基于DFSS与Bestfit工具的举升门周边配合优化设计
基于Best-Fit技术的白车身自动尺寸调整功能研究与应用
基于Best-Fit技术的白车身自动尺寸调整功能研究与应用作者：张宝东赵洪生季良来源：《时代汽车》2023年第22期摘要：随着Best fit技术在北京奔驰的使用，传统的人工装配白车身四门两盖工作已经逐步被更加机械化、自动化、智能化的机器人装配所取代，本文通过Best fit技术在北京奔驰汽车装配制造过程的应用实践，结合Best fit技术的基本原理，在此基础上，介绍了车门尺寸在装配过程中的自动调整功能，该功能使车门装配尺寸结果更接近设置的理论目标值，同时使Best fit装配的稳定性进一步提升，提高生产效率。
关键词：Best-fit 白车身自动调整尺寸1 引言随着工业4.0与智能制造2025概念的全面开展，消费者感受到的汽车功能越来越富有科技感，其实在消费者感受不到的生产制造过程中，汽车制造业也逐渐摆脱了传统的人工生产制造模式，更加机械化自动化的先进生产线被越来越多的应用到车身制造中，北京奔驰汽车制造生产线也越来越数字化、智能化，目前北京奔驰汽车的白车身四门两盖装配已经从人工装配逐步转换成使用Best fit技术自动装配，新技术的应用不仅是使白车身的科技含量更高，同时也使整车的尺寸更加稳定，质量更好。
2 Best fit自动装配技术原理Best fit技术是戴姆勒公司独立开发使用的一项汽车智能装配技术，直译过来为“最佳匹配”，主要应用于白车身四门两盖到车身骨架的装配，该技术通过机器人抓手携带多个传感器（包括线传感器和点传感器）对待装配的覆盖件与白车身骨架的相对尺寸位置关系进行实时扫描测量，通过实时反馈与精密计算，继而拟合出车身覆盖件与白车身骨架间的最佳匹配位置，达到最终装配结果趋近于设置的理论值的状态，实现覆盖件的全自动装配。
[1]Best fit技术的实现主要通过training功能。
在系统中设定training position，首先选择一个接近最终装配位置安全位置，设置车门与白车身的各处相对距离为理论标称值，当机器人抓手携带车门到达training位置后，各激光传感器不断测量车门到白车身的距离实际值，反馈给系统，同时不断调整机器人抓手姿态，修正车门姿态位置，使最终实际测量值达到或接近设定的理论标称值。
基于DFSS方法的尺寸公差优化设计研究
先生提 出的 Ｉ Ｄ Ｄ Ｏ Ｖ流 程 ［ ６ １ ， 即识别 （ Ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ｉ ｆ ｙ ） 、 定 义 要求 （ Ｄ ｅ ｉ ｆ ｎ ｅ Ｒ ｅ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ） 、开发概念 （ Ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ
到简 化 ，建 模过 程也 接近 实际 ．但是 一旦 假设 不成 立 ．该方 法无 法解决 问题 。统计 试 验法是 通 过随机 变量 的统计 试 验 、 随机 模 拟 ， 求解 数 学 物 理 、 工程 技
２ ＤＦ Ｓ Ｓ方 法 工作 流 程
迄今 为 止 ． 研 究 者 提 出了多 种 Ｄ Ｆ Ｓ Ｓ流 程 。 本 研
究 应 用 的是 由美 国 质量 管 理 专 家 Ｓ ｕ ｂ ｉ ｒ Ｃ ｈ ｏ ｗ ｄ ｈ ｕ ｒ ｙ
极值法 、概率法和统计试验法 ３ 种 。极值法是按照
完 全互 换 法设 计 尺寸 及公 差 ． 计算量小 、 理论 简 单 ，
ｃ ｌ ｉ ｅ ｎ ｔ ｓ ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｄ ｅ ｓ ｒ ｅ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｃ ｅ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｓ ｕ ｂ ｓ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｔ ｄ ｉ ｍ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｊ ｅ ｃ ｔ ｓ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：Ｄｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｔ ｏ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｃ ｅ ， Ｏｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ， ＤＦＳ Ｓ ， Ｐａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｄ ｅ ｉｇ ｎ
基于GA-FEA的门座起重机变幅机构优化设计
基于GA-FEA的门座起重机变幅机构优化设计赵琼;童水光;钟崴;葛俊旭【摘要】为降低门座起重机的制造成本和运行成本,对四连杆变幅机构进行优化设计,建立以关键参数作为设计变量的优化设计模型.提出采用遗传算法和有限元分析联合求解的门座起重机四连杆变幅机构的优化设计方法,能够在保证门座起重机主要技术参数的同时,实现降低自身重量、减小不平衡力矩以及吊重水平变幅过程中垂直落差的优化目标.开发的门座起重机四连杆变幅机构专用的参数化有限元模型自动生成器,通过有限元解算提取的性能约束状况,并结合边界约束条件对各优化目标进行加权评价.应用结果表明:该方法适用于门座起重机四连杆变幅机构的优化设计,能够有效地改善设计质量.【期刊名称】《浙江大学学报（工学版）》【年(卷),期】2015(049)005【总页数】7页(P880-886)【关键词】遗传算法;有限元;门座起重机;优化设计【作者】赵琼;童水光;钟崴;葛俊旭【作者单位】浙江大学化工机械研究所,浙江杭州310027;浙江大学热工与动力系统研究所,浙江杭州310027;浙江大学热工与动力系统研究所,浙江杭州310027;浙江大学机械工程学系,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TH213.4门座起重机是港口装卸机械的重要组成部分.变幅机构作为门座起重机的核心构件,设计的好坏直接影响门座起重机的整体性能.在保证具有足够的强度、刚度和稳定性的前提下,降低变幅机构的自重可以节省材料并减轻整机工作负荷；同时,尽量减小象鼻梁前端点在变幅过程中的垂直落差以及货物吊重引起的不平衡力矩,可以降低门座起重机工作时的能耗损失.目前,门座起重机几何变幅机构普遍采用由象鼻梁、臂架、大拉杆、人字架通过铰轴组成的四连杆结构［1］.该结构尺寸较大,在连续、高速的变幅运动过程中,力学状况复杂.近年来,伴随计算机技术的快速发展,门座起重机制造企业已普遍采用有限元方法对结构进行分析设计.计三有等［2］应用有限元分析方法,建立了门座起重机臂架结构的有限元模型,为设计提供了理论依据；郭金泉等［3］通过门座起重机现场应变测试实验验证了有限元分析结果的可靠性.