复杂机械产品质量功能建模与参数稳健优化技术及应用研究

摘要

为保证复杂机械产品最终的质量，需要采取一系列的设计方法确定产品的各项特征。本文从复杂机械产品设计过程中质量特性的提取、功能结构映射和参数稳健优化等方面对产品质量功能建模与参数稳健优化相关技术展开了研究，并结合企业具体需求将上述理论应用于机械压力机开发中，取得良好的效果。
　　全文的主要内容如下:
　　第一章主要综述了复杂机械产品质量功能建模与参数稳健优化的内容和研究现状，指出了当前研究在质量特性提取、功能结构映射和参数稳健优化方面存在的不足，最后给出了本文的研究背景和组织框架。
　　第二章针对现有复杂机械产品质量特性提取中，客户需求信息分析不足而引起的质量特性提取不准确的问题，对客户工艺需求、客户性能需求和产品质量特性的关联关系进行分析，建立了客户需求与质量特性的转化模型，采用模糊决策试验与评价实验分析(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL)方法对网络关系分析法(Analytic Network Process，ANP)的内部关联关系矩阵进行改进，实现了产品质量特性的提取;
　　第三章提出了基于多元质量准则的复杂机械产品功能结构映射方法。针对产品功能结构映射存在结构组合爆炸问题导致的产品方案难以逐一评价，通过分析产品质量与功能结构的依赖关系，定义了产品方案的功能表现和结构相容质量准则，构建了多元质量准则的产品功能结构映射模型，并对蚁群算法进行改进实现产品功构映射从而得到产品方案的非支配解;
　　第四章提出了基于最小性能波动的复杂机械产品结构参数优化方法，针对产品详细设计阶段设计参数不确定因素的非概率分布问题，采用区间分析法定义性能稳健指标，建立最小性能波动的容差稳健优化模型，利用改进的非支配排序遗传算法对优化模型进行求解，并采用模糊集合理论对非支配解集进行优选得到稳健优化解，提升了产品性能对设计参数偏差的稳健性;
　　第五章将本文提出的质量功能建模与参数稳健优化技术与实际课题结合，开发了适用于机械压力机的产品质量功能设计系统，并对主要模块和功能实现进行了阐述;
　　第六章在总结了全文的研究成果和内容的基础上，指出了本文需要改进的方面和未来研究的方向。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 质量功能建模与参数稳健优化的研究现状

1．2．1 产品质量特性提取研究现状

1．2．2 产品功能结构映射研究现状

1．2．3 产品参数稳健优化研究现状

1．3 复杂机械产品质量功能建模与参数稳健优化的提出

1．3．1 复杂机械产品客户需求与质量特性转化不准确问题

1．3．2 复杂机械产品功能结构映射的结构方案组合爆炸问题

1．3．3 复杂机械产品参数优化的不确定因素非概率分布问题

1．4 本文的研究内容与总体框架

1．4．1 本文的研究内容

1．4．2 本文的总体框架

1．5 本章小结

2 基于模糊DEMATEL-ANP的复杂机械产品质量特性提取

2．1 引言

2．2 复杂机械产品客户需求与质量特性关联关系

2．2．1 复杂机械产品客户需求分析

2．2．2 客户需求与质量特性关联关系获取

2．3 复杂机械产品客户需求与质量特性转化

2．3．1 语义变量的三角模糊数表达

2．3．2 基于模糊DEMATEL-ANP的质量特性初始权重确定

2．3．3 质量特性权重的信息熵修正

2．4 实例分析

2．4．1 面向拉深工艺的机压机质量特性的提取

2．4．2 面向拉深工艺的机压机质量特性权重修正

2．5 本章小结

3 基于多元质量准则的复杂机械产品功能结构映射

3．1 引言

3．2 复杂机械产品功构映射描述

3．2．1 功构映射的约束满足问题

3．2．2 质量与功能结构的依赖关系

3．2．3 产品功构映射的多元质量准则

3．3 复杂机械产品功构映射过程

3．3．1 蚁群算法原理分析

3．3．2 面向多元质量准则功构映射的算法改进

3．3．3 基于改进蚁群算法产品功构映射实现

3．4 应用实例

3．4．1 LHS4系列机压机传动系统功构映射过程

3．4．2 LHS4系列机压机传动系统功构映射实现

3．4．3 LHS4系列机压机传动系统结构方案分析

3．5 本章小结

4 基于最小性能波动的复杂机械产品结构参数优化

4．1 引言

4．2 最小性能波动的容差稳健优化建模

4．2．1 基于区间分析法的性能稳健指标定义

4．2．2 容差稳健优化数学模型

4．3 复杂机械产品结构参数稳健优化实现

4．3．1 基于NSGA-Ⅱ的结构参数稳健优化求解

4．3．2 Pareto解集的稳健优选

4．4 实例应用

4．4．1 LHS4-2000机压机拉深性能稳健优化建模

4．4．2 LHS4-2000机压机拉深性能稳健优化求解

4．4．3 LHS4-2000机压机拉深机构参数确定

4．4 本章小结

5 复杂机械产品质量功能设计系统实现

5．1 引言

5．2 系统的应用背景与实施方案

5．2．1 系统的应用背景

5．2．2 系统的实施方案

5．3 系统的体系架构与功能模块

5．3．1 系统的体系架构

5．3．2 项目管理模块

5．3．3 质量特性管理模块

5．3．4 功能结构管理模块

5．3．5 产品性能优化模块

5．3．6 系统用户与权限设置

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

作者简历