稳健优化设计的研究现状及发展趋势
多级齿轮传动系统稳健优化研究的开题报告
多级齿轮传动系统稳健优化研究的开题报告
一、研究背景
齿轮传动系统是工业机械中使用最广泛的传动和变速器件之一，具有传递转矩、转速和功率等优点，被广泛应用于汽车、航空、船舶等领域。
多级齿轮传动系统是一种重要的齿轮传动形式，在复杂机械传动中得到广泛应用，具有高耐久度、低噪音、高效能等显著优点。
但在实际应用过程中，多级齿轮传动系统仍然存在一系列问题，如机械损伤、振动和噪声等问题，影响了系统的长期稳健运行。
因此，对于多级齿轮传动系统的优化与稳健性研究迫在眉睫。
二、研究内容
本研究旨在针对多级齿轮传动系统的稳健性进行优化研究，主要包括以下内容：
1. 多级齿轮传动系统建模：建立多级齿轮传动系统的力学模型，考虑齿轮间的接触、变形和摩擦等因素，对系统进行分析和研究。
2. 多级齿轮传动系统稳健度分析：针对多级齿轮传动系统的各种故障情况，如齿面疲劳、齿面损伤等，分析系统的稳健程度和可靠性。
3. 多级齿轮传动系统的优化设计：通过参数优化和优化设计，对多级齿轮传动系统进行改进，提高系统的稳健性和可靠性。
4. 实验验证：在实际系统中进行多级齿轮传动系统的测试和验证，检验优化设计的可行性和有效性。
三、研究意义
本研究将对多级齿轮传动系统的稳健性优化展开深入研究，能够提高系统的可靠性和稳健性，降低维护成本和生产成本，为机械传动领域的技术升级和工业制造的发展作出贡献。
2024年工程结构优化设计研究进展
2024年工程结构优化设计研究进展一、工程结构优化设计的基本原理工程结构优化设计的基本原理是在满足工程要求的前提下，通过数学方法、力学原理和优化算法等手段，对结构参数进行优化，使得结构性能达到最优。
这种优化方法可以在保证结构安全性的同时，最大程度地提高结构的使用性能和经济性。
二、工程结构优化设计的研究现状目前，工程结构优化设计的研究已经取得了显著的进展。
在国内外学者的不断努力下，已经形成了一系列成熟的理论和方法。
其中，基于数学规划的优化方法、基于智能算法的优化方法、基于可靠性的优化方法等是当前研究的热点。
基于数学规划的优化方法基于数学规划的优化方法是一种传统的优化方法，其主要思想是通过建立目标函数和约束条件，利用数学规划方法进行求解。
这种方法在结构优化设计中的应用已经相当成熟，可以有效地解决一些简单的优化问题。
基于智能算法的优化方法基于智能算法的优化方法是近年来兴起的一种优化方法，其主要特点是利用智能算法进行求解，具有较强的全局搜索能力和鲁棒性。
常见的智能算法包括遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等。
这些算法在结构优化设计中的应用逐渐得到广泛关注，并且取得了一些令人瞩目的成果。
基于可靠性的优化方法基于可靠性的优化方法是一种考虑结构可靠性的优化方法，其主要思想是在满足结构可靠性的前提下，对结构进行优化设计。
这种方法在航空航天、桥梁、建筑等领域的应用尤为广泛，可以有效提高结构的可靠性和安全性。
三、工程结构优化设计的发展趋势随着科技的不断进步和应用领域的不断拓展，工程结构优化设计的发展趋势也愈发明显。
未来，工程结构优化设计将更加注重多学科交叉、智能化和可靠性等方面的发展。
多学科交叉工程结构优化设计涉及力学、数学、计算机科学等多个学科，未来的发展趋势将更加注重多学科交叉。
通过引入更多学科的知识和方法，可以推动工程结构优化设计理论的不断发展和完善，提高优化设计的效果和效率。
智能化随着人工智能和机器学习等技术的不断发展，智能化的优化算法将在工程结构优化设计中发挥越来越重要的作用。
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。
稳健参数设计发展现状和趋势研究
稳健参数设计发展现状和趋势研究作者：王淑婷来源：《价值工程》2019年第18期摘要：本文梳理总结了国内外文献，分别对稳健参数设计以及多响应优化方法进行阐述，通过对文献的整理，了解稳健参数设计的发展历程、研究现状，并分析稳健参数设计和多响应优化方法的研究趋势。