采用这些方法进行门座起重机变幅机构的有限元分析时,需要根据参数进行繁杂的几何建模和有限元建模,并根据有限元分析的结果反复评估和调整设计参数,然后再利用新的设计参数进行新一轮的有限元分析.如此反复,直至得到优化的设计方案.整个过程需要消耗大量的人力时间,并对设计人员的力学知识、计算机水平、设计经验等方面都有较高的要求.当前,遗传算法作为一种重要的工程优化算法,已成功应用于诸多产品的优化设计.何希杰等［4］将遗传算法应用于离心泵优化设计中,提高了泵效率并消除了扬程曲线的驼峰现象；吴燕玲等［5］应用遗传算法对锅炉尾部受热面子系统进行了优化设计,有效减少该部位传热面积并且降低了对设计经验的依赖性；郭辰光等［6］进行了基于遗传算法的数控机床主轴优化设计,得到了比常规设计更可靠的主轴结构参数.但若要把遗传算法应用于门座起重机的变幅机构优化设计问题,由于设计过程需要通过商用有限元分析软件进行强度、刚度等的校核,存在遗传优化算法与商用有限元分析软件之间衔接和驱动的技术困难.本文针对门座起重机四连杆变幅机构的工程设计问题,提出一种基于遗传算法与有限元分析联合求解的变幅机构优化设计方法,通过研发一个专用的门座起重机四连杆变幅机构的参数化有限元模型自动生成器,可实现由计算机自主完成门座起重机变幅机构的优化设计,从而提高优化设计过程的自动化程度并提升设计质量.1.1 设计变量通过对门座起重机四连杆变幅机构进行抽象后的简化模型如图1所示.其主要技术参数为：最大幅度R max、最小幅度R min、起重量Q、起升高度H以及臂架下铰点至回转中心的距离S.在门座起重机变幅机构的优化设计过程中,要求由货物吊重引起的臂架不平衡力矩尽量的小；四连杆结构自身的重量尽量的轻；变幅过程中货物的最大高度落差尽量的小,尽可能沿着接近水平线的轨迹运动.四连杆变幅机构的主要设计变量可以归纳为式中：L a为臂架长度（mm）,L p为大拉杆长度（mm）,L nf为象鼻梁前段长度（mm）,L ne为象鼻梁后端长度（mm）,L ns为象鼻梁中支杆长度（mm）,X 0、Y 0分别为大拉杆下端点距臂架下端点的水平距离和垂直距离（mm）,A n为象鼻梁前后拉杆横截面积（mm2）,A ns为象鼻梁中支杆横截面积（mm2）,A np为象鼻梁上端拉杆横截面积（mm2）,A p为大拉杆横截面积（mm2）,A a为臂架横截面积（mm2）.1.2 目标函数门座起重机四连杆变幅机构的设计目标是在符合设计要求的前提下,使变幅过程中象鼻梁前端点的最大落差、货物吊重引起的臂架不平衡力矩以及变幅机构自身的重量尽量小.其中,优化自重需要通过有限元分析对结构进行强度和刚度性能校核.同时自重可以从有限元解算结果中提取.根据图1所示的四连杆结构尺寸,建立如下方程组：式中：由此可以求出任意幅角α下的y值.则变幅过程中货物的最大高度落差为根据式（2）建立的几何关系,吊重Q引起臂架不平衡力矩可以表示为式中：吊重Q引起的大拉杆拉力为变幅机构的自重为式中：n e为全部有限单元个数,为第j个有限单元的重量,可以从有限元解算结果中提取.根据以上计算可以得出以下3个目标函数：这3个设计目标不存在局部最优解,因为理论上只要臂架足够长,始终存在一段距离在满足设计要求前提下使y方向落差Δh趋向更小,但这样自重m将趋向于无限大,同时也使得货物吊重引起的不平衡力矩M趋向于无限大.根据3个目标函数在整个优化设计中所占的重要程度进行加权,得到如下目标函数：式中：ωi为第i个目标函数的加权因子,取值范围为0＜ω＜1.0.1.3 约束条件约束条件用以控制设计方案的取舍.在四连杆变幅机构的优化设计过程中,约束条件除结构布置、使用要求以外,还要按设计经验划定某些变量的取值范围,这样既可以避免计算过程中超界溢出,又能加快优化搜索速度.约束条件可以分为边界约束条件和性能约束条件.象鼻梁前段长度L nf,后段长度L ne,臂架长度L a,臂架与水平线夹角α,象鼻梁前段与水平线夹角θ,以及大拉杆下端点距臂架下端点的水平距离和垂直距离X 0、Y 0,都有一定取值约束,属于边界约束条件.按照设计经验,可以用如下公式表示：性能约束条件对于门座起重机变幅机构来说主要是强度约束和刚度约束,即各工况下变幅机构各构件最大应力σimax和最大挠度y imax分别小于材料的许用应力值［σ］和规定挠度［y］：结构的性能响应表现为设计变量的函数.对于强度和刚度性能约束条件,是对面积类设计变量的约束,需要基于设计变量建立有限元模型,经过前处理、解算、后处理,来获取节点的应力与位移性能响应,根据各节点的许用值,来限制各横截面积的取值范围,供遗传优化进一步求解.遗传算法具体包括编码、选择、交叉、变异、适应度评价等环节.基于遗传算法的优化设计其实是一个定向搜索的过程.2.1 个体编码在遗传优化设计过程中,每个基因对应一个设计变量,受边界条件和性能条件约束.一组完整的基因构成设计方案个体染色体.根据门座起重机四连杆变幅机构优化设计变量的特点,对于各设计变量x∈［x min,x max］分别用i位二进制数b来编码表示,两者之间的关系如下：变量的取值范围覆盖全部的寻优空间,二进制数的字长i在满足精度要求的情况下应选择较小的值,以尽量降低遗传算法的复杂性.2.2 种群初始化种群初始化采用了案例搜索、设计人员自行设置与随机方案生成这3种方法.其中,案例搜索法是将具有相似设计条件的四连杆变幅机构的设计方案从门座起重机的设计案例库中选出,作为初始设计方案种群个体,不足的部分则由另外2个设计方案生成法进行补充.初始总群中的设计方案个体仍需执行边界约束条件检查,并通过有限元分析等进行性能校核,仅保留满足约束的个体进行遗传寻优.案例搜索和设计人员自行设置这2个方法产生个体适应度值较高的初始设计方案,能保证整个遗传优化过程向着最优方向快速收敛；通过随机方案则生成个体染色体分布均匀、多样性较好的初始设计方案.2.3 适应度函数在门座起重机变幅机构优化设计过程中,通过适应度函数来对设计方案个体进行评价,决定取舍.参考门座起重机变幅机构的设计目标,本文选择变幅机构自重最轻、不平衡力矩最小,以及在变幅运动过程中象鼻梁前端点的最大落差最小作为优化目标.用g n（i）（x）表示第i个个体的第n个目标函数f n（i）（x）在整个种群中的权重,公式如下：各个子目标的线性加权可以用如下公式表示：用C max表示一个足够大的正数,则适应度函数可以表示为2.4 交叉与变异新的设计方案个体通过交叉和变异这2个遗传操作产生.交叉是按照某种方式将2个设计方案染色体相互交换部分基因,决定了优化设计的全局搜索能力［7］.交叉操作过程为：首先选取的2个设计方案,遍历其设计参数,同时产生一个随机数,位于0～1.0之间.如果该随机数小于交叉概率,那么对这2个设计方案的该参数进行交换. 变异则是用等位基因替代原染色体基因从而形成新的设计方案染色体,它决定了优化设计的局部搜索能力.变异操作的过程为：在遍历基因的同时生成一个对应的随机数,若该数值小于变异概率,则进行基因变异.变异基因x i为式中：x i0为初始基因,x imax和x imin分别为该基因所对应设计参数的最大值与最小值.2.5 选择在整个遗传优化设计过程中,选择就是对群体中差的设计方案进行淘汰,保留好的设计方案.