第 六 章健壮设计
M6-2
第 6 章健壮设计
本章，将介绍优化工具的一次实际应用 - 将健壮设计的概念用于大量生产
将包括如下的内容：
A,定义健壮设计
B,用优化工具获得一个 健壮 设计
C,练习演示 和 /或 自己做练习
M6-3
健壮设计
A,定义什么是健壮设计？
一个对噪声参数的改变不敏感的设计，噪声参数如：
– 制造公差
– 材料属性
– 环境条件 - 温度，湿度等等。
例如，这样的设计就是健壮的！
– 即如,铺路材料的设计考虑到卡车过载，次等混凝土，和冬天解冻时的种种情况。
M6-4
健壮设计
定义
健壮设计的概念对大量生产特别有用，因为这时生产特性变化最小就和得到优化设计一样重要。
一项研究表明 *,在美国和日本制造的电视机有同样的设计和公差 。
– 美国工厂用微小缺陷判据。
– 日本工厂用健壮设计的概念。
– 日本生产的电视机色彩密度更接近设计要求，也更能得到美国消费者的偏爱。
* Quality Engineering Using Robust Design,Madhav S,Phadke,Prentice Hall,1989
M6-5
健壮设计
B.如何进行
ANSYS 优化工具 - 梯度，乘子，和扫描法 - 可以有效地应用健壮设计的概念 。
一种办法是：
1,区分噪声参数和控制参数。
2,创建一个噪声和控制参数的参数化模型。
3,确定哪一个噪声参数对设计影响最大。
4,确定改变哪一个控制参数可以减低噪声参数的影响。
M6-6
健壮设计
如何进行
1,确定噪声参数和控制参数
噪声参数 是 非常随机的，并且不在设计师的控制范围之内的一些因数,即：
– 材料属性
– 制造公差
– 环境，即 温度和湿度
– 随时间而下降的因素
控制参数 是设计师可以改变，以减低噪声参数影响的一些因数。
M6-7
健壮设计
如何进行
2,创建参数化模型
用两个噪声参数和两个控制参数建立参数化模型 。
指定噪声参数和控制参数为 DV。 记住,DV 只能取正值。
例如，如果一个尺寸 thk = 2.5 有制造公差 thktol =?0.001,可用
thk+thktol 作为厚度尺寸来建模,
thk = 2.499
tol = 0.002
M6-8
健壮设计
如何进行
3,确定影响最大的噪声参数
显然要采用梯度工具，这可表明每个 DV 的 1%改变，对一个给定设计（参考设计）的影响。
在这种情况下，参考设计就是当前的可以接受的设计。
斜率最陡的曲线表明，该噪声参数对设计影响最大。
M6-9
健壮设计
如何进行
这里,一种选择可一定程度地降低关键噪声参数的影响。例如，如果一项公差认为是重要的，则可收紧此项制造公差。
但是，根据定义,大多数噪声参数，不在设计师的控制之下。
另一种选择就是移到第四步,去考察这些噪声参数的影响是否可通过控制参数来降低。
M6-10
健壮设计
如何进行
4,确定哪个控制参数可以改变
为此显然应选择乘子工具可用于确定噪声参数和控制参数间两者和三者之间的交互影响。
例如，什么样的 THK值将对 THKTOL 影响最小？
另一种方法是用扫描工具，对一个给定的噪声参数，扫描全部若干个控制参数值 。
M6-11
健壮设计
如何进行
如你确定了一个控制变量，如 THK的不同的值，真的降低一个噪声参数的影响，你就需要确定，新的设计还要执行要求的标准。
这只是关于健壮设计概念和 ANSYS 优化工具如何用来解决问题的一个简单介绍。
要获得更多的信息，请参看练习附录，题为：通过健壮设计达到世界级质量。
M6-12
健壮设计练习
本练习将做一个励磁器的乘子法分析。
详见设计优化练习附录。
M6-2
第 6 章健壮设计
本章，将介绍优化工具的一次实际应用 - 将健壮设计的概念用于大量生产
将包括如下的内容：
A,定义健壮设计
B,用优化工具获得一个 健壮 设计
C,练习演示 和 /或 自己做练习
M6-3
健壮设计
A,定义什么是健壮设计？
一个对噪声参数的改变不敏感的设计，噪声参数如：
– 制造公差
– 材料属性
– 环境条件 - 温度，湿度等等。
例如，这样的设计就是健壮的！
– 即如,铺路材料的设计考虑到卡车过载，次等混凝土，和冬天解冻时的种种情况。
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健壮设计
定义
健壮设计的概念对大量生产特别有用，因为这时生产特性变化最小就和得到优化设计一样重要。
一项研究表明 *,在美国和日本制造的电视机有同样的设计和公差 。
– 美国工厂用微小缺陷判据。
– 日本工厂用健壮设计的概念。
– 日本生产的电视机色彩密度更接近设计要求，也更能得到美国消费者的偏爱。
* Quality Engineering Using Robust Design,Madhav S,Phadke,Prentice Hall,1989
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健壮设计
B.如何进行
ANSYS 优化工具 - 梯度，乘子，和扫描法 - 可以有效地应用健壮设计的概念 。
一种办法是：
1,区分噪声参数和控制参数。
2,创建一个噪声和控制参数的参数化模型。
3,确定哪一个噪声参数对设计影响最大。
4,确定改变哪一个控制参数可以减低噪声参数的影响。
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健壮设计
如何进行
1,确定噪声参数和控制参数
噪声参数 是 非常随机的，并且不在设计师的控制范围之内的一些因数,即：
– 材料属性
– 制造公差
– 环境，即 温度和湿度
– 随时间而下降的因素
控制参数 是设计师可以改变，以减低噪声参数影响的一些因数。
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健壮设计
如何进行
2,创建参数化模型
用两个噪声参数和两个控制参数建立参数化模型 。
指定噪声参数和控制参数为 DV。 记住,DV 只能取正值。
例如，如果一个尺寸 thk = 2.5 有制造公差 thktol =?0.001,可用
thk+thktol 作为厚度尺寸来建模,
thk = 2.499
tol = 0.002
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健壮设计
如何进行
3,确定影响最大的噪声参数
显然要采用梯度工具，这可表明每个 DV 的 1%改变，对一个给定设计（参考设计）的影响。
在这种情况下，参考设计就是当前的可以接受的设计。
斜率最陡的曲线表明，该噪声参数对设计影响最大。
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健壮设计
如何进行
这里,一种选择可一定程度地降低关键噪声参数的影响。例如，如果一项公差认为是重要的，则可收紧此项制造公差。
但是，根据定义,大多数噪声参数，不在设计师的控制之下。
另一种选择就是移到第四步,去考察这些噪声参数的影响是否可通过控制参数来降低。
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健壮设计
如何进行
4,确定哪个控制参数可以改变
为此显然应选择乘子工具可用于确定噪声参数和控制参数间两者和三者之间的交互影响。
例如，什么样的 THK值将对 THKTOL 影响最小？
另一种方法是用扫描工具，对一个给定的噪声参数，扫描全部若干个控制参数值 。
M6-11
健壮设计
如何进行
如你确定了一个控制变量，如 THK的不同的值，真的降低一个噪声参数的影响，你就需要确定，新的设计还要执行要求的标准。
这只是关于健壮设计概念和 ANSYS 优化工具如何用来解决问题的一个简单介绍。
要获得更多的信息，请参看练习附录，题为：通过健壮设计达到世界级质量。
M6-12
健壮设计练习
本练习将做一个励磁器的乘子法分析。
详见设计优化练习附录。