Abstract： This paper summarizes the domestic literature and abroad， elaborates robust parameter design and multi-response optimization methods respectively， Through the literature collation， we understand the development history and research status of robust parameter design，and analyze the research trend of robust parameter design and multi-response optimization methods.关键词：参数设计;优化算法;质量设计Key words： parameter design;optimization algorithm;quality design中图分类号：TB21; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ;文献标识码：A; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文章编号：1006-4311（2019）18-0256-041; 稳健参数设计方法在技术创新、实现量产的情况下，国内外对产品的需求不仅仅局限于数量，而是更加关注质量，随着人们的需求变化，工业界开始了对质量的控制和改进。
但是传统的质量控制集中在事后控制，无法实现从源头上降低成本、提高产品质量的目标。
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结构优化设计是一种通过改变结构的几何参数、材料和组织形态等方式，以提高机械结构性能的方法。
在国内外研究领域，结构优化设计得到了广泛关注和研究。
本文将从国内外研究的现状、研究方法、应用领域等方面进行介绍。
一、国内研究现状国内对结构优化设计的研究起步较晚，但近年来取得了显著进展。
在研究方法方面，国内学者主要应用数值优化方法，如有限元法、遗传算法、神经网络等，以提高结构的性能和效率。
在应用领域方面，国内研究主要集中在航空航天、汽车工程、建筑设计等领域，以满足复杂工程环境下的结构需求。
国外在结构优化设计方面的研究相对较早，并取得了丰硕的成果。
在研究方法方面，国外学者除了应用数值优化方法外，还注重开发新的优化算法。
例如，拓扑优化方法可以通过改变结构的拓扑形态来优化结构的性能。
在应用领域方面，国外研究领域广泛，包括航空航天、汽车工程、船舶工程、能源工程等。
三、研究方法结构优化设计的研究方法有多种，常用的方法包括有限元法、遗传算法、神经网络等。
其中，有限元法是一种通过将复杂结构离散化为简单的有限元单元，利用材料力学和结构力学的基本原理来分析结构的方法。
遗传算法是一种通过模拟生物进化过程中的自然选择和遗传机制，寻找最优解的方法。
神经网络是一种通过模拟人类神经系统的工作原理，实现数据处理和优化的方法。
四、应用领域结构优化设计在各种应用领域都具有广泛的应用价值。
在航空航天领域，结构优化设计可以通过改变飞机的机翼和机体结构，提高飞行速度、稳定性和燃油效率。
在汽车工程领域，结构优化设计可以改变车身结构、制动系统和悬挂系统，提高车辆的强度、刚度和安全性。
在建筑设计领域，结构优化设计可以改变建筑的支撑结构和材料，提高建筑的抗震性和自然通风效果。
机械优化设计方法现状及发展趋势
机械优化设计方法现状及发展趋势关键词：优化设计现状发展趋势Key Words：Optimal Design current situation Development trends摘要：随着科学发展的需要, 机械产品设计质量的不断提高, 设计周期的白益缩短，要求设计者考虑的因素也愈来愈多，其计算方法的复杂性和精确性都是二般传统设计难以完成的.面对这种技术发展的现状, 设计者便开始求助于新的理论和新的设计方法。
机械优化设计就是在这种情况下, 发展起来的一种现代设计方法。
As the needs of the scientific development, mechanical product design and continuous improvement in quality, design cycle, shortening the require designers to consider more andmore of the factors， and its method of calculating the complexity and accuracy are difficult for traditional design like the Second completed。