本文采用2个判定条件来进行选择：群体中所有设计方案个体的适应度方差小于某个极小值；连续几代设计方案个体的平均适应度差值小于极小偏差值ε.根据群体中设计方案个体的适应度值,该方案被选择的概率为在设计方案群体中,个体的适应度值越高,它被选择的几率就越高.为了提高遗传优化的效率,减少迭代次数,先用小群体规模的迭代获得若干较优解,在正式运行该程序时,将这些较优解作为个体替换多次迭代后群体中最差的几个个体,以使运算尽快收敛于全局最优解.由于在门座起重机四连杆变幅机构的优化设计过程中涉及到强度、刚度的结构性能校核,以及四连杆变幅机构自重这个目标函数的计算,需要进行有限元分析.有限元分析保证了遗传迭代过程中个体的性能约束条件得到满足,同时对个体性能适应度作出了评价.门座起重机四连杆变幅机构的优化设计是个多目标的优化过程.遗传优化过程建立在目标函数的公式推导及直接划定范围的边界约束条件基础上.而结构的应力、位移等属于与性能约束条件相关的状态变量,这类变量是设计变量的参变量,用来描述设计方案的性能指标.对于变幅机构自重这个目标函数,应力、位移对应的强度、刚度性能约束条件无法通过公式推导直接求出,需要结合有限元分析求得.同时,有限元分析也能够通过输出单元的质量,形成设计方案个体对自重这个目标函数的适应度.将这个适应度传递给遗传过程,结合其他2个目标函数形成的综合适应度对设计方案个体进行综合评价.整个过程如图2所示.在进行了t次迭代后,得到了规模为N的第t代总群.在第t＋1次的联合求解过程中,通过对t代总群进行交叉、变异产生新的设计方案个体.对满足几何约束条件的个体进行有限元分析,选出其中满足性能约束条件的个体形成规模为N的t＋1代总群.通过精英替换方法将t代中适应性好的个体替换t＋1代中适应性差的个体.当整个优化过程满足停止条件时,即收敛至最优解.针对基于遗传算法与有限元分析的门座起重机变幅机构优化设计问题,本文在Windows平台上利用面向对象的C＋＋编程技术、OpenGL可视化建模技术,开发了针对门座起重机四连杆变幅机构的参数化有限元模型自动生成器—MJCAE,可实现驱动商用NX Nastran求解器的有限元分析优化过程.MJCAE系统主要包括参数化有限元建模、三维有限元模型显示、Nastran求解器接口处理、后处理几部分功能.4.1 参数化有限元建模参数化有限元建模即根据设计参数直接生成有限元分析模型,主要处理模型简化、单元类型选择、网格划分、约束和载荷处理、模型修改等问题.四连杆变幅机构主要由T型钢、角钢、箱型钢、I型钢等型钢构成的.工程上一般用一维的梁单元简化四连杆结构建立有限元模型.在Nastran中,利用CBEAM梁单元进行简化建模.网格的划分根据预先设定的单元长度Δx自动生成单元.同时节点的设置遵循一定的原则,例如在隔板对应处、相交及铰接处设置节点.门座起重机变幅机构在正常工作状态下,受力状况一般是多种载荷共同作用的结果,主要有以下3类基本载荷组合：带风工作载荷组合、无风工作的载荷组合、受到特殊载荷的工作载荷组合［8］.这些载荷组合通过计算某个幅度下单个载荷的大小,在相应的节点上以集中力或者力矩的形式进行分布叠加而得到.4.2 三维有限元模型显示三维有限元模型显示包括门座起重机四连杆变幅机构的几何模型、有限元网格、节点、边界条件等的显示.虽然在自动优化过程中不需要显示功能,但是显示功能可以为设计人员核查设计方案使用.在三维几何造型系统中,一般通过扫描表示法、实体几何构造表示法（CSG）、边界表示法（B-rep）等方法来构造三维几何实体模型［9］.本文采用B-rep法对四连杆变幅机构进行造型.该方法通过描述一个物体的边界来表示这个物体.设计参数包含了四连杆结构的尺寸、截面积等必要的造型信息.截面形状与尺寸根据预先设定的型钢规格通过截面积换算可得,进一步计算得到用于确定三维模型的关键截面的顶点.按照一定的序列将这些关键截面的顶点连接起来形成面的集合（面集）,从而组成四连杆结构的三维实体模型.网格、节点、载荷、约束等信息根据之前参数化生成的有限元模型通过坐标变换在相应的位置显示.如图3所示为MJCAE系统的有限元建模界面.为方便用户对三维有限元模型进行全方位的观察,需要跟踪用户的鼠标事件,对三维模型进行实时平移、缩放、旋转操作.对于平移与缩放,Open GL封装了类似的方法可以直接使用［10］.对于旋转操作实现起来较为复杂,本文用一个假想的虚拟球包容所需要观察的三维模型.通过虚拟球的旋转达到旋转三维模型的目的.其本质就是将二维屏幕上的鼠标轨迹映射到三维的虚拟球上.4.3 Nastran求解器接口处理Nastran求解器接口处理部分主要将参数化有限元建模部分建立的有限元模型通过文件形式传递给Nastran进行解算,之后再将解算的结果传回系统进行后处理.Nastran有特定的输入文件格式要求,需包含模型数据段落、执行控制段落、情况控制段落等.除模型数据段允许采用自由域、小域以及大域格式的任意一种格式外,其它都采用自由域格式［11］.Nastran解算后生成结果文件,可以从中提取用于性能与适应度计算的数据.4.4 后处理Nastran作为一个解算器本身不提供有限元后处理,但是它提供了相当丰富的数据结果输出功能.后处理的过程就是利用Nastran解算输出的节点位移、单元内力、单元应力、单元支反力等数据结果来校核四连杆机构的强度和刚度性能,并且根据校核情况生成对该设计方案个体的适应度评价.如图4所示为MJCAE系统的功能结构图.采用基于遗传算法和有限元分析联合求解的优化设计方法,本文研究开发了针对门座起重机四连杆变幅机构的优化设计软件.采用该软件,本文对某16t-30m门座起重机的四连杆变幅机构进行了优化设计.该机的额定设计起重量为16 t,变幅幅度为9～30 m.将规模N＝30的设计方案群体进行40代的遗传迭代.其中交叉概率、变异概率和选择概率分别为：P c＝0.4,P m＝0.02,P s＝0.05.优化前后的参数对照如表1所示.经过优化设计后,16t-30m门座起重机四连杆变幅机构的重量、货物吊重引起的不平衡力矩以及变幅过程中象鼻梁前端点的垂直落差都有了显著的改善,与原始设计方案的对比如表2所示.由表2可见,优化后整个变幅过程中象鼻梁前端点的运动轨迹的平稳性显著提升,其最大垂直落差相对原始方案减小了约45.8%.四连杆变幅机构的质量和货物吊重引起的不平衡力矩与原始方案相比也降低了不少.优化结果使得门座起重机的制造成本和变幅过程的能耗大幅降低,经济效益显著提升.如图5和6所示分别为原始方案和优化方案在不同载荷组合下的单元节点的应力值.优化后随着整体截面尺寸的减小,整体应力值略有升高,但是都在许用应力范围内（若有超过将弹出警告）.除了进行强度校核之外,各个方案也采用相似的方式进行刚度校核.强度和刚度作为性能边界条件,制约着新方案截面的取值范围,保证四连杆变幅机构质量与性能之间的平衡.本次优化设计的初始群体中4个个体为从案例库中搜索得到,10个为设计人员自行设置,16个随机生成.如图7所示为设计方案群体的平均目标函数值.整个优化过程耗时将近17 h,在经历16代后达到收敛.虽然时间比较长,但是这种完全自动化的优化系统不需要人为进行干预,只耗费廉价的机器时间,仍然具有重要的意义.