基于改进遗传算法的稳健可靠性优化设计

针对单目标多约束非线性优化问题的稳健可靠性优化设计,使用摄动随机有限元法进行可靠性设计,并对优化问题的目标函数和约束函数进行灵敏度分析,产生灵敏度附加项,建立稳健可靠性优化设计模型。为了提高求解效率,提出一种改进遗传算法,并应用于梁结构的稳健可靠性优化设计模型求解中,实例说明该方法的可行性与实用性。     

汽车零部件稳健优化设计的实现策略

从工程设计的观点，应用稳健优化设计的方法来考虑可控制参数和不可控制参数的变异对产品质量的影响，以提高设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性。重点讨论随机问题的稳健优化设计模型和基于灵敏度分析的稳健优化设计模型，并运用基于灵敏度分析的稳健优化设计方法对汽车离合器膜片弹簧进行设计计算。     

工程稳健优化设计

本文从工程设计观点讨论了设计解的稳健性、稳健设计和稳健优化设计的基本概念,提出了一种基于随机优化技术的稳健优化设计的建模原理和求解算法,这一方法将通过调整设计变量的名义值和控制它的容差来考虑可控变量和不可控参数的变差对产品质量的影响,以提高设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性。     

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计.首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计.研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度.     

公差稳健优化设计的研究

为了解决产品加工成本与质量稳健的协调性问题,提出了一种新的公差稳健优化设计数学模型.依据公差稳健设计的思想,考虑产品质量的模糊性,以封闭环误差分布概率密度函数的方差和优质品概率之比为设计目标,建立了公差优化设计产品质量稳健性损失成本目标函数,并研究了优质品率和封闭环误差分布方差的确定方法.以加工成本和产品质量稳健性损失成本为目标,以模糊装配可靠度、可取公差极限范围为约束条件,建立了公差多目标优化数学模型.举例说明了文中所述的公差稳健优化设计方法的应用,采用遗传算法实现了公差的多目标优化设计.实例表明,该方法能够协调零件的加工成本和产品质量的稳健性损失成本,使优化指标的综合性能最佳.     

改进质量损失函数的多响应稳健优化设计

针对传统的多响应优化方法很少同时考虑到优化结果的最优性与稳健性以及容易忽视各个响应质量损失的问题,通过引入双响应曲面法的思想,提出了一种基于改进质量损失函数的多响应稳健优化设计新方法。通过双响应曲面法与多变量质量损失函数的相互结合,同时考虑了各个响应的均值和方差,首先通过拟合各个响应的均值回归方程和方差回归方程并将其结合到多变量质量损失函数中,然后通过主客观权重法科学设置各响应均值和方差质量损失的权重,最后将多响应的稳健优化问题转化为求解综合质量损失最小值的问题。以细胞注射3自由度柔顺并联微动平台中的双曲柔性铰链为研究对象进行研究,结果表明,该方法能够有效地解决具有多个响应问题的稳健优化,为多响应稳健优化设计提供新的思路。     

基于响应面模型与遗传算法的工具磨床立柱多目标优化设计

以某型号工具磨床立柱为研究对象,应用SolidWorks建立立柱的三维模型,然后利用ANSYS Workbench软件对其在典型工况下进行静态特性分析,并根据分析结果对立柱进行多目标优化设计。优化时,首先确定设计变量,利用正交试验进行灵敏度分析,判断灵敏度较大的设计变量作为后续优化设计的自变量;然后通过二阶响应面法建立数学模型,采用理想点法构造评价函数;最后利用遗传算法进行优化求解。分析结果表明:改进后立柱最大变形量减少8.6%,最大等效应力减小5.1%,静态性能得到提高,达到了优化目的,同时可为其他类型工具磨床立柱优化设计提供理论依据。     