Face in the development of this technology, designers began to turn to new theories and new methods of design。
Optimal Design of machinery is in such circumstances, the development of a modern design.引言机械优化设计是最优化理论、电子计算机技术与机械工程相结合的一门学科.早在二十世纪五十年代以前, 工程设计问题的最佳决策还只是限于古典数学中的微分法和变分法, 或用拉格朗日乘子法解决等式约束问题。
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。
稳健型设计
稳健性设计的发展和应用
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。
稳健性设计的发展和应用
美国
美国波音公司已采用田口方法成功地进行了飞机尾翼设计。 美国航空航天局从94年开始计划用3—4年时间推行田口方法， 从对高级领导人进行培训、转变观念入手，并首先在航天飞机燃 料储箱设计中应用。 美国每年完成的案例在5000个以上。美国应用稳健性设计方法 节约经费达九百万美元，另外，美国70%以上的工程技术人员了解 此方法。 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。
质量的稳健性优化设计
主讲:韩微
一 . 稳健型设计的产生
传统的设计思想认为：只有用质量最好的原材料（零 部件），才能组装成质量最好的整机；只有最严格的 工艺条件才能制造出质量最好的产品。总之，材料、 元器件质量特性越好，可行性就越高。 70年代，世界上技术先进国家已开始以一种全新的设 计概念取代了传统的设计思想。 设计中心思想：（1）采用最低廉的元件组装成品质量 最好，可靠性最高的整机；（2）采用最宽松的工艺条 件加工出质量最好、成本最低、收益最高的产品。其 口号是“用三类元件设计制造出一类整机”。
稳健性设计的产生
在国际市场上占有最大份额的日本电气产品以 及美国三大汽车公司等都是在这种设计概念下 取得了最好的技术经济效果，在放宽工艺要求， 降低制造成本的条件下制造出高品质的产品。 稳健性设计是日本著名的质量管理专家田口玄 一博士于70年代初创立的质量管理新技术。
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
机械稳健设计的研究概况及发展趋势
田 口方 法 因 把 设 计 分 为 系 统 设 计 、参 数 设 计 和 容 差设 计 三 阶段又 称 三次设 计 法 。 基本 思想 是 “ 动造 其 波 成 质 量 损 失 ， 动 越 小 ， 量 损 失 也 越 小 ” 该 方 法 使 用 波 质 。
模 型 ． 后 以 其 中一 个 模 型 为 目标 ， 一 个 模 型 为 约 束 最 另 条 件 进 行 优 化 。 献 ［ 将 质 量 工 程 中 的 理 念 与 双 响 应 文 ９］
方 法 。 该 方 法 的 优 点 是 对 容 差 模 型 和 田 口 方 法 进 行 了
来 处 理 参 数 设 计 中 不 满 足 回 归 模 型 的 假 定 方 差 是 齐 次 的 情 况 。 方 法 要 找 出 方 差 的 表 达 式 ， 定 两 个 合 适 的 该 确 联 系 函 数 ， 别 对 均 值 和 离 散 参 数 同 时 建 模 ， 所 建 立 分 用 的 模 型 来 确 定 使 波 动 达 到 最 小 而 均 值 满 足 要 求 的 设 计 变 量 的 实 施 条 件 。文 献 ［ １ 开 展 了 非 正 态 情 形 下 的 稳 １］ 健 优 化 设 计 问 题 的 研 究 ，建 立 了 基 于 模 糊 隶 属 度 方 法 的 均 值 和 方 差 的 模 糊 隶 属 度 函 数 ，并 构 建 了 基 于 该 函
设计 等 。
１１ ． 传 统 稳 健 设 计 方 法