此外,也可以采用并行计算等方法进一步提高效率.本文建立了门座起重机四连杆变幅机构的优化设计模型,提出了采用遗传算法结合有限元分析联合求解的门座起重机四连杆变幅机构的优化设计方法,研发了一种专用的参数化有限元模型自动生成器,并开发了相应的优化设计系统.实际应用表明,采用本文提出的模型和方法能够有效优化门座起重机四连杆变幅机构的结构参数.利用该方法能够针对给定的设计要求自动搜索得到的优化设计方案,是设计人员重要的设计参考.目前,虽然该方法由于需要反复调用有限元分析计算,计算效率具有一定限制,但随着计算机性能的不断提升,以及诸如云计算等分布式协同计算技术的普及,该方法将可能发挥更为有效的作用.【相关文献】［1］陆国贤,倪庆兴,张荣康,等.门座起重机设计［M］.北京：人民交通出版社,1985：36-127. ［2］计三有,苏运波,刘清.门座起重机臂架结构有限元分析［J］.起重运输机械,2007,8：59-61. 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基于分段Hausdorff距离的车身前脸优化匹配方法.
基于分段Hausdorff距离的车身前脸优化匹配方法车身覆盖件的匹配不仅直接影响整车的美观性,而且其匹配情况的好坏更容易造成如增大风阻、漏风漏雨、封闭不紧等问题,对整车性能有很大影响。
由于以前车身非封闭件中部分部件(如前大灯)为不可调整式,前脸整体调整具有一定的顺序,调整较为方便,而封闭件(如车门和车框)的匹配位置较难确定,国内外大多研究主要针对封闭件,对非封闭件的涉及较少。
当前随着车身匹配质量要求的不断提高,非封闭件大多设计为可调整件,没有形成固定的调整顺序,主要依据人工经验值调整,费时费力且精度较难控制,而以往研究封闭件的方法又不能适用非封闭件,以至于非封闭件的匹配问题成为当前制约车身匹配质量提高的难题,亟待解决。
本文针对车身前脸区域三个非封闭件的匹配,提出基于分段Hausdorff距离和曲率Hausdorff距离两种优化匹配方法,采用遗传算法进行匹配寻优,获得了最佳匹配位置和调整量。
两种方法不仅可为非封闭件匹配问题的进一步研究提供参考依据,也可在一定程度上为匹配件的公差设计提供指导。
文章首先介绍了匹配部件轮廓特征点的获取方法。
通过对比常用测量的方法,针对本文研究实际情况,选择Comet 400扫描仪提取测点信息。
结合Imageware和Ug软件,进行点云的去噪、滤波、删减处理,提出了一套能够大量、快速获取测点信息的方法。
其次,文章提出基于分段Hausdorff距离的匹配模型进行车身前脸的优化匹配,分别求得三部件两两匹配区段的Hausdorff距离,采用加权和的方法建立匹配优化目标函数;为了控制优化间隙值,便于给定搜索范围,提出基于曲率Hausdorff距离的匹配优化模型,将单个匹配件在其各轮廓点外延伸方向放缩一定距离(即间隙值),以放缩后轮廓点曲率值与其对应两个匹配件拟合轮廓点曲率值的Hausdorff距离加权和作为优化目标函数。
通过进行对应的目标函数与匹配情况的相关性分析,证明了两种方法在匹配问题中的可行性。
DFSS在商用车底盘部件设计中的应用研究
前 言
汽车工业 的竞争 已进入全面竞争阶段 ，提供市场需求的
产 品 及 服 务 已成 为 占领 市 场 的先 决 条 件 ，而 好 的 设 计 是 汽 车 产 品 市 场 竞 争 力 的基 础 。 实践 表 明 ，在 产 品生 命 周 期 内至 少
８ ０ ％的 产 品 质量 是在 早期 设 计 阶 段 决 定 ｌ １ Ｊ 。
汽 ｉ 实 川 技 术 设训 研 究
ＡＵＴ０Ｍ０ｆ ｛【 ＬＥ ＡＰＰＬＩＥＤ ｆ 、 ＥＣｔ １ ＮＯＬＯＧ
２ ０ １ ５ 年 第１ 期
２０ ｌ ５ Ｎ０．１
Ｄ Ｆ Ｓ Ｓ在 商用车底 盘部件设计 中的应用研 究
张伟 ，崔继强 ，上官望义 ，杨银辉
（ 陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 ７ １ ０ ２ ０ ０ ）
（ Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｈｅ ａ ｖ ｙ Ｄ ｕ ｔ ｙ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｃ Ｏ． Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｓ ｈ ａ ａ ｎ ｘ ｉ Ｘｉ ’ ａ ｎ ７ １ ０ ２ ０ ０ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， Ｓ ｔ ａ ｒ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｒ ｏ ｍ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ＤＦ Ｓ Ｓ ； Ｔｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ＤＦＳ Ｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｉ ｓ ｃ ｕ ｓ ｓ ｅ ｄ ｉ ｎ
ｈｅ ｔ ｐ ａ ｇｓ ｏ ｆ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｃ ｈ ａ ｓ ｓ ｉ ｓ 。 Ａ ｄ ｅ ｔ ａ ｉ ｌ ｅ ｄ ｄ ｅ ｓ ｃ ｒ ｉ ｐ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ａ ｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｂ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｕ ｓ ｔ ｒ ｏ ｄ ； Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｈａ ｔ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｃ ａ ｎ ｎ ｏ ｔ ｏ ｎ ｌ ｙ ｒ ａ ｄ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｙ ｉ ｍｐ ｒ ｏ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｔ ｙ ， ｂ ｕ ｔ ａ ｌ ｓ ｏ ｍｅ ｅ ｔ ｔ ｈ ｅ ｄ ｅ ｍａ ｎ ｄ ｏ ｆ ｃ ｕ ｓ ｔ ｏ ｍｅ ｒ ｓ ． ＤＦ Ｓ Ｓ ｉ ｓ ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｃ ａ ｎ ｅ ｆｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ｇ ｕ ｉ ｄ ｅ ｈｅ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ． ｇ Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ＤＦＳ Ｓ ；Ｐ ａ ｒ ｔ ｓ ｏ ｆ ｃ ｏ ｍ ｍｅ ｒ ｃ ｉ ａ ｌ ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｃ ｈ ａ ｓ ｓ ｉ ｓ ； Ｔｈ ｒ ｕ ｓ ｔ ｒ ｏ ｄ
