稳健优化设计的研究现状及发展趋势
产品设计专业的现状和发展前景
产品设计专业的现状和发展前景产品设计专业的现状和发展前景随着科技的不断发展和人们对生活质量要求的提高，产品设计专业变得越来越重要。
产品设计专业是使用艺术和科学的知识来创造新产品，并满足用户需求的过程。
在现代社会中，产品设计专业已经成为了一个多样化且具有广阔发展前景的行业。
目前，产品设计专业的现状有以下几个方面：首先，产品设计领域的就业需求不断增长。
随着技术的进步和消费者对个性化产品的需求增加，产品设计专业的就业市场正在不断扩大。
许多公司意识到产品设计对竞争力的重要性，积极聘请专业人才来提升产品的品质和创新程度。
其次，产品设计专业的教育体系逐渐完善。
越来越多的大学和学院开始设立产品设计专业，并提供相关的教育培训。
传统的工艺美术、造型设计等专业也逐渐向产品设计方向转型，给予学生更多综合性的培养，提高他们的设计能力和实践经验。
此外，产品设计专业的工作内容和技术要求也在不断增加。
随着新材料、新技术和新理念的涌现，产品设计师需要不断学习和更新知识，以适应市场的需求。
除了在设计方案上有创新性的要求外，他们还需具备良好的人际沟通能力和团队合作精神，与开发、销售、营销等部门进行有效的沟通和协调。
另一方面，产品设计专业的发展前景也是十分广阔的。
首先，互联网和智能技术的兴起为产品设计师带来了更多的机会。
随着人们对智能家居、智能穿戴设备等产品需求的增加，产品设计师可以通过与科技公司合作，开发新型产品，满足用户的日常需求。
其次，环保和可持续发展已经成为全球关注的重要议题，产品设计专业也有责任为之作出贡献。
在设计过程中，产品设计师需要考虑到产品的使用寿命、材料的可再生性和环境影响等因素，推动产业向更加可持续的方向发展。
最后，产品的创新和个性化定制也是产品设计专业的发展方向。
消费者对于独特性和个性化定制的需求越来越高，产品设计师可以通过创新设计和个性化定制服务，满足用户不同的需求和兴趣。
总的来说，产品设计专业的现状和发展前景都非常乐观。
优化设计方法的发展与应用情况
优化设计方法的发展与应用情况贾瑞芬张翔（福建农林大学 机电工程学院， 福建 福州 ３５０００２） 摘 要：本文概要地介绍了优化设计方法在国内近年的应用和发展情况，包括传统优化方法、现代优化方法，以及优化软件的应用和发展情况。
关键词：优化 遗传算法 神经网络 ＭＡＴＬＡＢ 优化方法是２０世纪６０年代随着计算机的应用而迅速发展起来的，较早应用于机械工程等领域的设计。
８０年代以来，随着国内有关介绍优化设计方法的专著（如《机械优化设计》［１］）的出版和计算机应用的普及，优化设计方法在国内的工程界得到了迅速的推广。
本文按传统优化方法、现代优化方法、优化软件应用等三个方面，概要地介绍优化设计方法近年来在国内工程界的应用和发展情况。
１． 传统优化方法的应用与改进情况 １．１传统优化方法的应用 从近10年发表的工程优化设计的论文可以看出，罚函数法、复合形法、约束变尺度法、随机方向法、简约梯度法、可行方向法等，都有较为广泛的应用。
对重庆维普信息数据库中的工程技术类刊物做检索，1993年至2003年，这6种约束优化方法应用的文献检出率的比例，依次约为12：10：3：1.5：1.5。
以机械设计为例，传统优化方法主要应用于机构和机械零部件的优化设计，主要对零件或机构的性能、形状和结构进行优化。
在结构方面，如对升降天线杆的结构优化设计[2]，采用内点罚函数法优化，在保证天线杆具有足够的刚度和压弯组合强度的前提下所设计出的结构尺寸比按一般的常规设计方法所计算的尺寸要小，自重更轻。
在形状方面，赵新海等［３］对一典型的轴对称Ｈ型锻件的毛坯形状进行了优化设计，取得了明显的效果。
在性能方面，《凸轮一连杆组合机构的优化设计》［４］一文以最大压力角为最小做为优化目标、并采用坐标轮换法和黄金分割法等优化方法对书本打包机中的推书机构（凸纶—连杆组合机构）进行优化设计，从而使得机构确保运动的平衡性的前提下具有良好的传力性能，使设计结果更加合理。
稳健性设计
●质量的变异性
产品的质量特性指标往往会有差异； 即使完全相同的生产条件，由于种种干扰因素的存在，其产品也 会表现出不完全相同的质量特性； 同一产品在不同的环境中使用，或者在寿命周期内的不同时刻， 其质量特性都会有差异。
●质量损失函数
★田口的质量观 与传统的质量定义不同，田口玄一博士将产品的质量定义为： 产品出厂后避免对社会造成损失的特性。可用“质量损失”来对产品 质量进行定量描述。 质量损失是指产品出厂后“给社会带来的损失”，包括直接损失 （如空气污染、噪声污染等）和间接损失（如顾客对产品的不满意 以及由此导致的市场损失、销售损失等）。质量特性值偏离目标值 越大，损失越大，即质量越差，反之，质量就越好。 为了定量描述产品质量损失，田口提出了“质量损失函数”的概念， 并以信噪比来衡量设计参数的稳健程度。
稳健性设计的功效在于帮助设计人员找到一组最佳的产品或 工艺设计参数，使产品在最低廉的成本条件下（或最宽松的工艺 条件下），达到输出性能最高地稳健性。
几个基本概念
●稳健性
稳健性(robustness), 也叫鲁棒性，是指因素状况发生微小变 差对因变量影响的不敏感性。换句话说，产品性能与某个因素有 关，因素状态变化时，产品的性能也随之变化。如果因素状态的 变化对产品性能的影响不大，我们就说产品性能对该因素的变化 是不敏感的，又称是稳健性的，或说产品性能对该因素的变化具 有稳健性。
如使产品性能对所用材质变差不灵敏，就能在一些情况下使 用较低廉的或低等级的材料；使产品对制造尺寸变差不灵敏，可 以提高产品的可制造性、降低制造费用；使产品对使用环境变化 不灵敏，就能保证产品使用的可靠性和降低操作费用。
●质量特性值
在工业生产中，产品的质量通常通过对特定的功能、特性的测定 或测量数值来评定（质量特性或输出特性）。