双 响 应 面 法 试 图 用 两 个 响 应 面 解 决 田 口 目 标 ． 具 体 做 法 是 ： 建 立 均 值 响 应 曲 面 模 型 时 ， 每 个 试 验 在 对 配 以若 干 次 重 复 ， 此 种 重 复 也 可 按 田 口 的 外 表 方 式 给 出 ， 后 计 算 每 个 试 验 的 样 本 方 差 ， 建 立 方 差 响 应 面 然 再
稳健性设计-完整版
稳健性设计是日本著名的质量管理专家田口玄一博士于70年 代初创立的质量管理新技术。这是一种最新颖、科学、有效的稳 健性优化设计方法。该理论和方法不仅受到日本同时也受到欧美 各国应用统计学家、质量管理专家、工程设计专家和企业人士关 注，并在工程实际中得到了广泛应用。
稳健性设计是田口玄一创立的质量工程观中的一个分支，由 田口玄一发展而成，因此通常被人们称之为田口方法(Taguchi Method)。
系统设计
参数设计
容差设计
★基本思想和目的
参数设计就是运用正交试验法或优化方法确定零部件参数的最 佳组合，使系统在内、外因素作用下，所产生的质量波动最小， 即质量最稳定（健壮）。
参数设计的目的是根据系统设计中所确定的所有参数，通过多 因素的优选方法来考察三种干扰（内干扰、外干扰、产品间波动） 对系统质量特性的影响，寻求最佳的参数组合，以求得抗干扰性 最佳的设计方案。使系统质量特性波动小、稳健性好，并价格低 廉。
任何一种产品的质量特性值与其名义值（额定值）之间都存在一 定的偏差。偏差越小，质量越好。
设质量特性值为y，目标值为y0, y对y0的变差是 y
y y0 y
y 是服从一定概率分布的随机变量，当它服从正态分布
y~ N(0, 2)
2 越小越好
设计二 y2
哪个设计更好？
设计一 y1
系统设计
参数设计
Ⅰ制定可控因素水平表
初始数据表
容差设计
系统设计
参数设计
Ⅱ利用正交表进行内设计
内设计方案
容差设计
系统设计
参数设计
Ⅲ制定误差因素水平表 误差因素水平表
容差设计
系统设计
参数设计
容差设计
机械结构优化设计应用与趋势研究
机械结构优化设计应用与趋势研究摘要：机械结构优化设计能有效提高机械产品的质量和性能，缩短机械产品的生产周期，因此在机械产品的设计中有重要作用。
分析机械机构优化的发展情况，介绍机械结构优化设计的应用，并对其发展趋势进行探讨。
关键词：机械结构；优化设计；发展趋势0 引言随着科学技术的快速发展，机械产品更新换代的节奏在不断加快，产品的复杂性逐渐上升，生产模式已经从单一品种的大批量生产转化为多品种的小批量生产。
在这样的市场环境下，机械制造企业想要生存和发展，必须缩短产品的生产周期，并且降低其生产成本，只有这样才能在日益激烈的市场竞争中抢占市场份额。
因此，企业需要应用优化设计方法，提高产品的设计质量，缩短其设计周期。
优化设计是现代设计方法中的重要一种，是一种基于数学规划理论，通过计算机辅助，在对多种设计约束条件进行充分考虑的基础上，对设计进行优化、确定最佳的设计方案，从而获取最优的技术手段效果的方法。
在机械产品的设计中应用优化设计，能够为复杂的设计提供解决方案，在众多设计方案中确定最佳设计方案，从而有效提高设计的质量和效果，在提高机械产品质量的同时缩短机械产品的设计周期，提高机械制造企业的竞争力。
1 机械结构优化的发展概况随着科学的快速发展，机械产品更新换代的速度越来越快，传统的、大批量单品种的生产模式已经不能够满足市场的需求，当前机械产品的制造以小批量、多种类的方式为主。
因此企业为了提高竞争力，抢占市场，需要尽可能地缩短机械产品的生产周期，降低生产成本。
而通过应用机械优化设计，就能够有效地缩短机械产品设计时间，从而缩短机械产品的生产周期，降低企业的成产成本，从而使企业可以更快速地抢占市场，在激烈的市场竞争中占据有利地位。
机械结构优化设计最早是在 20 世纪 60 年代初出现的，它结合数学最优理论以及工程设计学，根据工程设计学的理论，使用数学方法在众多设计方案中挑选出最佳的一个，从而在提高机械产品性能的同时，降低生产成本，并且有效缩短生产周期。
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
王基维;熊伟;李会玲;汪振华
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2007(036)006
【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.
