基于双响应面模型的6σ稳健设计

双响应面法是通过试验设计分别构造响应均值和方差的近似模型，并通过该模型进行优化的一种稳健设计方法。文中对实验设计方法、响应曲面模型建立以及优化策略等进行分析。为实现质量管理与产品设计的协调，将质量工程中的6σ理念与双响应面法相结合，提出基于双响应面模型的6σ稳健优化设计方法。与传统优化方法相比，该方法不仅提高了优化效率，而且提高了设计的可靠性和稳健性。将其应用于结构优化设计和金属板料的拉深成形优化设计，均获得良好的结果。     

基于改进满意度函数的柔顺机构多响应稳健优化设计

针对细胞注射3-RRR柔顺并联微动平台多响应设计中没有同时考虑稳健性与最优性的难题,通过引入双响应曲面法的思想,提出了一种基于改进满意度函数的多响应稳健优化设计。该方法首先建立了微动平台多方向的铰链柔度运动模型,在此基础上进行响应曲面试验设计;然后引入双响应曲面考虑了多响应的均值与方差,并拟合出多响应均值和方差的曲面模型;最后通过满意度函数将多响应问题转化为求综合满意度函数最大值的简化问题,得到了满足约束条件的稳健性优化设计方案。实例表明:该方法可以为柔顺机构的多响应稳健优化设计提供一种新的途径。     

基于改进满意度函数法的双响应曲面稳健设计优化

针对双响应优化设计中如何权衡每个响应的权重缺乏理论依据、没有考虑优化模型结果的稳健性和最优性的难题,提出了基于改进的满意度函数法双响应曲面稳健设计新方法。通过引入熵权理论对传统双响应曲面主要凭经验确定权重的方法进行了改进,构建了改进的综合满意度函数,并采用广义降阶梯度法优化对其求解,实现了将双响应优化问题转化为求综合满意度函数最大值的简化问题。实例表明,采用该方法能够得到全面稳健优化的设计方案,验证了该方法的有效性。     

基于层次分析法的行星齿轮传动多目标优化设计

传统的行星齿轮优化一般仅从最小体积出发,其最优解并未考虑对机构其他参数的影响.通过分析行星齿轮机构的多种性能指标,包括外形尺寸、体积、齿面接触强度和齿根弯曲强度,从机构总体最优出发建立模型,采用层次分析法进行多目标优化.结果表明该模型能有效的满足设计要求.     

考虑不确定性的柔顺机构柔度6σ稳健优化设计

针对柔顺机构传统确定性优化设计未充分考虑设计变量的随机波动而导致其功能稳定性较差的难题,提出了结合试验设计、响应曲面法、DFSS(Design for Six Sigma)理念的稳健优化设计新方法。首先在分析柔顺机构稳健特点与随机波动现象的基础上,依据工况对设计变量进行科学选择,采用中心组合试验设计方法选取试验组合;然后通过构建的有限元模型进行数值模拟,得到试验设计各组合的响应值,从而建立柔度响应面模型来进行稳健优化;最后以柔顺板为对象进行了6σ稳健优化设计实例分析。通过与传统确定性优化设计进行对比,表明该新方法不仅增强了柔顺板柔度稳健性而且提高了优化求解效率,为增强柔顺机构在高尖端领域的抗干扰能力提供了一种新的设计思路。     

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。     

二级行星齿轮机构的优化设计

体积和承载能力是衡量行星齿轮机构优劣的重要指标。在确保承载载荷不变的基础上,以行星齿轮机构体积最小为目标,对行星齿轮机构进行优化,确定目标函数、设计变量及应满足的约束条件,建立了行星齿轮机构的数学模型,然后采用SUMT内点法优化行星齿轮的结构参数。在风电机组二级行星齿轮增速器的实际应用中,该优化设计方案减小了行星齿轮机构体积,降低了制造成本。     

基于双响应面模型的碰撞安全性稳健性优化设计

建立稳健的车体耐撞结构是提高汽车碰撞安全性的有效途径.传统的耐撞性优化设计,由于忽视制造工艺、材料特性和边界条件中存在的不确定因素,导致汽车碰撞安全性能不够稳健.近年来,稳健性设计得到广泛的关注,并在汽车工业中得到应用.将稳健性设计方法应用到汽车碰撞安全性设计中,以某轿车的前纵梁为研究对象,运用双响应面方法对其进行稳健性优化设计.采用拉丁超立方抽样(Latin hypercube sampling,LHS)方法和最小二乘方法创建碰撞响应的二阶多项式双响应面模型,将材料特性作为不确定性因素.稳健性优化后,对前纵梁碰撞性能的稳健性与优化前进行对比分析.分析结果表明,该稳健性设计方法精度较高;经稳健性优化后,前纵梁碰撞性能的稳健性获得了显著提高,且质量减少了3.32％.     