稳健优化设计的研究现状及发展趋势
实验设计与分析
工程稳健设计的方法
目前有关工程稳健设计的方法大体上可分为 2 类： 一类是以经验或半经验设计为基础的方法，称它为 传统的稳健设计方法；如 Taguchi 稳健设计法（田口方法）、 响应面法、双响应面法、广义模型法等； 另一类是以工程模型为基础的方法，而且与优化技 术结合发展成为工程稳健优化设计方法，称现代稳健优化 设计方法。主要有容差多面体法、灵敏度法、变差传递法、 随机模型法、基于成本质量模型的混合稳健设计等。
①建立产品的质量指标体系，充分显示出各种因素的变差对产品质量的影 响；
②获取影响产品质量的可靠信息，寻找对各种因素干扰不灵敏的产品(设计 方案)。
实验设计与分析
产品质量设计
所谓产品质量设计，就是在产品设计中提出质量要求，确定 产品的质量水平（或质量等级），选择主要的性能参数，规定多 种性能参数经济合理的容差，或制定公差标准和其他技术条件。
质量鲁棒性设计是指从设计质量工程的角度保证产 品的质量性能，同时提高产品质量对外界干扰的抵抗力。
实验设计与分析
稳健设计包含多方面的内容，使用它可以选择在操作 环境中执行得更一致的产品或过程。比如： 使产品性能对原材料的改变不灵敏，就能在很多情况 下使用价钱便宜的低等级的原材料； 使产品对制造上的变差不灵敏，就能减少劳动成本； 使产品对使用环境的变化不灵敏，就能改善产品的可 靠性，并减少操作成本等等。
质量对于不同的产品和用户有着不同的含义，这里是指用 户对产品的使用性能(质量指标)达到目标值的水平。实际上，由 于各种因素的影响，使得所生产的产品的质量是不稳定的，因 而又对各项性能指标规定出所容许的偏差，即用容差来控制产 品的质量，只要实际的性能指标值在此容差范围内，就认为该 产品的质量是合格的，而且愈接近目标值，质量就愈好。
现代优化设计方法的现状和发展趋势
现代优化设计方法的现状和发展趋势现代优化设计方法的现状和发展趋势随着科技的不断发展，现代优化设计方法已经成为了工程设计领域的重要研究方向。
优化设计方法的目的是通过数学模型和计算机算法来寻找最优解，以达到降低成本、提高效率、优化设计等目的。
本文将从现代优化设计方法的现状和发展趋势两个方面来探讨这一领域的发展。
一、现代优化设计方法的现状1. 优化设计方法的种类目前，优化设计方法主要分为传统优化设计方法和智能优化设计方法两类。
传统优化设计方法包括数学规划、灰色系统、模糊数学等方法，这些方法主要依靠数学模型和计算机算法来进行优化设计。
而智能优化设计方法则是通过模拟自然界的进化、遗传等机制来进行优化设计，包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等。
2. 优化设计方法的应用领域优化设计方法已经广泛应用于工程设计领域，包括机械设计、电子设计、航空航天设计等。
在机械设计领域，优化设计方法可以用于优化零部件的结构、减少材料的使用量、提高机械性能等。
在电子设计领域，优化设计方法可以用于优化电路的结构、减少电路的功耗、提高电路的可靠性等。
在航空航天设计领域，优化设计方法可以用于优化飞机的气动性能、减少飞机的重量、提高飞机的飞行效率等。
3. 优化设计方法的发展趋势随着计算机技术的不断发展，优化设计方法也在不断地发展和完善。
未来，优化设计方法的发展趋势主要包括以下几个方面：（1）多目标优化设计传统的优化设计方法通常只考虑单一目标，而现实中的工程设计往往需要考虑多个目标，如成本、质量、效率等。
因此，未来的优化设计方法需要能够同时考虑多个目标，实现多目标优化设计。
（2）深度学习优化设计深度学习是人工智能领域的一个重要分支，它可以通过学习大量数据来发现数据中的规律和模式。
未来的优化设计方法可以借鉴深度学习的思想，通过学习大量的设计数据来发现设计中的规律和模式，从而实现更加高效的优化设计。
（3）云计算优化设计云计算是一种新型的计算模式，它可以将计算资源集中在云端，通过网络进行分布式计算。
现代优化设计方法的现状和发展趋势
现代优化设计方法的现状和发展趋势现代优化设计方法的现状和发展趋势1. 介绍在现代工程设计中，优化设计方法的应用越来越重要。
优化设计的目标是通过最小化成本、最大化效能或提高可靠性来优化产品或系统。
本文将探讨现代优化设计方法的现状和发展趋势。
2. 现状（1）传统优化设计方法传统的优化设计方法主要基于数学计算和经验规则。
这些方法包括设计参数调整（参数优化）、灵敏度分析和约束条件的应用。
其中，参数优化是最常用的方法之一，它通过遍历设计空间来寻找最优解。
然而，传统方法存在一些局限性，如计算量大、收敛速度慢、缺乏对设计空间的全面探索等。
（2）智能优化设计方法为了克服传统方法的局限性，智能优化设计方法逐渐兴起。
智能优化设计方法基于人工智能和机器学习的概念，结合了计算机科学、统计学和优化理论等领域的知识。
其中，遗传算法、粒子群优化算法、模拟退火算法等被广泛应用于优化设计中。
这些方法的特点是能够更快地找到全局最优解，提高设计效率和质量。
3. 发展趋势（1）多目标优化设计方法在实际工程设计中，往往需要考虑多个目标的优化。
在汽车设计中，既要提高燃油经济性，又要提高安全性能。
多目标优化设计方法变得越来越重要。
目前，多目标遗传算法、多目标粒子群优化算法等被广泛应用于多目标优化设计中。
（2）混合优化设计方法混合优化设计方法是将多个优化方法结合起来，形成一种更强大的优化设计方法。
将遗传算法与粒子群优化算法相结合，可以在全局搜索和局部搜索之间进行平衡，提高优化效果。
随着不同优化方法的发展和结合，混合优化设计方法的应用将越来越广泛。
（3）基于机器学习的优化设计方法随着机器学习技术的快速发展，基于机器学习的优化设计方法逐渐兴起。
这些方法通过从历史数据中学习，并建立模型来指导优化设计过程。
使用支持向量机、人工神经网络等方法，可以对设计参数进行预测和优化。
