穩(wěn)健設(shè)計方法.doc

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1、機研142孫利文201421202100一、穩(wěn)健設(shè)計方法在產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的作用。穩(wěn)健設(shè)計又稱作魯棒設(shè)計。是關(guān)于產(chǎn)品質(zhì)量和成本的一種工程設(shè)計方法。在產(chǎn)品或工藝系統(tǒng)設(shè)計中，正確的應用穩(wěn)健設(shè)計的基本理論和方法可以使產(chǎn)品在制造或使用中，或是在規(guī)定壽命內(nèi)當結(jié)構(gòu)或材料發(fā)生老化、變質(zhì)、工作環(huán)境發(fā)生微小的變化時，都能保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。通過穩(wěn)健設(shè)計，可以使產(chǎn)品的性能對各種噪聲因素的不可預測的變化，擁有很強的抗干擾能力。產(chǎn)品性能將更加穩(wěn)定、質(zhì)量更加可靠。任何一種產(chǎn)品"影響其質(zhì)量的因素有很多"主要可分為兩類：一類是在設(shè)計中人們可以控制的因素如設(shè)計變量、變量的容差等；另一類是所謂的噪聲因素指由生產(chǎn)條件、使用環(huán)境及時

2、間等的變化而影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素如載荷、幾何尺寸、工程材料特性的變異以及制造、安裝誤差等，其基本特點是具有不確定性和隨機性，是不可控制的因素。實際存在的不確定因素的變化有可能導致產(chǎn)品的性能指標有較大的波動，使其功能劣化甚至失效，還有一些材料或元器件會隨著時間的推移而發(fā)生失效等。對于這些因素有兩種處理方法:一是盡可能消除這些因素這對可控因素是可以做到的，而對噪聲因素往往很難實現(xiàn)。即使能夠消除也需要花費很大的代價；二是盡量降低這些因素的影響。這是相對容易和低代價的方法，也就是使產(chǎn)品性能對這些因素的變化不敏感，為了使所設(shè)計的產(chǎn)品在不確定因素的影響下，其性能指標不僅能達到設(shè)計要求，而且對各種不確定因素的

3、變化不敏感，就需要用穩(wěn)健設(shè)計方法來實現(xiàn)。穩(wěn)健設(shè)計就是使產(chǎn)品的性能對在制造期間的變異或使用環(huán)境的變異不敏感，并使產(chǎn)品在其壽命周期內(nèi)不管其參數(shù)、結(jié)構(gòu)發(fā)生漂移或老化在一定范圍內(nèi)都能持續(xù)滿意地工作。二、試驗設(shè)計在穩(wěn)健設(shè)計中的作用。試驗設(shè)計就是運用正交試驗法或優(yōu)化方法確定零部件參數(shù)的最佳組合，在系統(tǒng)內(nèi)、外因素作用下，所產(chǎn)生的質(zhì)量波動最小，即質(zhì)量最穩(wěn)定（健壯）。試驗設(shè)計的目的是根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計中所確定的所有參數(shù)，通過多因素的優(yōu)選方法來考察三種干擾（內(nèi)干擾，外干擾，產(chǎn)品間波動）對系統(tǒng)質(zhì)量特性的影響，尋求最佳的參數(shù)組合，以求得抗干擾性最佳的設(shè)計方案，使系統(tǒng)質(zhì)量特性波動小，穩(wěn)健性好，并且價格低廉。1）通過對產(chǎn)品特性

4、指標試驗結(jié)構(gòu)的分析，確定出在不可控因素影響下的可控因素值的最佳組合或工作狀態(tài)；2）篩分出各可控因素對產(chǎn)品質(zhì)量影響的重要程度，以利于有效控制；3）可以實現(xiàn)原有材料代用、基本設(shè)計構(gòu)型的比較、設(shè)計參數(shù)的選擇以保證產(chǎn)品質(zhì)量在較寬的工作條件下具有穩(wěn)定性；4）用于建立經(jīng)驗模型、確定質(zhì)量特性與設(shè)計變量（或工藝參數(shù)）之間的函數(shù)關(guān)系，尋找最佳工作條件。三、按照正交試驗（直觀分析法）的原理，解決你實際工作中的一個問題，并總結(jié)成實驗分析報告（以兩個以上因素分析為例）。正交試驗設(shè)計是用來科學地設(shè)計多種因素試驗的一種方法，它利用一套規(guī)格化的正交表安排試驗，得到的實驗結(jié)果用數(shù)理統(tǒng)計進行處理，以得到科學結(jié)論。正交表是試驗設(shè)

5、計的基本工具，它是根據(jù)均衡分布的思想，運用組合數(shù)學理論構(gòu)造的一種數(shù)學表格，均衡分布性是正交表的核心。正交試驗設(shè)計(簡稱正交設(shè)計)的基本程序是設(shè)計試驗方案和處理試驗結(jié)果兩大部分。主要步驟可歸納如下：（1）明確試驗目的，確定考核指標（2）挑因素，選水平。（3）選擇合適的正交表，進行表頭設(shè)計。,（4）確定試驗方案。（5）試驗結(jié)果分析實例：某化工廠生產(chǎn)一種試劑,產(chǎn)率較低,希望通過試驗探索好的生產(chǎn)工藝以提高產(chǎn)率。考察的因子與水平如下表:表8-10考查試劑生產(chǎn)效率因素一覽表因子水平A反應溫度/攝氏度B反應時間/小時C攪拌速度一水平301快二水平401。5中三水平502慢這是一個三水平的試驗,我們可以在和中

6、選一張合適的表。選擇的原則是在試驗因子能在正交表的列中安排得下的前提下,試驗次數(shù)越少越好。本例只有三個因子,故選用表,作9次試驗就行了選擇了正交表后,將因子安排在的表頭上,我們將三個因子依次安排在1,2,3列,并且把表中各列的水平號用相應的實際因子水平寫出來,就得到一張試驗設(shè)計表。列號試驗號1反應溫度(A)/攝氏度2反應時間(B)/小時3攪拌速度(C)1130111快213021。52中3130323慢4240112中524021。53慢6240321快7350113慢835021。51快9350322中表8-11試驗計劃表表8-12計算表列號試驗號1反應溫度(A)/攝氏度2反反應時間(B)/

7、小時3攪拌速度(C)試驗結(jié)果產(chǎn)率%11(30)1(1)1(快)82212(1。5)812(中)313(2)3(慢)7642(40)128052238562318273(50)1364832272933164I(一水平試驗結(jié)果總和)239226236II(二水平試驗結(jié)果總和)247238225III(三水平試驗結(jié)果總和)200222225I/379。775。378。7II/382。379。375。0