【总页数】3页(P5-6,9)
【作者】王基维;熊伟;李会玲;汪振华
【作者单位】宁波职业技术学院,浙江,宁波,315800;湖南生物机电职业技术学院,湖南,长沙,410126;宁波职业技术学院,浙江,宁波,315800;南京理工大学,江苏,南京,210094
【正文语种】中文
【中图分类】TH122
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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。
课程设计研项目现状分析报告及未来五至十年发展的趋势
课程设计研项目现状分析报告及未来五至十年发展的趋势课程设计一直是教育领域的核心议题。
通过合理的课程设计，可以提高教学效果，激发学生的学习兴趣和创造力。
本文将对课程设计研项目的现状进行分析，并展望未来五至十年的发展趋势。
目前，课程设计研项目在教育界取得了一系列的成果。
越来越多的教育工作者和机构开始重视课程设计的重要性。
传统的以知识传授为主的课程逐渐向综合素质培养为导向的课程转变。
通过引入项目制学习、合作学习等新的教学模式，课程设计研项目有效地促进了学生的综合能力和实践能力的培养。
同时，课程设计研项目也逐渐加强了课程评价和反馈机制的建立，帮助教师和学生实时了解课程效果，及时调整和改进。
然而，当前课程设计研项目仍面临一些问题和挑战。
首先，一些项目缺乏贯彻落实的力度。
有些教育工作者仍然固守传统的教学模式，对课程设计的意识和实践存在滞后，没有真正将课程设计理念融入到教学实践中去。
其次，一些项目关注程度不足。
有些课程设计研项目过于注重课程的形式而忽视了对学生兴趣和需求的关注，导致学生对课程缺乏兴趣和动力。
最后，一些项目缺少评价和改进机制。
课程设计是一个持续迭代的过程，评价和反馈可以帮助教师和学生不断优化和改进课程，但一些项目缺乏有效的评价和改进机制。
未来五至十年，课程设计研项目将向着更加个性化、贯彻落实和实践导向的方向发展。
首先，课程设计研项目将更加注重个性化课程设计。
每个学生都有自己的特点和需求，课程设计需要更加贴近学生的实际情况，提供个性化的学习经验。
其次，课程设计研项目将更加注重贯彻落实和实践导向。
教育工作者需要真正将课程设计理念融入到实际的教学中，并通过实践不断优化和改进课程效果。
最后，课程设计研项目将更加注重评价和反馈机制的建立。
教师和学生需要及时了解课程效果，并通过评价和反馈机制进行调整和改进。
综上所述，课程设计研项目在教育领域扮演着重要的角色。
尽管目前面临一些问题和挑战，但我们有理由相信，在未来五至十年，课程设计研项目将更加个性化、贯彻落实和实践导向，为学生的综合素质培养提供更好的支持和指导。
稳健可靠性理论及优化方法研究
稳健可靠性理论及优化方法研究随着科技的快速发展，产品的复杂性和不确定性不断增加，可靠性问题越来越受到人们的。
尤其是在工程领域，产品的可靠性直接关系到企业的经济效益和消费者的使用安全。
因此，研究稳健可靠性理论及优化方法具有重要的理论和实践意义。
本文旨在探讨稳健可靠性理论的基本概念、模型建立、参数估计以及优化方法的应用，以期为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
稳健可靠性理论是在传统可靠性理论的基础上发展而来，它更加产品在各种复杂工况下的可靠性。
近年来，该领域的研究成果不断涌现，涉及的基本概念、理论和方法也不断丰富。
同时，随着计算机技术的快速发展，各种优化方法在稳健可靠性理论中也得到了广泛的应用，有效地提高了产品的稳健性和可靠性。
稳健可靠性理论的基本概念是在产品设计过程中，通过考虑各种不确定性因素，使产品在各种工况下都能表现出良好的可靠性。