基于机器学习的优化设计方法将为工程设计带来更加智能和高效的解决方案。
4. 观点和理解我认为，现代优化设计方法的发展非常迅速且有前景。
g现代优化设计方法的现状和发展趋势{机械}
M ac hine Building A uto mation,D ec2007,36(6):5～6,9现代优化设计方法的现状和发展趋势王基维1,熊伟2,李会玲1,汪振华3(1.宁波职业技术学院,浙江宁波315800;2.湖南生物机电职业技术学院,湖南长沙410126;3.南京理工大学,江苏南京210094)摘 要:优化设计是近年来发展起来的一门新学科,为机械设计提供了一种重要的科学设计方法。
优化设计在解决复杂设计问题时,能从众多设计方案中寻到尽可能完美或最适宜的设计方案。
对现代优化设计方法进行了概括和总结,展望了现代优化设计的发展方向和发展趋势。
关键词:优化设计;机械设计;发展趋势中图分类号:TH122 文献标识码:B 文章编号:167125276(2007)0620005202D evelop i n g Trend on M odern O ptima l D esi gn M ethodsWANG J i2wei1,X IONGW ei2,L I Hui2ling1,WANG Zhen2hua3(1.N i ngbo Vo ca ti o n Techno l o gy Co ll ege,N i ngbo315800,C h i na;2.Huna n B i o l o gy M e cha n i ca l a nd E l e c tri ca l P r o fe s s i o na l Techno l o gy Co ll e ge,C hang sha410126,C h i na;3.N an ji ng U n i ve rsity o f Sc i e nce a nd Te chno l o gy,N an ji ng210094,C h i na)Abstract:A s a new d isc i p li ne,op ti m a l de s i gn p r o vi de s an i m po rtan t sc i en ti fi c de s i gn m e thod f o r e ngi ne e rs.U s i ng op ti m a l de si gn, the y ca n fi nd ou t a ne a rl y pe rfec t o r op ti m um de si gn schem e fr om l o ts o f fea s i b l e app r o ache s.The pap e r summ a ri ze s the de ve l o p i ng tre nd a nd d ire c ti o n of the m o de rn op ti m a l de s i gn m e thod s.Key words:op ti m a l de s i gn;m a chi ne de si gn;de ve l o p tre nd0 引言机械设计与制造是机械工程领域中最重要的内容,而机械设计又是机械制造的前提。
斜齿轮传动的稳健性优化设计
分别 为 删和 Ｒｓ 设计 目标 是 ｏｏ ｓ ＇ 和 小 ，而 删 ｓ
维普资讯
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开发研究 ・
新疆农机化
２０ 年第 ３ ０７ 期
和 Ｒ Ｆ大 ， Ｓ 因此 目标 函数写 为 ：
牛 ， 其中 为输入扭矩， 为小齿轮分度圆直径 ｄ 口Ｊ
性能 的影 响 是非线 性 的 ， 不 同设计 方案 中 ， 在 同样 的
卢６ ￣ Ｃ ３ ３ ｒ ［ Ｃ Ｃ ３ １ ２ ３ 。 影 响斜 齿轮 传 动 的性 能指 标主 要有 齿 面接触 强 度和齿根弯曲强度 ， 齿轮接触强度可靠度 Ｒ Ｉ０ ９ ．５ ＞ ９ 时， 对应 的齿面安全 系数 ．≥１ ５ 齿轮弯曲强度可 ｓ ．； ２
优方案的一种工程方法 。对于有约束的优化设计问 题 ，在优化设计过程中一般总是把最优点推向约束
的边 界上 ，但 在实 际 中 由于参 数 的变 差而会 使 最优 点变 为 不可 行 或质 量 性 能指 标 （ 准则 函数） 界成 为 超 废 品 ，这 就是说 ，一般 的优 化设计 最优 解 是不 稳健 的 。传 统 的齿 轮传 动设计 中 ， 了提高 齿轮 的寿 命 ， 为 往 往对 齿 轮 的精 度 等 级 和 使 用 条件 提 出 很 高 的 要 求 ，以减少齿 轮误 差 对传 动产 生 的不 良影响 。事 实 上 ，齿 轮 的精 度 等级 或误 差对齿 轮 的寿命 或 噪声 等 ８ （ ０ ７ ０ — ０ ３ ０ １０ — ７ ２ ２ ０ ） ３ ０ ４ － ３
稳 健设 计就 是要 使产 品在 一些参 数值 发 生微 小 变 动 时仍 能 保证 其质 量性 能指 标稳 定在 允许 范 围内 的一种 工程 方法 ， 换一 种说 法 ， 即设计 的产 品在 经 受 各 种 因素干 扰下 质量仍 保持 稳 定 ，或 采用 低成 本 的 零 部件组 装 出质量 上乘 、 能稳 定 和可靠 的产 品 ， 性 则
结构优化设计国内外研究现状
结构优化设计国内外研究现状抗烝优化设计研究是在保证结构安全度利抗震性能的就提b通过对结构设计方案的优化达到提高王程的技术质量和经挤效益.节约资源，使投资效益堆大化.因此结构抗農优化要达到的目的有两个，一是提岛结构抗產性能，二是降低结构造价。