基于车门密封条系统的车门关门能量的优化
CHENGSHIZHOUKAN 2019/3城市周刊90基于车门密封条系统的车门关门能量的优化赵文杰 中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司摘要：本文首先分析了车门密封条系统，其次分析了基于车门密封条系统的车门关门能量优化方案，最后分析了基于车门密封条系统的车门关门能量优化方案验证，旨在为基于车门密封条系统的车门关门能量的优化提供参考意见，在分析车门关门能量因素的基础上，通过DFSS 设计方式来优化车门密封条系统，进而实现对车门关门能量的优化。
关键词：车门密封条系统；车门关门能量；优化密封条系统是主要的汽车车门关门能量因素，想要实现对汽车车门关门能量的优化，需要优化密封条系统设计，同时在优化设计过程中，寻找到对密封条压缩力敏感但是对制造偏差不敏感的变量，以此作为优化设计变量，进而有效的开展密封条系统优化设计工作，进而优化车门关门能量。
一、车门密封条系统概述车门密封条系统直接关系到了汽车的防水性能、防尘性能、气密性、NVH 性能，同时也会对车门的关闭力度造成影响，为了确保车门密封条系统的应用性能，设计人员需要设计一个性能良好的密封条泡形，使其满足设定好的压缩负荷大小，这始终是影响现阶段汽车设计的一个关键指标。
车门密封条的密封原理如下：组成密封条的橡胶由口模挤出成型，进而形成泡管空腔结构，当关闭车门时，泡管空腔结构会顺着关门的方向发生压缩和变形，进而在车门周围形成密封接触面，接触面能够隔绝外界的水、空气、灰尘，以此来避免这些物质进入到汽车中，这表示想要实现汽车的良好密封，泡管空腔结构需要具备足够的密封压强[1]。
二、基于车门密封条系统的车门关门能量优化方案１．选定关门力工程评价指标。
关门力工程评价较多，主要有关门力、关门能量、关门速度等，并且不同车门开门位置选择的指标也有所不同，不同的选择指标会导致不同的设计注重点及不同的设计质量。
考虑到车门关门能量测量难度较低，因此在密封条系统优化设计过程中，可以通过数学模型来分析统计密封条系统对汽车车门关门能量的影响，为此，本文选择关门能量作为关门力工程评价指标。
基于DFSS方法的制动灯开关(BLS)性能优化设计
基于DFSS方法的制动灯开关（BLS）性能优化设计作者：张栋林方恩程振东来源：《农业与技术》2016年第11期本文简要介绍了六西格玛设计（DFSS）的过程和特点，以某车型集成于主缸的制动灯开关（BLS）性能优化设计为例，详细阐述了DFSS在整车产品研发及性能优化方面的应用。
六西格玛设计；制动灯开关；性能优化；TP274.3 A 10.11974/nyyjs.20160631074引言六西格玛设计（Design For Six Sigma）是一种信息驱动的六西格玛系统方法，其兴起于20世纪90年代，是一种以六西格玛水平为目标的产品设计方法[1，2]。
其通常应用于产品研发的初期，通过收集客户声音明确设计目标，采用创新方法获得设计概念，利用试验设计确定关键参数，运用统计学原理得到最优结果。
DFSS方法在精准定位客户需求的前提下，能够有效缩短产品研发周期、降低产品开发成本，提升产品开发质量。
近年来，DFSS的应用领域不断扩展，特别在汽车行业的发展，已经不单单应用于全新产品的设计，其在现有产品的改型及改进方面也具有广泛的应用。
总而言之，六西格玛设计在运用多种创新方法和质量工具的基础上，聚焦于客户需求，重点解决工程中的各种矛盾冲突，在提出高质量且稳健的设计方案的基础上实现产品设计的创新，有效的降低开发成本和周期，具有较高的实用价值。
1 DFSS设计过程目前，研究者提出了多种DFSS流程，上汽目前应用的是IDOV流程，即识别、设计、优化和验证。
1.1 识别（Identify）识别阶段的重点是确认客户需求和设计目标。
在该阶段首先需要明确内部客户和外部客户，并对客户声音（VOC）进行收集和分类，利用AHP（分层过程分析法）对客户需求的重要度进行排序，同时建立QFDI（质量功能展开工具）将客户的需求转换为工程设计语言，并确定客户的期望从而明确改进方向。
在此基础上需要对产品的现有能力及项目过程中可能存在的风险进行分析和评估。
一种交叉铰链四杆平衡机构的优化设计方法[发明专利]
![一种交叉铰链四杆平衡机构的优化设计方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/020e31e5185f312b3169a45177232f60ddcce717.png)
(10)申请公布号 CN 102674203 A (43)申请公布日 2012.09.19C N 102674203 A*CN102674203A*(21)申请号 201210157526.1(22)申请日 2012.05.13B66F 7/28(2006.01)(71)申请人盐城工学院地址224051 江苏省盐城市盐城工学院希望大道校区(72)发明人王斌 季从东 周临震 秦珂胡宏达(54)发明名称一种交叉铰链四杆平衡机构的优化设计方法(57)摘要本发明公开了一种交叉铰链四杆平衡机构的优化设计方法，其特征在于：所述优化设计方法通过以下方式实现：第一步，确定平衡机构在平衡位置时，点A 0、B 0之间的距离第二步，确定平衡机构在任意位置时，点A 、B之间的距离第三步，确定任意时刻时点A 、B之间的距离相对于的变化量δ；第四步，以短边的长度、长边与短边的夹角为设计变量，选择约束条件，根据不同尺寸的设备的不同精度要求，选择以变化量δ的算数平均值或方差为目标函数进行迭代优化，并确定最佳设计。
本发明还提供了一种采用上述优化设计方法的软件系统。
与现有技术相比，本发明的优点在于：对交叉铰链四杆平衡机构进行优化设计，得出最优结果，提高了设计精度和设计效率，降低了加工成本。
(51)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图1页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 1 页1/1页1.一种交叉铰链四杆平衡机构的优化设计方法，所述交叉铰链四杆平衡机构包括原动杆L 1，连杆L 2，从动杆L 3，当杆L 1绕O 点转动时，推动连杆L 2运动，连杆L 2又推动杆L 3绕点O 1与L 1同向转动，从而推动升降平台的上下运动，其中杆L 1和杆L 3长度相等，其特征在于：所述优化方法通过以下方式实现：第一步，确定交叉铰链四杆平衡机构在平衡位置时，点A 0、B 0之间的距离第二步，确定交叉铰链四杆平衡机构在任意位置时，点A 、B 之间的距离第三步，确定任意位置时点A 、B之间的距离相对于的变化量δ；第四步，以短边的长度、长边与短边的夹角为设计变量，选择约束条件，根据不同尺寸的设备的不同精度要求，选择以变化量δ的算数平均值或方差为目标函数进行迭代优化，并确定最佳设计。