基于双层更新Kriging模型的机械结构动态特性稳健优化设计

针对现有机械结构优化设计未考虑材料特性参数的不确定性和结构动态特性对综合性能的影响、优化求解效率低下等不足,提出基于双层更新Kriging模型的机械结构动态特性稳健优化设计方法。将机械结构动态特性指标的均值和方差作为优化目标,将机械结构变形量作为约束条件,建立机械结构动态特性稳健优化的数学模型。利用拉丁超立方试验设计、误差最大区域和近似最优解邻域的局部样本点加密技术和双层更新策略,建立能准确高效地获取稳健优化目标和约束函数值的Kriging模型。在此基础上,基于邻域培植遗传算法和双层更新的Kriging模型求出机械结构动态特性稳健优化问题的所有Pareto最优解。某型号大型汽轮发电机定子端部绕组锥环固定结构动态特性稳健优化设计实例验证了方法的有效性和相对于确定性优化设计方法的优越性。     

汽车离合器膜片弹簧的稳健优化设计

本文基于灵敏度分析的工程稳健优化设计方法对汽车离合器膜片弹簧进行优化设计 ,考虑了可控变量和不可控参数的变差对产品质量的影响 ,提高了设计解的可行稳健性和质量函数的不灵敏性。结果表明 ,该方法有效、可靠 ,是产品设计中控制质量波动的一种有效方法 ,是用低成本取得高质量的有效途径     

基于MSRE的机械产品质量特性稳健优化设计方法

为了解决产品质量特性优化设计过程中设计参数发生变差时,最优解变为违反约束条件的不可行解的问题,对产品质量特性的稳健性和稳健性度量进行了分析,建立了基于最小灵敏域估计的产品质量特性稳健优化数学模型,提出了多目标产品质量特性稳健优化设计流程。根据该模型,采用广义差分多目标进化算法求得多目标质量特性稳健优化问题的Pareto稳健优化解集,并使用基于模糊集合理论的方法选择出最优解。在满足产品质量特性设计要求的前提下,优化产品质量特性,提高产品质量特性性能对设计参数变差的稳健性。最后,应用该方法对高速工业平缝机挑线机构进行质量特性稳健优化设计,证明了该方法在工程应用中的正确性与高效性。     

Analytical approach to robust design of nonlinear mechanical systems

The robustness of mechanical systems is influenced by various factors. Their effects must be understood for designing robust systems. This paper proposes a model for describing the relationships among functional requirements, structural characteristics, design parameters and uncontrollable variables of nonlinear systems. With this model, the sensitivity of systems was analyzed to formulate a system sensitivity index and robust sensitivity matrix to determine the importance of the factors in relation to the robustness of systems. Based on the robust design principle, an optimization model was developed. Combining this optimization model and the Taguchi method for robust design, an analysis was carried out to reveal the characteristics of the systems. For a nonlinear mechanical system, relationships among structural characteristics of the system, design parameters, and uncontrollable variables can be formulated as a mathematical function. The characteristics of the system determine how design parameters affect the functional requirements of the system. Consequently, they affect the distribution of system performance functions. Nonlinearity of the system can facilitate the selection of design parameters to achieve the required functional requirements.     

面向产品族架构的鲁棒双层优化模型

针对产品族架构中平台参数和个性化参数之间的主从特点以及产品族与产品族中各产品之间的全局与局部的设计关系,在不确定的产品设计环境下,建立了一种具有不确定系数的面向产品族架构的一主多从双层优化设计模型,并应用鲁棒优化方法将其转化为从者无关联的确定性非线性双层规划,设计了一种混合遗传算法进行求解,使产品族架构设计具有较强的鲁棒性。最后,通过桁架产品族架构设计阐述了模型的应用。     

改进的小生境遗传算法在铁道车辆优化设计中的应用

选取合适的优化方法对铁道车辆转向架悬挂参数进行优化,能有效提高车辆的动力学性能。遗传算法是一种多参数多目标优化方法,提出了采用改进的小生境遗传算法,以某铁道车辆转向架悬挂参数为设计变量,针对车辆的稳定性进行了优化设计。结果显示,通过改进的遗传算法优化出的悬挂参数能有效提高车辆的稳定性,优化后车辆的临界速度到达了600 km/h,而通过基本遗传算法和单目标优化方法得到的临界速度分别仅为500 km/h和520 km/h。研究表明,改进的小生境遗传算法能很好的实现悬挂参数间的合理匹配,优化出良好的动力学性能。     