当前结构设计中存在许多问题，如为了赶丁期没有经过优化和深化设计勿忙岀图. 建材的浪费严重：抗震结构达不到抗震性能设计要求.存在明显河弱部位零.日前, 结构优化的实际应用远远落后于理论进展.特别是高层泡凝土结构的优化设计应用还不普遍.优化设计中重视构件尺寸的优化.而忽视结构轅体的优化.而且由F实际结构问题往往十分复杂.存在设计变量多、约束条件多、变駅离敬.受建筑功能限制较大等使丁程优化的目标无法实现，技术无祛推广应用.混凝上结构的优化与其他结构的优化有个显乘不同，就是塞与凶家设计规范和抗琏设计概念相结合，因此如果单纯从数学模型研究优化毘很难实现并推广应用的。
高层结构各控制指标相互耦合，结构调整反复试寡工作虽大，而且效果不理想，设计师难以把握结构构件与目标指标的灵敏度关系，结构的调整真有-定的旨目性・® 好是将结构槪念设计与优化分析软件相结合.实现优化软件自动迭代达到鼠优设计，足今后优化的发展趙势。
本文将基T通用有限元软件进行第构优化分析・设定优化冃标、优化参数和约束条件，通过优化舞法山软件自动完成抗蠢优化，井将其应用于带转换层结构、超高层框筒结构等典电结构形式，主要内容包括结构构件灵敏度分析法、通用优化软件实现品层结构优化设计的方法、优化设计软件的开发*在结构体系优化中，优化目标可以是结构刚度、变形、总造价，也可以将规范规定的刚度、变形、承教能力的下限作为约束条件乜将本课题研究得到的优化方法和工稈应用成果，用于高层混凝土结构优化设计中*将大大提高优化设计的有效性和效瘵.建筑结构优化主要体现在解决结构抗復性能和设计成本之间的矛盾。
从以往的优化的经验来看，优化设计后结构造价可降低约5^30%卩21。
浅谈稳健设计
工、 钢铁、 纺织、 汽车和其他工业部门的迅速扩大 , 迅 速提高日本产品的质量 , 并迅速占领了国际市场 , 产 生巨大的经济利益 , 美国电视、 汽车、 计算机等行业 直接受其影响。早在 1963 年, 日本成立了一个田口 方法研究机构。1980 年, 稳健设计理论在美国福特 汽车公司、 贝尔电话研究所、 美国宇航学会和其他组 织广泛使用。目前 , 美国所有用于改善和提高工程 质量的做法, 均被称为稳健设计。自 1985 年以来, 田口先生经常前来中国讲学 , 在中国, 许多学者开展 了对稳健设计理论的研究 , 并在军事、 航空航天、 电 子领域大量运用。目前, 机械优化局限于简单的机 械零件, 对于简单的机械零部件 , 设计往往较少, 且 运用常规设计方法已经研究得比较透彻 , 我国石油 及石化行业, 正在由以产量为中心向以效益为中心 转变 , 应加大优化设计的研究力度 , 提高石油机械行 业的整体水平 , 为石油、 石化行业降低成本, 提高效 益服务。 3 稳健设计的实现方法及策略 传统的实验设计方法通常利用各种途径先设法 达到设计目标值, 然后利用更昂贵的原材料或零部 件来改进质量。这种实验设计方法是通过使用高质 量的原材料来减少输出波动的, 这样的高质量的获 得是以高投入为代价的。稳健设计技术的两首先在噪声因素的干扰下 , 设法减少输出质量 特性的波动, 实现技术 功能或产品性 能的稳健性。 在保证稳健性的前提下, 调整平均值 , 使其达到设计 目标值。在许多情况下调整平均值往往是容易实现 的。由于稳健设计方法是使用价格低廉的原材料、 元件或零件 , 在广泛的使用条件下, 通过可控制因素 的最优水平组合来实现减少输出波动的。激烈竞争 的市场迫使制造商重新思考再造产品开发过程 , 提 升生产力。一些世界级制造商认识到最有效的质量 工程方式, 是把质量工程技术引入到产品开发过程 最早的技术开发阶段。 稳健设计方法主要包括田口法、 响应面法、 广义 模型法等传统方法, 而随机模型法、 容差模型法及可 靠性稳健设计法等为现代工程稳健优化设计方法。 目前稳健设计的主要策略是在考虑了设计参数与干 扰因素对目标性能的影响后 , 利用各种理论及方法 建立相应的数学模型, 在实际工程较为复杂及试验 与统计数据相对缺乏的条件下 , 往往通过仿真试验 与计算来获取实现目标稳健的最优解, 这样得出的 设计结果与实际使用性能必定存在差异。传统的稳 健设计方法以正交设计为基础 , 对系统关键元件进 行变结构参数实物试验费用过高, 可采用优势明显 的仿真试验方法替代 , 但需要经过试验验证。系统 中的其他元件, 如蓄能器、 制动轮缸及管路等一般采 用标准件, 可在系统参数设计时选用调整。 稳健设计的一般步骤是 : 确定产品的质量指标 体系, 建立可控与不可控因素对产品质量影响的质 量设计模型 ; 对稳健设计模型进行试验设计和数值 计算, 获取质量特性的可靠分析数据 ; 寻找稳健设计 的解或最优解, 获得稳健产品的设计方案。 4 稳健设计的发展前景 今天的稳健设计, 不仅要满足用户对产品的设 计需求, 而且还 应该注重系统、 装配、 维修和管理。 根据并行工程的原则 , 统一使用信息管理。为了实 现产品设计的生命周期质量 , 以确保高品质的产品 生产。质量和成本必须紧密联系在一起。在设计过 程中, 精确地确定产品成本非常困难 , 但它必须通过 强有力的成本估算方法, 研究产品设计、 数据库、 成 本和质量的关系 , 以获得高品质, 低成本产品 , 从而 满足市场竞争的需要。今天的产品是一种多用途 , 多约束复杂的技术系统, 需要强大的设计处理 , 以找 到最好的系统性、 综合性、 研究型的 建模原则的目 标 , 引入新的数学分支 , 使得处理分析和决策更加强 劲 ; 通过使用虚拟三维图 形、 动态可 视和多媒体技
考虑稳健性的汽车结构耐撞性优化设计研究
考虑稳健性的汽车结构耐撞性优化设计研究摘要：文章以重叠度为40％的偏置碰撞情况为前提，围绕汽车结构所具有耐撞性的优化方案展开了讨论。
首先对耐撞性问题进行了说明，其次对相关模型进行了建立，随后基于优化设计进行了深入分析，内容主要涉及确定性优化、稳健性优化等方面，最后通过实车试验的方式，对研究所得出优化方案的可行性及实际效果进行了验证。
希望能使相关人员受到启发，为日后汽车行业的发展助力。