该理论强调在产品设计阶段就充分考虑产品在使用过程中可能遇到的各种复杂情况，以便在产品本身的设计中实现稳健性。
在模型建立方面，通常采用概率模型、模糊模型、灰色模型等方法对产品的稳健可靠性进行描述和分析。
参数估计也是稳健可靠性理论中的重要环节，它通过对产品样本数据的分析，估算产品的可靠性参数。
在稳健可靠性理论中，优化方法的应用对于提高产品的可靠性和稳健性具有重要意义。
目前，常见的优化方法包括遗传算法、模拟退火算法、粒子群算法等。
这些方法通过在产品设计阶段对各种设计参数进行优化，以实现产品在各种复杂工况下的可靠性最大化。
无模板优化方法在稳健可靠性理论中也开始得到应用，该方法不依赖于先验知识和模板，而是完全基于问题本身进行优化，具有较高的灵活性和适用性。
当前，稳健可靠性理论及优化方法的研究已经取得了一定的成果，但在实际应用中仍存在一些问题和挑战。
未来研究可以以下几个方面：完善稳健可靠性理论的基础研究：目前，稳健可靠性理论在一些基本概念和理论上还存在一些争议和不足，需要进一步深入研究和完善。
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# 传统稳健设计方法
田口方法又称三次设计法或基于损失模型法。田口方法以 正交试验设计为基础，强调产品的设计都必须经过系统设计、 参数设计和容差设计三个阶段。为计算上的方便，田口将损失 函数模型转化为信噪比指标，然后再通过正交试验设计来确定 参数值的最佳水平组合。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；优化过程对模型的连续性和 可微性等数学性态要求不高，从而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， 从而明显降低效率。 响应面法 I K J 是用于处理多变量问题建模的统计处理的方 法。其参数设计的步骤一般 分为参数筛选、区域寻优和 优化三个阶段。 此法优点：由于其实验 目的是拟合响应面数学模 型，故试验次数较少且是半 试验性的，最佳参数水平组
【摘要】 稳健设计是提高产品质量的有效方法。 介绍了稳健优化设计的基本概念和方法， 综述了它的 研究现状， 分析了各种稳健设计方法的特点， 指出了稳健优化设计的发展趋势。 关键词：稳健设计； 稳健优化设计；产品质量；发展趋势 【!"#$%&’$】!"# $%&’() *#(+,- +( .- #//#0)+1# 2#)"%* )% +23$%1# 3$%*’0)( 4’.5+)67 !"# &.(+0 0%-0#3)( .-* 2#)"%*%5%,6 %/ )"# $%&’() %3)+2.5 *#(+,- +( +-)$%*’0#* .-* $#(#.$0" ().)’( %/ 8"+0" +( *+(0’((#*7 !"# 0".$.09 )#$+()+0 %/ (%2# 2#)"%*%5%,6 %/ )"# $%&’() *#(+,- +( .-.56:#*7 ;- )"# #-*< )"# *#1#5%3+-, )$#-* %/ $%&’() %3)+2.5 *#(+,- +( 3$#(#-)#* ()* +,%-#. /,"0#$ -)#1234 /,"0#$ ,5$16&7 -)#1234 8%,-0’$ 90&71$*4 :);)7,5132 $%)3中图分类号：P=#55 文献标识码：Q
方法， 已经在电子、 机械等诸多领域得到重视和应用 I 5 J 。目前 的稳健设计方法大体上可分成两类：第一类以经验或半经验设 计为基础， 如田口方法、 响应面法、 双响应面法、 广义模型法等， 属传统的稳健设计方法；第二类与优化技术相结合，主要有容 差模型法、 容差多面体法、 随机模型法、 灵敏度法、 基于成本 " 质量模型的混合稳健设计等， 称现代稳健优化设计方法 I 7 J 。