Reliability-based robust optimization design of automobile components with non-normal distribution parameters

In the reliability designing procedure of the vehicle components, when the distribution styles of the random variables are unknown or non-normal distribution, the result evaluated contains great error or even is wrong if the reliability value R is larger than 1 by using the existent method, in which case the formula is necessary to be revised. This is obviously inconvenient for programming. Combining reliability-based optimization theory, robust designing method and reliability based sensitivity analysis, a new method for reliability robust designing is proposed. Therefore the influence level of the designing parameters’ changing to the reliability of vehicle components can be obtained. The reliability sensitivity with respect to design parameters is viewed as a sub-objective function in the multi-objective optimization problem satisfying reliability constraints. Given the first four moments of basic random variables, a fourth-moment technique and the proposed optimization procedure can obtain reliability-based robust design of automobile components with non-normal distribution parameters accurately and quickly. By using the proposed method, the distribution style of the random parameters is relaxed. Therefore it is much closer to the actual reliability problems. The numerical examples indicate the following: (1) The reliability value obtained by the robust method proposed increases (>0.04%) comparing to the value obtained by the ordinary optimization algorithm; (2) The absolute value of reliability-based sensitivity decreases (>0.01%), and the robustness of the products’ quality is improved accordingly. Utilizing the reliability-based optimization and robust design method in the reliability designing procedure reduces the manufacture cost and provides the theoretical basis for the reliability and robust design of the vehicle components.     

基于参数和代理模型不确定性的冲压稳健性设计优化

在传统的基于代理模型的冲压稳健性设计中,由于代理模型与真实模型间存在着误差,必然会导致优化结果存在一定的误差。将实验设计、Kriging模型相结合,综合考虑参数不确定性和代理模型不确定性的影响,提出了一种新的冲压稳健性优化设计方法。通过因素敏感性分析筛选出相应的设计变量和噪声因素,基于Kriging模型构建设计参数和质量指标的代理模型,采用蒙特卡罗分析方法以及遗传算法获得最优工艺解。实例分析结果表明,综合两种不确定因素的稳健设计方法能有效地降低拉裂、起皱约束失效概率,提高冲压件成形质量和工艺稳健性。     

基于公理设计和设计关联矩阵的产品平台设计新方法

产品平台是产品族设计的核心内容,合理地构建产品平台是提高产品设计可适应能力的关键。以公理设计为指导框架,以功能需求分析为出发点,提出一种产品平台设计新方法。该方法借鉴Kano模型,从用户需求的角度,将产品功能要求分为基本功能要求、期望功能要求和附加功能要求;基于公理设计原理,将产品功能要求映射为产品设计参数,建立设计矩阵;通过分析设计参数与各类功能要求之间的影响,构建产品设计关联矩阵,利用可拓聚类算法对设计关联矩阵进行聚类运算,将实现产品族基本功能要求的模块定义为公用模块;在此基础上,通过分析设计参数的灵敏度来选择公共平台参数,利用聚类分析以规划它们在产品平台中的共享策略。通过电力液压块式制动器产品族的平台设计实例,验证了该方法的有效性和可行性。     

产品族架构设计与供应商选择的主从关联优化

针对产品族架构设计与供应商选择的关联优化问题，提出了基于主从对策的交互评价机制。根据主从决策机制建立主从关联双层规划优化模型，以产品族架构设计为主，供应商选择为从。模型上层以效用-成本比为目标，决策产品族架构设计方案。模型下层以成本为目标，决策供应商的选择。构建双层嵌套遗传算法求解模型，并添加具有产品族特色的编码处理策略。最后以客车底盘的案例对模型和遗传算法进行了验证。