关键词：耐撞性；稳健性；汽车结构；优化设计前言：无论是计算机技术的发展，还是碰撞仿真所具有精度的提高，均增加了实车试验+有限元仿真的模式被用于汽车安全设计的频次。
对单次碰撞进行仿真设计，不仅要投入极多时间，在计算资源方面所提出要求也相对较高，优化算法所强调重点为反复迭代，要想使单次迭代所提出需求得到满足，通常要对大量仿真结果进行调用。
研究人员为解决上述问题，结合实际碰撞过程所具有特点，对精度理想的近似模型进行了建立，提出以确定性优化所得结果为依据，基于优化车闪结构所具有耐撞性，对稳健性优化加以应用，通过对比不同方案的方式，得出可取得理想成效的最优方案。
1相关问题说明以重叠度为40％为前提，对偏置碰撞情况下某汽车结构所具有耐撞性进行研究，建立能够被用来对可变形壁障、整车性能进行描述的模型。
研究人员出于对该模型所具有精度加以检验的考虑，严格比对了碰撞试验结果和仿真结果，车型变形情况如下：图1试验结果和仿真结果示意图结合图1可知，经过碰撞的汽车，其车身变形区域及程度基本符合变形模式结果，二者运动姿态大致相同。
对车身B柱对应减速度曲线进行对比分析的结果见图2。
图2减速度对比分析由此可见，汽车减速度所呈现出变化趋势无明显差异，对应峰值数据大致相同。
结合工程经验不难看出，该模型具有理想精度，对后续优化结构耐撞性等工作的开展有指导意义。
研究人员为保证汽车结构所具有耐撞性达到预期水平，决定以实际情况为依据，对相应优化流程进行设定，具体来说，就是将板件吸能及总质量得到优化作为最终目标，将防火墙的侵入量、B柱对应峰值的减速度作为约束条件，针对该车型汽车制定切实可行的优化方案[1]。
产品设计的现状和发展趋势
当今社会，人类不同的需求、欲望和价值观念，在设计领域中将占更重要的位置。今天提出来的个性化产品，是基于人类文明的进展，提示我们要认识到人的生理机制和心理机制是互不相同的，人人都有权利参与社会生活和共享社会文明发明、创造的一切成果。繁忙的经济社会强调理性，人与人之间缺少了感情性的交流与沟通。所以在设计中使理性与感性相互补充、相互渗透、和谐相处。并且注重设计的非统一性，突出个性与特色，强调创意与创新，这也是产品设计发展的趋势之一。它可以提供给不同人群展现个性的空间与平台。凡是符合于产品内在结构和功能的，并且能满足物质需求和精神需求，为广大人民喜爱的设计，都会受到大家的认可与欢迎。
2.1.2
一个很重要的问题，人民大众混淆了设计和艺术两个概念。很多人认为做设计就是艺术设计人就是艺术人。他们总带有一种蔑视的眼光，口语称其为“看不起学设计的人”。认为做设计的就知道画画，就是恶搞，就是与众不同。足见设计并没有这么乐观的称为已经大众化。
3
产品设计未来发展是一种完全依据新思路的创造性的设计，这种未来型设计也许不能为当代人们所接受，但它是人们对今后生活的美的憧憬，是未来社会图景和人们新生活形态的设计。因此，这需要不断的探索未知，不断地寻找新的设计理念和新的设计语言，不断地了解设计的发展趋势，才能伴随着科技的发展而不断完善自己。
3.1
计算机辅助产品设计，是以计算机技术为支柱的信息时代的产物。与以往产品设计相比，计算机辅助产品设计在设计方法、设计过程、设计质量和效率等各方面都发生了质的变化，把产品的创新性、外观造型、人机工程等设计提升到一个新的高度。
创新是产品设计的根本，计算机辅助产品设计在产品开发创新性上表现出极佳的优越性和便利性。一个新产品可以有多个切入点进行创新，如功能、结构、原理、形状、人机、色彩、材质、工艺等，而这些创新切入点均可以利用先进的计算机技术，进行预演、模拟和优化，使产品创新能在规定的时间内准确、有效地得以实现。比如在计算机辅助产品造型方面，使实体模型向产品模型转化成为可能；在人机界面方面，由于计算机技术尤其是多媒体、虚拟现实等技术的发展，使产品人机交互界面的设计有了全新的突破。常用产品设计软件有：3DMAX、Pro/Engineer等。随着计算机技术的进一步发展，计算机辅助产品设计将会使人们对设计过程有更深的认识，对设计思维的模拟也将达到一个新境界。它将使产品创新设计手段更为先进、有效，人机交互方式更加自然、人性。
套管优化设计的现状及发展趋势
套管优化设计的现状及发展趋势【摘要】随着油气勘探开发领域的扩大，如何应对复杂地质条件、套管损坏严重、套管柱可靠性难以保证、套管成本居高不下等一系列问题，保证油气资源安全高效地开采，是目前套管柱优化设计面临的重要难题。
通过对油田套损井的影响因素的研究，以及套管损坏形态的分析和钻井成本的分析。
总结出套管的优化现状，并对套管的发展趋势提出了展望。
【关键词】套管优化设计套损在油田开发生产过程中，套管损坏给油田生产带来了许多不便，导致油田注采井网布局不合理，开发效果变差。
近20年的开采，长期高压注水引起断层活动或地层滑动，引起套管载荷变化异常，导致套管变形、错断，造成油、水井报废或停产现象日趋上升，严重影响了生产并增加了成本。
有针对性地对套损井进行套管损坏的影响因素的研究，有助于提高套管优化设计的理念，对于油田的稳定开发、经济效益都具有重要的意义。
1 套损现状及原因分析1.1 断层附近的套损井多统计在断层的套损井46口，套损比例为36.8%。
由于地层平面或纵向上产生压力差异时，地层中的应力场会导致局部地区应力集中，引起套管损坏。
1.2 泥岩段套损点多，砂岩段套损点少统计45口油井，泥岩盖层套损点占总套损点的84.4%。
原因是非对称的孔隙压差，造成局部地区应力集中。
另外，注入水将使泥岩层摩擦系数和抗剪强度大幅下降，加剧套管损坏。
1.3 疏松砂岩油藏出砂井套损井多统计61口油井中，其中42口都有出砂。
原因是生产层段出砂，将会使上覆岩层支撑力变小，在垂直和水平方向产生较大的位移，使套管受到压缩。
1.4 固井质量差、未封固浅层段容易套损统计4 2口套损井，未封固井段为28.6%，套损主要为套漏。