基于增大车门开度的限位器优化设计
基于增大车门开度的限位器优化设计1. 引言1.1 研究背景车门开度限位器是车辆安全系统中的重要组成部分，它可以限制车门的开启角度，避免车门过度开启造成危险。
目前市面上大多数车门开度限位器存在一个共同的问题，即开度较小，限制作用不够明显。
这就导致了一些不法分子可以轻易撬开车门，对车辆和车内物品造成损失。
为了解决现有车门开度限位器存在的问题，本研究提出了基于增大车门开度的限位器优化设计方案。
通过增大车门开度，可以增加限制作用，提高车门的安全性能。
设计方案实施步骤包括对车门结构进行改进，选用更高强度的材料，优化限位器的工作原理等。
通过对优化设计结果的分析，可以评估设计方案的效果并进一步完善设计。
本研究的目的是提高车门的安全性能，减少车辆被盗的风险，保护车主的财产安全。
这对于提升车辆整体安全水平，提升消费者购车信心具有重要意义。
在未来，我们希望通过不断的研究和改进，为车辆安全系统的发展做出更大的贡献。
1.2 研究目的车门开度限位器在汽车设计中起着重要作用，但目前存在一些问题需要解决。
本文的研究目的是优化设计基于增大车门开度的限位器，从而提高汽车车门开闭的舒适性和便利性。
通过优化设计，可以有效增加车门开度，让乘客更加轻松地进出车辆，同时也可以提升车门的安全性和稳定性。
通过研究和实践，我们希望能够为汽车制造商提供更加先进的车门开度限位器设计方案，促进汽车行业的发展和进步。
【200字】.1.3 研究意义车门开度限位器作为汽车安全系统的一部分，对于车辆驾驶员和乘客的安全具有重要意义。
研究车门开度限位器的优化设计，不仅可以提高车辆的安全性能，还可以提升乘客乘坐车辆的舒适度。
通过增大车门开度的限位器优化设计，可以有效防止车门打开过大而导致的不必要的伤害风险，提高车辆的整体安全性。
优化设计还可以提升车辆的使用便利性。
合理的车门开度限位器设计可以让驾驶员和乘客更加轻松地上下车，减少不必要的弯腰和费力动作，提高乘车的舒适度和便利性。
基于四连杆门座起重机结构优化设计
结构优化设计
有限元分析
有限元分析是一种有效的结构优 化方法。通过ANSYS等有限元分 析软件，可以对四连杆门座起重 机的整体结构和局部构件进行应 力分布、变形、固有频率等性能 指标的分析和优化。通过调整材 料属性、结构形状和连接方式等 参数，可以找到最优的设计方案
3
结构优化设计
动力学分析
动力学分析可以揭示四连杆门座 起重机在运动过程中的动态特性 和稳定性。通过ANSYS的动力学 分析功能，可以模拟起重机的起 升、旋转和稳定等动作，对其动 态性能进行评估和优化。例如， 通过调整四连杆机构的刚度和质 量分布，可以降低运动过程中的 振动和惯性力
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结构优化设计
结构设计
结构设计是四连杆门座起重机的 核心部分。在保证起重机性能的 前提下，应尽量简化结构，降低 制造难度和成本。例如，可以优 化四连杆机构的形状和尺寸，减 小运动过程中的摩擦和惯性力， 提高运动精度和稳定性。同时， 对于起升机构和稳定机构，也需 要根据实际需求进行相应的优化 设计
3
4 因此，对其进行优化设计，提高其性能 和可靠性具有重要意义
PART 2
四连杆门座起重 机结构概述
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四连杆门座起重机结构概述
四连杆门座起重机主要 由底座、四连杆机构、 旋转机构、起升机构和 稳定机构组成
其中，四连杆机构是起 重机的核心部分，它由 四个杆件组成，通过铰 链连接，实现起重机的 起升和稳定
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感谢倾听
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基于ansys四连杆门座 起重机结构优化设计
日期：X月X日
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PART 1
引言
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引言
1 四连杆门座起重机是一种广泛应用于港 口、码头和工地的起重设备
基于DFSS方法的制动灯开关(BLS)性能优化设计
是 一 种以 六 西格 玛水 平 为 目标 的产 品设 计方 法 。其 通 理 想解 、ＴＲＩＺ理论 、分 离原 则 等多 种质量 工具 来 进行 概 常应 用 于产 品研 发 的初 期 ，通 过 收 集 客户 声 音 明确 设 计 念 设计 ，最 终利 用普 氏矩 阵获 得 产品 的设 计方 案 。
※交流园地
农 业 与 技 术
２ｏ１６，Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．１１ １６７
基 于 ＤＦＳＳ方 法 的 制 动灯 开 关 （ＢＬＳ）性 能 优 化 设 计
张栋 林 方 恩 程 振 东
（上 海 汽车 集 团股份 有 限公 司技 术 中心 ，上 海 ２０１８０４）
摘 要 ：本 文 简要 介 绍 了六 西格 玛设 计 （ＤＦＳＳ）的过 程和 特 点 ，以 某车型 集成 于主 缸 的制 动灯 开 关 （ＢＬＳ）性 能优 化
上 实现 产 品 设 计 的创 新 ，有 效 的 降低 开 发 成本 和 周 期 ，
具 有 较 高 的实用 价值 。
２ ＤＦＳＳ在 制 动 灯 开 关 性 能 优 化 的 应 用
ｌ ＤＦＳＳ设 计 过程
为 了进一 步研 究 ＤＦＳＳ在 产 品性 能优化 方面 的应 用 ， 本 文 以某 车 型 集 成于 主 缸 的 制 动灯 开 关 （ＢＬＳ）性 能 优
目前 ，研 究 者 提 出 了多种 ＤＦＳＳ流 程 ，上 汽 目前 应 化应 用为 例来 阐述 。
用的 是 ＩＤＯＶ流 程 ，即识 别 、设 计 、优化 和验 证 。
２．１ 项 目背 景
１．１ 识 别 （Ｉｄｅｎｔｉｆｙ）
制 动 信号 作 为 整 车控 制 的 关键 信 号 ，要 求 其 采集 和
效 缩 短产 品研 发 周期 、降低 产 品开 发成 本 ，提 升 产 品 开 析 ，对产 品和 过程 设 计参 数进 行优 化 ，其 目标 是ＳＳ的应 用 领域 不 断 扩 展 ，特 别 在 成 本和 交付 时 间允许 的基 础上 达到 企业 利益 的最 大化 。
车门结构优化设计的灵敏度分析研究
车门结构优化设计的灵敏度分析研究
郝琪;张继伟
【期刊名称】《汽车技术》
【年(卷),期】2010(000)005
【摘要】采用灵敏度分析方法以质量轻为优化目标,扭转刚度和频率为约束条件,使车门相对原始设计质量减轻3.4%,扭转刚度提高10.2%,一阶频率提高1.6%.通过不同优化方案的比较证明,基于灵敏度分析的优化设计可为选择合理的设计变量提供依据,提高优化效率.
