考慮參數不確定性的機械動態穩健設計理論與方法研究

《考慮參數不確定性的機械動態穩健設計理論與方法研究》是依託汕頭大學，由李昇平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：考慮參數不確定性的機械動態穩健設計理論與方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李昇平
• 依託單位：汕頭大學

項目摘要

機械產品在動態情況下對不確定性因素呈現出高度的敏感性。如何通過設計減小不確定性因素對產品功能的影響，以增強產品的機械動態穩健性（Robustness）具有重要的研究價值。產品的動態穩健性與產品設計變數以及不確定性因素之間必定存在某種內在聯繫。本申請項目針對具有參數不確定性的機械產品，研究機械動態穩健性與結構特性、設計參數以及不確定性因素之間的相互關係，提出產品設計非敏感的條件表達式，並藉此量化所設計產品的動態穩健性；研究產品的穩健性建模與分析方法，提出動態條件下產品的穩健性分析、評價及方案優選理論；研究動態條件下的Taguchi穩健設計改進方法，提出一種修正分析性設計方法的新理論；建立機械動態穩健設計實驗平台。本項目涉及穩健設計理論前沿問題，其研究成果將有助於豐富和發展穩健設計基礎理論與方法，提升我國機械產品設計開發水平，增強企業的核心競爭力。

結題摘要

目前的穩健設計方法研究大多集中在靜態系統，但在實際的機械系統中存在大量動態設計問題，且機械產品在動態情況下對不確定性因素呈現出高度的敏感性，因此如何通過設計減小不確定性因素對產品功能的影響，以增強產品的機械動態穩健性具有重要的研究價值。本項目針對具有參數不確定性的機械產品，重點研究不確定性條件下動態系統的穩健設計方法，這裡的“動態系統”包含兩種情況：一是存在信號因子的動態系統，即系統的回響會隨著信號因子的改變而變化，回響變數與信號因子之間存在一定的函式關係；二是考慮機械動力學特性的動態系統，即機械動力學系統。本項目的主要研究內容包括：一、 研究動態條件下Taguchi穩健設計的改進方法，運用關聯度分析建立了靜態特性和動態特性穩健性設計方法，提出了基於Taguchi方法和灰色TOPSIS模型的動態多回響穩健設計方法。與傳統Taguchi方法相比，這些方法能夠很好地解決動態穩健設計問題，且過程簡單明了，沒有複雜的數學或統計過程，具有更好的適應性和實用性；二、研究動態條件下的分析性穩健設計方法，利用統計學工具及矩陣相關知識，建立了多回響動態特性分析性穩健設計的最佳化模型，同時給出了斜率、不可控因素以及動態功能特性波動之間的幾何模型，並通過該幾何模型對影響動態穩健性的內在本質從理論上做了分析；三、研究機械產品動態穩健最佳化設計方法，在考慮動力學特性的情況下，建立了能夠反映參數不確定性的機械產品動態穩健最佳化問題的數學模型，相比於靜態穩健最佳化問題，目標函式和約束條件中時間變數的出現增加了問題的複雜性；四、提出了穩健可適應設計方法，該方法不僅使得產品能夠適應不同工作階段的各種變化，而且其功能性對於不確定性因素引起的參數波動的敏感性最小；五、採用開放式可擴展體系結構、通用資料庫以及易操作的圖形化用戶界面，開發了多回響靜態和動態穩健設計工具軟體，將動態穩健設計理論與方法套用於印刷品全自動零速接紙機和機器視覺實驗平台的分析與設計中，有助於理論研究成果的驗證。結果表明，動態穩健設計方法可顯著地改善機械產品在不同工況運行下的工作性能。本項目涉及穩健設計理論的前沿問題，其研究成果有助於豐富和發展穩健設計基礎理論與方法，提升我國機械產品設計水平。