原因是固井施工顶替效果不好，水泥未充满环空，或者第二胶结面胶结不好，形成点载荷或非均匀载荷，使套管发生损坏。
2 套损损坏形态及影响因素2.1 套管损坏形态根据调查分析，套管损坏形态可归纳为三大类：变形、破裂和密封性破坏。
2.1.1？套管变形类型椭圆变形形态、弯曲变形形态、单面挤扁形态、缩径变形形态。
基于区间分析的主轴箱稳健优化设计
式中：ｆ为优化目标；Ｘ ＝（ｘ１，ｘ２，…，ｘｋ）为设计变 优化目标是主轴箱质量最小、静态刚度最大、一
量向量；Ｙ＝（ｙ１，ｙ２，…，ｙｔ）为设计参数向量，是设 阶固有频率最大。
计中的不 可 控 因 素，其 变 化 范 围 的 上 下 界 是 已 知
的；ｇｉ为不等式约束；ｎ为不等式约束数目；ｈｊ为等 式约束；ｍ为等式约束数目；ΔＸ１、ΔＸ２分别为设计 变量 Ｘ的下偏差与上偏差；Ｘｍａｘ、Ｘｍｉｎ 为设计变量 向量的上下界。
能，进而提高机床的加工精度［１］。机械结构的材 率稳健优化设计模型，无需知道设计参数的概率
料特性、结构参数等不确定性将导致产品性能产 分布函数，也不要求目标函数及约束连续、可导，
生波动，稳健优化设计是处理不确定优化问题的 因此，基于区间分析的非概率稳健优化设计，相
一种方法，其目的是在优化产品性能的同时，尽 对概率优化方法具有非常突出的优点，这使得区
的优化模型为
设计
ｍｉｎｆ（Ｘ，Ｙ）
２１ 含不确定因素的主轴箱优化模型
ｓ．ｔ．ｇｉ（Ｘ，Ｙ）≤ ０，ｉ＝１，２，…，ｎ；
主轴箱的静、动态特性能直接影响整机的静
ｈｊ（Ｘ，Ｙ） ＝０，ｊ＝１，２，…，ｍ；
刚度和动态特性，本文对某型号加工中心主轴箱
［Ｘ＋ΔＸ１，Ｘ＋ΔＸ２］ ［Ｘｍｉｎ，Ｘｍａｘ］。 （１） 进行稳健 优 化 设 计，主 轴 箱 的 截 面 如 图 １所 示。
０ 引 言
设计参数连续，并且高阶可导。 在实际的工床加工 确概率分布有很大难度，但是可以确定其界限，
精度的重要零件之一。通过对机床主轴箱结构的 对于很难找到其概率分布的不确定参数可以用区
静、动态分析和优化设计，提高机床的静动态性 间数来描述。文献 ［５］ 提出基于区间分析的非概
稳健设计综述_崔玉莲
ZHILIANG YU KE KAOXING
10 2010 年第 4 期◆总第 148 期
理论 方法
等。 另一类是以工程模型为基础与优化技术结合的 稳健优化设计方法， 主要有容差多面体法、 灵敏度 法、 变差传递法、 随机模型法以及基于成本-质量 模型的混合稳健设计法等。
田口稳健设计法即三次设计法或基于损失模型 法。 三次设计方法的内容是： 无论是实际一个新产 品还是一种新工艺， 都可以分 3 个阶段进行。 第一 阶段是系统设计 （又称第一次设计）， 提出初步设 计方案。 第二阶段是参数设计 （又称第二次设计）， 寻求设计参数的最佳搭配， 提高产品性能的稳健 性， 它是三次设计的核心内容。 参数设计采用正交 试验设计法， 确定能使质量波动最小的可控因素水 平值的最佳组合设计方法， 主要利用线性或非线性 性质来减少产品质量特性的波动。 第三阶段是容差 设计 （又称第三次设计）， 利用损失函数给关键件 以合适的容差 （公差） 范围。 这是用于调整产品质 量成本关系的一种重要方法， 是产品质量设计的最 后阶段。 三次设计的主要工作一般在参数设计与容 差设计中。 为计算方便， 田口将损失函数模型转化 为信噪比指数， 然后再通过正交试验设计来确定参 数项的最佳水平组合。 因此， 三次设计是以正交试 验设计为基础， 用误差因素模拟各种干扰， 以信噪 比作为衡量产品质量稳定性的指标， 用廉价的元部 件组装质量上乘、 成本低廉、 性能稳定可靠的产 品。 此法的优点是设计变量可以是连续变量、 离散 变量甚至非数值型变量； 可求解相当复杂的模型； 通过正交表的统计分析， 可以定量地了解各设计参 数对目标性能的影响。 缺点是事先必须要知道最优 解的大致范围和水平， 即对优化时的初始点要求较 高， 否则就需要通过多轮的正交试验求解， 效率明 显降低。
仿真及优化发展现状和未来展望
仿真及优化发展现状和未来展望摘要：仿真优化技术是实现传统制造向可预测制造、科学制造转变的关键技术，目前已经引起科学界和企业界的广泛关注.本文在阐述了仿真优化基本原理和方法的基础上，介绍了国内外仿真优化技术在制造系统中各个层次的应用概况、研究成果及各种仿真优化系统采用的开发工具，并对国内外发展状况进行了简要的对比分析，指出了目前仿真优化研究中存在的问题以及主要发展趋势。
关键词：仿真，优化，仿真软件,仿真建模.引言20 世纪 90 年代，为了解决产品在 TQCSE 方面存在的问题，出现了多种制造模式，如可重构制造和大规模定制等。
在这些先进制造模式指导下的制造系统规模庞大、结构复杂，制造系统从初期规划(资源配置、布局规划）到实际运行(供求关系管理、生产计划与调度）阶段都存在复杂的决策问题。
这些决策问题包含众多影响因素、因素之间关系错综复杂,传统数学优化方法已经无法解决这类问题，仿真优化技术则以其独特的优化方法和强大的建模能力引起科学界和企业界的广泛关注。
每年 Winter Simulation 会议都将仿真优化列为一个国际前沿课题来研讨，并介绍最新的理论研究成果及应用情况。
2000 年，世界著名的两本仿真书籍《Simulation Modeling and Analysis》与《Discrete Event Systems Simulation》首次将仿真优化作为一个专题进行讨论，并指出仿真优化对仿真的推广应用具有重要的影响;自上世纪 90 年代中期开始,各种商业化仿真软件将优化作为一个重要模块纳入其中，目前已成为不可或缺的部分。
尽管仿真优化已经取得了长足的发展，有些仿真优化系统已经开始工业应用,但仿真优化领域仍然存在一些亟待解决的问题。
本文首先从仿真优化的原理、方法等方面对这一技术进行分析，然后综述国内外研究现状，最后分析仿真优化存在的问题及发展趋势。