【总页数】5页(P40-44)
【作者】郝琪;张继伟
【作者单位】湖北汽车工业学院;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室;湖北汽车工业学院
【正文语种】中文
【中图分类】U461
【相关文献】
1.框架式结构汽车门锁系统布置匹配方法分析研究 [J], 宋策;丁祎;臧宏
2.框架式结构汽车门锁系统布置匹配方法分析研究 [J], 高潘;李文武
3.叉车门架结构优化设计 [J], 王茂兵
4.车门开闭耐久仿真分析研究及结构优化 [J], 胡冬青;周德生;刘向征;喻赛;范建军
5.汽车门把手结构优化设计 [J], 连文香;席海亮;展靖华;李能刚
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基于DFSS的轿车蓄电池支撑系统的结构设计与优化
基于DFSS的轿车蓄电池支撑系统的结构设计与优化吕少锋;谢明聪;王镝;宋思川【摘要】将DFSS理论、稳健性理论与试验设计相结合,应用于蓄电池支撑系统结构设计,并且设计了一种综合评估矛盾事件的方法.通过优化前后结果对比,表明该综合评估法不仅实现了对支撑系统的优化设计,同时提高了设计的稳健性,具有较强的工程实用性和指导意义.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2013(031)005【总页数】6页(P645-650)【关键词】噪音因子;DFSS;稳健性;综合评估法【作者】吕少锋;谢明聪;王镝;宋思川【作者单位】泛亚汽车技术中心有限公司,上海201201;泛亚汽车技术中心有限公司,上海201201;泛亚汽车技术中心有限公司,上海201201;泛亚汽车技术中心有限公司,上海201201【正文语种】中文【中图分类】U463.63+30 引言随着汽车市场竞争的加剧，汽车公司不断提升产品的整体质量，以满足客户日益增长的对产品性能和外观的需求.产品质量的提高、设计创新和成本节约，90%是在设计开发阶段决定的，因此必须在产品研发设计阶段引入新技术、新理论和新方法[1].在实际的工程问题中，不可避免地会遇到一些不确定的因素，而许多优化策略无法直接用数学模型来体现这些不确定的因素，因此导致结果分析错误或不全面.所以必须从统计学的角度出发，通过在设计之初就建立统计学模型来控制随机因素并给出合理的解决方案[2].我国对稳健性设计的研究相对较晚，却发展迅速，尤其在汽车行业中获得了较多推广，且取得了较好的效果.如文献[1]详细阐述了六西格玛设计的过程和特点，结合实际产品设计案例，分析如何完善产品设计过程，实现设计质量的创新.如文献[3]从影响关门能量的可能因素入手，找到可控以及主要影响因素，并从车门密封条系统入手，建立CAE分析模型，通过DFSS设计手段优化车门密封条，从而实现优化车门关门能量的目的，并实现车门系统关门能量的稳定性.蓄电池是汽车系统中的一个非常重要的子系统，肩负着为汽车电气系统提供能源的重任，其能否正常工作直接影响车辆能否正常启动.蓄电池通过支撑系统连接在前纵梁上，因此蓄电池支撑系统的设计尤为重要.本文将仿真分析与DFSS理论相结合，应用到支撑系统的结构设计中，实现了对设计目标的优化.1 稳健性设计理论稳健性是指因素发生微小变差而对因变量影响的不敏感程度[4～5].稳健性设计是通过调整设计变量及控制其容差使可控与不可控因素(噪声)当与设计值有变差时仍能保证产品质量的一种方法[6～7].稳健优化设计通过减少和控制目标函数响应的波动，使目标函数响应均方差降低，进而来实现“均值达到目标”和“均方差最小化”的目的[8].基于“田口方法”的稳健性设计强调设计的重要作用，将质量的关注点由后期的制造阶段转移到设计阶段.它是基于损失模型函数的稳健设计方法，主要通过对信噪比(S/N)的正交试验等进行分析[9].试验设计是在整个设计空间内进行合理的安排，选取有限的能尽可能反应设计空间特性的样本点.正交试验设计法是离散优化的基本方法，尤其适用于多组合方案寻优问题.正交表是试验设计的基本工具，又称DOE矩阵.正交试验步骤:首先确定试验因素的数量以及各因素变化的水平;其次分析各因素之间是否存在交互作用，分清主次关系;再次确定需要进行的试验次数，并选用适合的正交表.最后进行参数设计，计算平均响应值与方差，确认最终的优化结果.2 因素的选择和评价指标影响支撑系统性能的因素有:支撑系统的外观尺寸，如图1所示，支撑系统的材料特性，其中支撑系统的材料特性由于制造精度、计算误差等被定义为噪音因素，因此参数图如图2所示.控制因子有:支架两腿之间夹角(A)、支架的材料(B)、托盘的材料(C)、支架的料厚(D)、托盘的料厚(E)、Y向长度(F)、Z向高度(G)以及支架宽度(H).噪音因子为支架和托盘材料的屈服强度、支架和托盘的料厚变化.图1 支撑系统外观尺寸图2 设计参数图图3 蓄电池支撑系统示意图根据前期调研设计，采用如图3所示的蓄电池支撑系统布置方案和结构设计.根据客户反馈和工程认定，蓄电池在车辆行驶过程中常出现的问题有:振动大，脱离约束系统，出现疲劳裂纹等.根据以上问题及企业自身特点选定评价指标有如下四个:(1)蓄电池支撑系统的整体模态，期望得到较大的模态特性;(2)系统的受碰撞力，期望得到较大的受碰撞力;(3)应力，期望得到较小的应力值响应;(4)重量和成本，选择望小特性.本文以实际工程中常用的材料厚度和外观尺寸以及蓄电池总成所在前舱的布置空间限制作为设计变量的取值范围设计依据.控制因子和水平见表1.噪音因子和水平见表2.表1 控制因子和水平?因素A有两个水平，其他因素皆有三个水平.表2 噪音因子和水平?3 稳健性优化设计3.1 正交试验表设计为确定各个设计变量水平的变化对支撑系统性能指标的影响，须构造一个关于设计变量的正交试验列表，将各设计变量值的组合方案进行CAE仿真分析，结果见表3.因为质量和成本同样是企业关注的重点，所以将各个方案的重量和成本也作为本次优化设计的响应，对重量和成本以统一的标准作了初步的核算.