具有可靠度约束的行星齿轮传动的稳健优化设计

利用稳健优化设计方法建立了行星齿轮传动的稳健优化设计数学模型，包括设计变量，目标函数和约束条件的确定，其中约束条件包括强度可靠度等性能和几何约束。最后运用正交试验法求得出行星齿轮的稳健解，并对其结果进行了分析。     

基于不确定性定位参数与转向机构稳健设计

车辆定位参数与转向机构在设计过程中,存在诸多不确定性因素,这些将影响机构性能的稳健性。基于ADAMS与i SIGHT搭建基于随机不确定性的定位参数与转向机构的稳健设计模型,采用正交试验方法得到各优化目标的主要因素及各因素之间的交叉影响关系,依据试验数据建立优化目标与设计变量之间的二阶响应面近似模型。综合考虑定位参数、转向梯形机构的尺寸误差、安装误差等随机不确定性因素,应用田口方法建立了定位参数和转向梯形机构的稳健设计模型,并通过与传统设计方法的对比验证了田口方法的稳健性。应用蒙特卡洛法保证了转向过程中转向轮转角的精度,应用可靠性优化方法保证了转向机构传动角约束的可靠性。     

基于响应曲面法的液力透平叶轮多目标优化设计

建立了基于试验设计理论和响应面近似的液力透平叶轮的优化设计方法。以最高效率、高效区范围及转轮所得扭矩-流量曲线在小流量区的稳定性为目标函数。在使用CFturbo软件建立液力透平叶轮的参数化模型后,先用Plackett-Burman试验设计筛选结构参数,并根据结构参数对目标函数的影响将其划分为三个等级:显著因素、次显著因素和不显著因素;再用正交试验法确定次显著因素的设计中心点;最后由中心复合和Box-Behnken设计及响应面分析确定各级结构参数的最优设计点。该方法以计算流体力学(CFD)的计算结果为基础,共进行40次试验,构造了液力透平叶轮的结构参数与多目标函数的响应面近似模型,分析了结构参数间的交互效应。对最优设计点的液力透平进行了实验研究,试验结果及CFD计算值与响应面近似值吻合,且较优化前的模型在性能上有明显改善,表明基于试验设计和响应面的优化设计方法可用于液力透平叶轮的优化设计。     

基于RSM的SiC单晶片表面粗糙度预测及参数优化

通过响应面分析法(RSM)对超声振动辅助金刚石线锯切割SiC单晶体的工艺参数进行分析和优化。采用中心组合设计实验,考察线锯速度、工件进给速度、工件转速和超声波振幅这4个因素对SiC单晶片表面粗糙度值的影响,建立了SiC单晶片表面粗糙度的响应模型,进行响应面分析,采用满意度函数(DFM)确定了切割SiC单晶体的最佳工艺参数,验证试验表明该模型能实现相应的硬脆材料切割过程的表面粗糙度预测。     

响应面模型与混合优化算法相结合的锯片参数优化设计

针对传统算法在锯片声学特征优化中的局限性,提出了一种将二阶响应面模型与混合算法相结合的优化设计方法。在设计区域内应用D-optimal试验设计法抽取样本点,分别通过显式算法获取锯片声学、应力响应以及隐式算法获取锯片变形量,并用试验验证了数值模型的准确性,然后建立了由6个变量参数所决定的锯片的声学、应力以及刚度的二阶响应面模型;利用自适应模拟退火法和蛙跳混合算法对响应面模型进行循环逼近,获得了设计变量影响度以及最优结果。结果表明,在保证刚度和应力许可条件下,通过有限次数值分析,经全局优化后的最佳结构可降低空载噪声4~7dB。数字算例表明,该方法适用于旋转类刀具的声学性能优化设计。     

星点设计—效应面优化法在中药提取中的应用

在科学实验中,星点设计—效应面优化法是同时考察多个因素对结果的影响时常用的实验设计和优化方法,具有预测性好、实验简单、高效等特点,可以很好地应用在中药有效成分提取的研究领域。现介绍了星点设计—效应面优化法的基本原理和操作步骤,综述了该方法在中药有效成分提取过程优化中的应用。     

Optimisation of springback in bending processes using FEM simulation and response surface method

The aim of this work includes the springback optimisation of bending processes using the concept of experimental design and response surface methodology (RSM). The optimisation method includes two phases. The first involves the objective function prediction using design of experiments and response surface method, while the second is an optimisation process using a FORTRAN gradient algorithm. Springback of sheet parts during bending processes is simulated using finite element model (FEM) including damage evolution effects within the sheet. The numerical simulation of the damage evolution has been modelled by means of continuum damage approach. The Lemaitre damage model, taking into account the influence of triaxiality, has been implemented into ABAQUS/Standard code in order to predict the external fibres rupture evolution during the process and the material characteristics changes after bending. The simulation included die corner radius and punch-die clearance as the main variables.     