利用传统优化技术求解优化问题时，首先要建立问题的解析模型,然后利用某一方法进行优化,通常可以求得问题的最优解。
稳健优化设计及其在固体火箭发动机装药设计中的应用
固 体 火 箭 技 术
第３ ０卷第 ６期
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｏｉ ｏ ｋ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｒａ ｆＳ ｌ Ｒ ｃ ｅ ｃ ｎ ｌｇ ｄ Ｔ
Ｖ １３ ． Ｏ ７ ｏ． ０ Ｎｏ ６ ２ ０
稳健 优 化 设 计及 其 在 固体 火 箭发 动 机 装 药 设 计 中的应 用①
窦毅芳 ， 中伟 ， 王 张为华
（ 国防科技大学 航 天与材料工程 学院 ， 长沙 ４００ ） １０ ８
摘要 ： 了提 高 固体 火箭发动机在 干扰 因素作 用下 的性 能精 度 ， 为 将稳健 优化 设计 方法 引入 固体 火箭发 动机装 药设计 中。首先介绍 了稳健优化设计 的基 本概念和设计流程 ， 通过装 药设计 实例分析 了稳健 优化设计特点及适 用性 。结果表 明 ， 稳健优化设计既可较好地保证设计 约束的可行 稳健性 ， 又可降低发 动机性 能在随机 因素作 用下的散布 范 围。 为解 决 固体
ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ｎ ｏ Ｓ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ｗａ ｎ ｒｄ ｃ ｄ ｉｔ ＲＭ ｒ ｉ ｅ ｉ ． Ｆ ｒｔ ， ｈ ａ ｉ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ห้องสมุดไป่ตู้ｅ ｒ ｂ ｓ ｐ ｉ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ｅｌ ａ ｏ ｇａ ｎ ｄ ｓｇ ｎ ｉ ｌ ｔ ｅ ｂ ｃ ｏ ｃ ｐ ｆｔ ｏ ｕ ｔｏ ｔ ｓ ｙ ｓ ｈ ｍｉ ｉ ｅ ｉ ａ ｗ ｌ ｓ ｆ ｗ ａｏ ｎ ｓ ｌ ｃ ａ ｔ ｅ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ ｉ ｅａｌ Ｔ ｅ ｅ ｉ ｈ ｒ ｃｅ ｓｉｓ ａ ｄ ａ ｐ ｉ ａ ｉ ｔ ｆｔ ｅ ｒ ｂ ｓ ｏ ｔ ｚ ｔ ｎ ｄ ｓｇ ｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｙ ｔ ｅ ｈ ｒ ｒ ｒ ｓ ｎｅ ｎ ｄ ｔ ｉ ｈ ｎ ｄ ｓ ｗ ． ｎ ｇ ｃ ａ ａ ｔｒ ｔ ｎ ｐ ｌ ｂｌ ｙ ｏ ｏ ｕ ｔ ｐ ｉ ａ ｉ ｅ ｉ ｗ ｒ ｌ ｚ ｄ ｂ ｉ ｃ ｃ ｉ ｈ ｍｉ ｏ ｎ ｎ ｈ Ｓ ＲＭ ｒ ｉ ｅ ｉ ｘ ｍｐ ｅ Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔ ｅ ｒ ｂ ｓ ｐ ｍｉａｉ ｎ ｄ ｓｇ ａ ｏ ｎｙ ｅ ｓ ｒ ｏ ｕ ｔｐ ａ ｔ ａ ｉ ｔ ｆ ｈ ｅ ｇａ ｎ ｄ ｓ ｎ ｇ ｅ ａ ｌ ． ｈ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｏ ｕ ｔｏ ｔ ｚ ｔ ｅ ｉ Ｃ ｎ ｔｏ ｌ ｎ ｕ ｅ ｒ ｂ ｓ ｒ ｃｉ ｂ ｌ ｙ ｏ ｅ ｄ － ｓ ｈ ｔ ｉ ｏ ｎ ｎ ｃ ｉ ｔ ｓｇ ｏ ｓｒ ｉ ｔ ， ｕ ｓ ｅ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｉ ｅ ｉ ｎ ｒ ｎ ｅ ｏ ＲＭ ｎ ｅ ｔ ｃ ａ ｔ ａ ｔ ｒ ， ｉ ｈ Ｃ ｒ ｖｄ ｅ ｅｅ ｃ ｉ ｃ ｎ ｔ ｎ ｓ ｂ ｔａ ｏ ｄ ｃ ｅ ｅ ｒ ｎ ｅ ｄ ｓ ｒ ｏ ａ ｇ ｆＳ ｎ ａ ｌ ｓ ｈ ｆ ｐｓ ｕ ｄ ｒｓｏ ｈ ｓｉ ｆｃｏ ｗｈ ｃ ａ ｐ ｏ ｉ ｅ ａ ｒ ｆ ｒ ｎ ｅ ｃ ｓ ｎ
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• 上世纪90年代，设计已成为各发达工业国家关注的热 点，把它看作是影响商品竞争力的一个决定性因素。人们 总希望用较低的费用设计出高质量的产品，这对技术人员 是一种很高的要求，又是一种合理的、应该达到的要求。 • 这种要求既包含工艺性的，又包含经济性的。 ，稳••质可传健量靠统性最性只的设好最有设计的高用计中整的质思心机整量想思；机最认想只；好为是有采的：采最用原用严最材最格宽料低的松（廉工的零的艺工部元条艺件件件条）组才件，装能加才成制工能品造出组质出质装量质量成最最好 好量、最成好本的最产低品、。收总益之最，高材的料产、品元。器其件口质号量是特“用性三越类好元，件可设计 制靠造性出就一越类高整。机”。
•16
• 稳健设计包含多方面的内容，使用它可以选择在操作 环境中执行得更一致的产品或过程。比如： ➢ 使产品性能对原材料的改变不灵敏，就能在很多情况 下使用价钱便宜的低等级的原材料； ➢ 使产品对制造上的变差不灵敏，就能减少劳动成本； ➢ 使产品对使用环境的变化不灵敏，就能改善产品的可 靠性，并减少操作成本等等。•18Fra bibliotek•19
•田口方法在美国工业界的广泛的应用
• 八十年代，田口方法进入美国，得到了普遍关注。 如今，实验设计技术的应用领域已经突破了传统的工业 过程改进和产品设计范畴，广泛地渗透到商业布局、商 品陈列、广告设计及产品包装的应用之中。
已经开始淡化传统的可靠性做法，从单纯的试验技术变为 包括设计、管理、试验等内•产容品的缺产陷>品60质%,量有工人说程，也称作稳
>70%.