由CAE分析结果得知，支撑系统的最大应力发生在电池支架的Y方向上，所以本文关注支架Y方向的应力，选择应力的望小特性，应力不应超过屈服极限.易知，碰撞最弱区域为固定挂钩，由材料的抗拉强度乘以截面积可得最弱处材料对于碰撞力的承受能力是29kN，表3可知，支撑系统碰撞力远在29kN以下，所以大于碰撞力的要求，本文不再分析碰撞力的影响.因此只关注模态、应力、重量和费用四个响应.表3 正交试验计划和原始数据?3.2 信噪比和稳健性分析为明确各变量对蓄电池支撑系统性能影响程度，进行了方差分析，计算出设计变量不同水平的各种组合在噪声因子影响下的信噪比和输出平均值，绘出信噪比和平均值的点图，从而找出设计变量的最优化组合.信号噪音比(S/N)是测量需要的输出响应和非需要的输出响应之比.它是稳健性的相对衡量.其计算公式见下:式中，S/N为信号噪声比;β为系统输出的平均值;σ为系统输出偏差.最优的设计应该是在给定输入能量的情况下，使输出最大，并且输出变化小;应将需要的输出和不需要的输出之比最大化;应该有高的β和变差小的σ.模态、应力、重量、费用的信噪比图和β值点图见图4－图7.信噪比和β的平均值点图中的A1，A2显示出控制因子A在水平1和2的影响，从这些点图可获得设计因子如何影响设计的变差和效率的讯息.图4中的A2说明支架增加角度对于模态是有帮助的;B，C说明材料对于模态的影响不明显;D3说明料厚越厚模态越好;E3说明托盘本身厚度对模态影响不明显;F1，G1说明电瓶重心距离纵梁越近模态越好;H说明电池在顺着纵梁方向的调整对模态影响不大.表4 综合评分结果?表5 优化前后信噪比和β均值对照表Baselinedesign:A2B3C3D3E3F1G1H1Selected design:A2B2C1D2E1F1G1H1?A1说明支架增加角度对于Y向应力是不利的;B3说明材料对于耐久改善明显;C说明材料只能改变零件本身的耐久，对其他零件是没有帮助的;D3说明材料越厚耐久越好;E3说明托盘本身对应力影响不明显;F说明电瓶Y向重心到纵梁距离对于Y向应力不明显;G说明Z向重心到纵梁的距离越小，对于Y向应力有改善;H说明电池在顺着纵梁方向的调整对耐久影响不大.从结果上看，除去材料对于重量所有的因素都有影响.从结果上看，材料越厚强度越高，费用也越高.由于以上结果指标之间存在矛盾，结合实际情况提出综合评分法进行最优方案选择.评分标准结合实际情况如下处理:(1)求出每项平均值，如达到平均标准则为10分;图4 信噪比、均值图－模态图5 信噪比、均值图－应力图6 信噪比、均值图－重量(2)优于平均值每10%增加1分;(3)由于应力存在较多不符合项，所以以满足要求10分，每提高10%增加1分.低于要求项在此规则中再减10分便于剔除.结果见表4.分析综合分数的信噪比和平均值如图8所示，从评分结果可以看出最优的参数组合是:A2B2C1D2E1F1G1H1.3.3 最优设计确认优化前后综合得分的信噪比和β均值的预测值与最终确认值见表5.由表5可以看出，经过优化后，综合得分的信噪比的值从初始值的31.90上升到32.77，β均值从优化前的39.38上升到43.50，通过稳健性设计优化后，蓄电池支撑系统的整体性能得到提升和综合优化.优化后支撑系统的模态值为35.7Hz，满足震动小，刚度高的要求;碰撞力为16.89kN，材料提供保持力(46.9kN)远远大于碰撞力(16.89kN);优化的最大应力值为333MPa，材料最低承受能力(340MPa)大于零件应力(333MPa).4 结论汽车零部件在设计与制造过程中，存在着很多不确定性噪音因素，噪音的波动将会影响零件的性能进而影响整车的性能.若忽视这些噪音因子，零件的设计稳健性差，达不到的优化设计的目标.因此在汽车及零部件的设计与制造过程中，必须要考虑噪音因素的影响，进行稳健性设计与优化.(1)本文研究了稳健性优化设计在汽车零部件设计中的应用，以蓄电池支撑系统的结构参数为研究对象，运用正交试验等工具进行稳健性设计和优化.图7 信噪比、均值图－成本图8 信噪比、均值图－综合(2)优化结果表明，对蓄电池支撑系统的稳健性优化设计取得了较好的效果，不仅优化了支撑系统的结构参数，而且节省了重量，降低了费用成本.本文还设计了一种综合评估矛盾事件的方法，对以后的汽车设计具有重要的指导意义.参考文献:[1]余秀慧，谢聘，孙丽丽.六西格玛设计在汽车产品开发中的应用[J].上海汽车，2010，(03):21 －22，26.[2]高丽，曾庆良，范文慧.基于6σ的多学科设计优化[J].中国工程机械学报，2006，4(1):57 －60.[3]崔嵩，田耀坤.基于车门密封系统的车门关门能量的优化[J].上海汽车，2010，(10):47 －49.[4]黄滢.基于Matlab的稳健性优化设计方法研究[D].北京:北京林业大学，2006.[5]Au FTK，Cheng YS，Tham LG，etc.Robust Design of Structures Using Convex Models[J].Computers and Structures，2003，81:2611－2619.[6]陈立周.工程稳健性设计的发展现状与趋势[J].中国机械工程，1998，9(6):59 －62.[7]Zang C，Friswell M I，Mottershead J E.A Review of Robust Optimal Design and Its Application in Dynamics[J].Computers and Struc－－tures，2005，83:315 －326.[8]李玉强，崔振山，阮雪榆，等.6σ概率优化设计方法及其应用[J].中国机械工程，2004，15(21):1916 －1919.[9]廖耕，杨岳，王婷.铁路客运列车悬架参数稳健性设计[J].铁道科学与工程学报，2011，08(5):90 －95.。