計(jì)算復(fù)雜度和優(yōu)化的迭代次數(shù),為快速有效地得到穩(wěn)健設(shè)計(jì)方案奠定了基礎(chǔ);(2)針對(duì)柔順微操作平臺(tái)性能響應(yīng)與不確定性結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)變量之間復(fù)雜的非線性隱式關(guān)系難以準(zhǔn)確描述的工程問(wèn)題,本文構(gòu)建了基于響應(yīng)曲面法的平臺(tái)性能代理模型。首先根據(jù)已篩選出的顯著性不確定性設(shè)計(jì)變量,采用中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)其重新安排試驗(yàn)組合;其次通過(guò)有限元數(shù)值模擬仿真獲得各個(gè)試驗(yàn)組合性能響應(yīng)(固有頻率與位移放大倍數(shù))仿真數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了固有頻率與位移放大倍數(shù)響應(yīng)曲面法代理模型;最后對(duì)建立的代理模型進(jìn)行了精度檢驗(yàn),為建立柔順微操作平臺(tái)6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型做好了鋪墊;(3)針對(duì)傳統(tǒng)確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型沒(méi)有考慮設(shè)計(jì)變量的不確定性工程問(wèn)題,本文提出了考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性的6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型。首先對(duì)比分析了傳統(tǒng)確定性優(yōu)化方法解決不確定性問(wèn)題存在的不足,歸納了不確定性的6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型的建立思路,并以結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性情形下的柔順微操作平臺(tái)為對(duì)象,梳理了6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型的構(gòu)建流程。在此基礎(chǔ)上建立了結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性的6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型,通過(guò)靈敏度法對(duì)決策模型參數(shù)進(jìn)行了均值與方差估計(jì),最后給出了NSGA-Ⅱ算法對(duì)穩(wěn)健優(yōu)化模型進(jìn)行了求解。通過(guò)與傳統(tǒng)確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果的對(duì)比分析驗(yàn)證了該方法的有效性,為解決柔順機(jī)構(gòu)不確定性工程問(wèn)題提供一種新的解決途徑。
【關(guān)鍵詞】：6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì) 響應(yīng)面法代理模型 固有頻率 位移放大倍數(shù) 不確定性
【學(xué)位授予單位】：江西理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：F224;F273.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-19
• 1.1 研究課題背景及研究意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外柔順機(jī)構(gòu)相關(guān)研究現(xiàn)狀綜述11-15
• 1.2.1 不確定性情形下的柔順機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 不確定性問(wèn)題解決方法國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 本文研究思路及研究?jī)?nèi)容15-18
• 1.3.1 研究思路15-17
• 1.3.2 研究?jī)?nèi)容17-18
• 1.4 本章小結(jié)18-19
• 第二章 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)理論體系及新方法的提出19-29
• 2.1 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)理論體系19-23
• 2.1.1 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)基本概念19-21
• 2.1.2 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)基本原理21-22
• 2.1.3 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)基本步驟22-23
• 2.1.4 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法分類23
• 2.2 現(xiàn)有穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方法處理不確定性問(wèn)題的不足23-24
• 2.3 考慮結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性的 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)性新方法24-26
• 2.4 處理不確定性結(jié)構(gòu)參數(shù)的思路26
• 2.5 搭建Isight多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺(tái)26-27
• 2.6 本章小結(jié)27-29
• 第三章 基于Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)變量篩選29-41
• 3.1 實(shí)際工程問(wèn)題背景介紹29-33
• 3.1.1 柔順微操作平臺(tái)性能質(zhì)量波動(dòng)難題29
• 3.1.2 柔順微操作平臺(tái)工作原理29-31
• 3.1.3 柔順微操作平臺(tái)材料屬性31-32
• 3.1.4 影響柔順微操作平臺(tái)性能質(zhì)量波動(dòng)的不確定性因素分類32-33
• 3.2 基于Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)的不確定性設(shè)計(jì)變量篩選33-40
• 3.2.1 構(gòu)建Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)流程步驟34-35
• 3.2.2 柔順微操組平臺(tái)有限元模型的構(gòu)建與分析35-36
• 3.2.3 構(gòu)建Plackett-Burman試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)組合36-38
• 3.2.4 篩選不確定性結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)變量38-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 第四章 構(gòu)建柔順微操作平臺(tái)性能響應(yīng)曲面法代理模型41-51
• 4.1 柔順微操作平臺(tái)復(fù)雜非線性隱式難題41
• 4.2 建立柔順微操作平臺(tái)性能代理模型流程步驟41-42
• 4.3 基于中心復(fù)合設(shè)計(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)組合安排42-45
• 4.4 構(gòu)建柔順微操作平臺(tái)性能響應(yīng)及約束響應(yīng)代理模型45-47
• 4.5 柔順微操作平臺(tái)性能響應(yīng)及約束響應(yīng)代理模型精度檢驗(yàn)47-50
• 4.6 本章小結(jié)50-51
• 第五章 建立柔順微操作平臺(tái) 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型51-70
• 5.1 考慮設(shè)計(jì)參數(shù)不確定的 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型構(gòu)建思路51-53
• 5.1.1 傳統(tǒng)確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型的不足分析51-52
• 5.1.2 考慮設(shè)計(jì)參數(shù)不確定性的 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型構(gòu)建52-53
• 5.2 構(gòu)建結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性的 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)流程框架53-54
• 5.3 建立柔順微操作平臺(tái) 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型54-56
• 5.3.1 建立不確定性的 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型54-56
• 5.3.2 建立傳統(tǒng)確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型56
• 5.4 6σ穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型中的均值與方差參數(shù)估計(jì)56-59
• 5.4.1 基于靈敏度法的均值與方差參數(shù)估計(jì)56-57
• 5.4.2 柔順微操作平臺(tái)性能均值與方差的參數(shù)估計(jì)57-59
• 5.5 基于NSGA-Ⅱ算法的 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)決策模型求解59-61
• 5.6 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)果對(duì)比分析61-67
• 5.6.1 考慮設(shè)計(jì)參數(shù)不確定性的 6σ 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果分析61-62
• 5.6.2 傳統(tǒng)確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果分析62-64
• 5.6.3 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方案對(duì)比分析64-65
• 5.6.4 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)方案效果驗(yàn)證65-67
• 5.7 穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)策略及可靠性增長(zhǎng)討論67-68
• 5.8 本章小結(jié)68-70
• 第六章 結(jié)論與展望70-72
• 6.1 結(jié)論70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 致謝76-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果77-78

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