复杂工程系统优化设计面临的问题及解决方法

指出用常规优化方法对复杂工程系统进行优化设计时面临的效率、精度和复杂信息交换等三方面问题,并结合复杂工程系统的优化计算过程,详细分析产生这些问题的原因。采用响应面方法,构建一种逐步逼近的序列响应面迭代优化计算格式。该方法使优化进程中复杂的系统分析模型被响应面模型所取代;同时还构造了一个系统数据库,在每一迭代步都有新的数据加入到该数据库中,响应面模型根据扩展后的数据库不断更新从而逐步逼近真实模型。为在保证精度的前提下减少计算量,提供一种加入数据库中新数据的选取方法,利用此方法实现了一大型运输机机翼的气动-结构一体化优化设计,计算结果表明该方法的有效性。     

副车架侧边纵梁耐撞性优化设计

为了对全框式副车架侧边纵梁结构进行耐撞性优化设计,以副车架侧边纵梁结构参数为变量,建立了该结构耐撞性和轻量化优化问题的数学模型。运用方差分析法（ANOVA）选择对副车架侧边纵梁耐撞性和轻量化影响显著的结构因子作为主要设计变量,采用正交试验设计方法进行试验设计;运用LS-dyna软件进行碰撞模拟;根据有限元仿真结果建立了响应面近似模型,并对该近似模型解决该问题的可靠性进行了验证,结果表明,所建立的响应面近似模型适合解决组合优化问题。优化设计后的副车架侧边纵梁能在提高耐撞性能的同时,保持较好的轻量化水平。     

Efficient warpage optimization of thin shell plastic parts using response surface methodology and genetic algorithm

During the production of thin shell plastic parts by injection molding, warpage depending on the process conditions is often encountered. In this study, efficient minimization of warpage on thin shell plastic parts by integrating finite element (FE) analysis, statistical design of experiment method, response surface methodology (RSM), and genetic algorithm (GA) is investigated. A bus ceiling lamp base is considered as a thin shell plastic part example. To achieve the minimum warpage, optimum process condition parameters are determined. Mold temperature, melt temperature, packing pressure, packing time, and cooling time are considered as process condition parameters. FE analyses are conducted for a combination of process parameters organized using statistical three-level full factorial experimental design. The most important process parameters influencing warpage are determined using FE analysis results based on analysis of variance (ANOVA) method. A predictive response surface model for warpage data is created using RSM. The response surface (RS) model is interfaced with an effective GA to find the optimum process parameter values.     

基于Kriging插值和回归响应面法的冲压成形参数的优化及对比分析

首先采用拉丁方试验设计方法进行样本数据设计,同时,为了提高计算效率,将基于Kriging插值和响应面近似模型引入板料成形优化设计的复杂系统中,并基于初始化变量进行优化,采用Kriging插值和响应面近似方法对样本点和优化过程中形成的优化点重新进行响应面构造,以确定优化范围内新的初始值并将约束减小到一定范围;随后采用遗传优化算法对更新的设计变量初始值和约束范围进行优化。如此循环,直至得到最优解。计算结果表明,在汽车覆盖件行李箱盖的压边力、拉延筋阻力最优设置以及避免出现拉裂、起皱现象方面,Kriging插值近似建模技术优于多项式回归响应曲面近似建模技术,其预测精度高,自由度高,建模效率高。     

基于变复杂度近似模型的汽车安全性和轻量化优化

针对汽车安全性优化过程中考虑冲压效应的计算复杂性特点,采用最优拉丁方实验设计,利用较少样本点数据在传统模型和高精度模型间建立一个差值补偿响应面模型,再通过传统模型和差值补偿响应面模型构造新的实验样本点,在此基础上建立Kriging响应面模型,应用多目标粒子群优化算法对此响应面模型进行优化求解,进行了整车正面碰撞和轻量化多目标优化设计。结果表明,该方法能够在保证响应面精度的前提下,快速收敛于优化解。