•从量健•这• 产。设种•设品产计要稳质计功品。求健量质能设的设工量结计一计程工构对种或包•弥 不程设产制新田括补足包计品造设口设由而括和质过计设计于导产加量程方计质产致品工的质法（量•出 ？品的设产工影量—来 ！工T品设产计艺a响控的—程g质计品和设u，是制质量（c或质工是计h具和不量双i设工量艺两是D有控工称计艺问设e制个决制s程出离i造设题计g角定图来。n线或计两）度性的往检质的个！就保作往验量先！方是证用不工天面适产能程，应品分的别质 Off-Line Quality Engineering）和制造质量工程（又称 在线On-Line Quality Engineering）。
• 稳健设计广泛的研究与使用始于第二次世界大战后 的日本。最早是由日本田口玄一（G. Taguchi）博士将其 应用到工业界而一举成名的。
•17
• 上世纪90年代，稳健设计方法作为一种保证产 品质量的有效设计方法，已成为各发达工业国家关注 的热点，已经在电子、机械等诸多领域得到重视和应 用，把它看作是影响商品竞争力的一个决定性因素。 为了获得高质量的产品，已从单纯靠生产过程控制和 产品检验(被动的和防御的)保证质量发展到了产品的 质量设计(主动的)，从根本上确立产品的优良品质， 特别是随着CAD和CAE技术的发展，关于面向质量 的设计在一体化产品开发中显示出愈来愈重要的地位 。
•6
•7
试验设计在生产/制造过程中的位置：
•可控制因素
•生产/ 制 造过程
•不可控制因素
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•通过实验 •进行优化设计
• 统计技术在
生产/制造过程 中的应用是对 过程中输入 的变量 (人,机,料,法,环) 进行有目的地优化, 使输出的结果更加理想. 实验设计 是其中较为有效的一 种工程工具.
•9
稳健优化设计的研究现 状及发展趋势
2020年7月22日星期三
• 由于世界范围内高技术产业兴起和社会生产力的迅 速发展，国际市场竞争的焦点已开始由价格的竞争转向质 量设计的竞争。设计竞争的严峻形势迫使每个企业重新考 虑其质量经营战略。
• 工业界的质量意识空前提高，开始制定以顾客需求为 中心的质量战略和以质量管理为根本内容的经营战略，注 重加强研制阶段的质量设计和质量分析。稳健性设计技术 不仅可以使企业以最快的开发速度，最低的开发成本，最 稳健的开发质量满足顾客的现实需求和潜在需求，从而获 得最好的资本增值效益，同时，也是跻身世界及公司的必 由之路。
•通过实验,控制其不良 •的影响程度
• 传统的可靠性设计、试验验证技术满足不了日益发展 的要求。为了获得高质量的产品，已从单纯靠生产过程控
制和产品检验(被动的和防御的)保证质量发展到了产品的 质量设计(主动的)，从根本上确立产品的优良品质，特别 是随着CAD和CAE技术的发展，关于面向质量的设计在一 体化产品开发中显示出愈来愈重要的地位。美国国防产品
• 我国在六十年代就曾对实验设计进行了研究和推广， 八十年代又引入了田口方法，取得了一定成效。但实验设计 作为一种质量改进的有力武器，还尚未发挥它的全部威力。
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• 统计资料表明，产品成本的70%一90%是由设计决定的 。而设计工作费用所占成本的比例要比制造费用所占成本的 比例少得多，通常只占20%。如果采用科学的设计，则可使 产品成本降低25%一40%。因此，为了使产品的技术水平高 、工艺性能好，成本低，大力加强产品设计过程的质量管理 ，建立设计开发全过程的质量保证体系，确保产品的设计质 量是非常重要的
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•系统设计：•应参用数科设学计理：论在和系工统程结知构确定后进行参数设 识对产品功能计原。型这进一行阶设段计以开产发品，性这能优化为目标确定 阶段完成了产产品品的参配数•容置水差和平设功及计能配：属置在性，参；使数工确程定设计对干扰
源的敏感的性基最础低上；，进一步确定 这些参数的容差。
•稳健性设计是实现低成本、高质量的有效方法。
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• 稳健性(robustness), 也叫鲁棒性，是指因素状况发生 微小变差对因变量影响的不敏感性。换句话说，产品性能 与某个因素有关，因素状态变化时，产品的性能也随之变 化。如果因素状态的变化对产品性能的影响不大，我们就 说产品性能对该因素的变化是不敏感的，又称是稳健性的 ，或说产品性能对该因素的变化具有稳健性。 • 质量鲁棒性设计是指从设计质量工程的角度保证产 品的质量性能，同时提高产品质量对外界干扰的抵抗力 。