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% 来稿日期： 566K " #6 " 7# 图 # 产品质量的稳健设计图解
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近年来，稳健设计方法作为一种保证产品质量的有效设计
合则通过理论计算得出，从而克服了田口方法预先要知道解的 大致范围的不足。缺点是对试验中所缺失的数据非常敏感，所 得结果会出现较大误差；当参数维数较高或噪声因素之间出现 相关时， 模型的拟合将非常复杂和困难。 双响应面法 I $ J 是不使用田口方法中的信噪比和二步优化概 念， 直接将质量特性的均值和标准差各自用一个响应面拟合， 然 后化为约束最小问题。 此法的优点是数学上提法严格， 可以考虑误差的各种分布， 且可以考虑影响因素间相互作用； 求解精度较高 I L J 。不足是建 立响应模型时， 有部分关键参数需靠经验得出的， 为此会带来试 验和计算上的反复。这一方法如果遇到干扰变量相关或变量的 维数较高时， 将会使模型的拟和变得非常复杂和困难。 他建议用该 广义线性模型法是 M,+0)NC* 于 #8!K 年提出的， 方法处理参数设计中不满足回归模型的假定方差是齐次的要求 的情况。这种方法要确定方差的表达式，分别对均值和离散参 数建模，用所建立的模型来选择使波动达到最小而均值达到要 求的设计变量的实施条件。但是，该方法对于具体问题如何寻 找方差函数和联系函数尚无一般办法， 还需深入研究。
图 & 确定性最优和稳健最优
的实际值会有差异，这种差异称为变差。变量的变差会传递给 目标函数和约束函数， 引起质量指标和约束的变差。 如图 & 显示了一个设计变量变化对目标函数的影响。 * 点 当设计变量 $, 变化 和 + 点分别为确定性最优点和稳健最优点。 目标函数随之也发生变化。* 点引起的变化为 ! # 1 $* 2 - ! $, H & ， 从图中可看出， < + 点引起的变化为 ! # 1 $+ 2 。 ! # 1 $* 2 I ! # 1 $+ 2 。 所以目标函数对稳健最优点 * 的灵敏度低。因此稳健优化的目 的是要使当可控变量和不可控变量发生变差时，其设计解是稳 健的， 即一方面使质量特性对这些变差的灵敏度低， 另一方面要 求设计结果是最优可行解。 （# ） 目标函数的稳健性 一般在复杂系统设计中， 目标函数
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机械设计与制造 %&’()*+,- .+/)0* 1 %&*23&’42,+
第!期 566$ 年 ! 月
稳健优化设计的研究现状及发展趋势
程贤福（华东交通大学机电工程学院，南昌 7766#7）
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上式表明了目标函数与可控变量变差和不可控变量变差之 间的传递关系。根据上式可知， 为了使 # 值最小， 不仅要使实际 “瘦 值尽可能达到目标值， 而且还要使目标函数的随机分布变得 1 ! # 越小越好 2 。当目标函数的非线性程度不是很高且变量 小” 的变化不是很大时< 这种近似是合理的。 （& ） 约束函数的稳健性 由于可控和不可控变量不可避免 地存在偏差，约束条件也会随之变化< 按传统的约束条件求得 的最优解可能违反了一部分约束条件。为了保证设计解仍为可 “稳健调整 ” 行， 即设计解的可行稳健性， 需要对约束范围进行 ， 即给可行域的边界一个变异移动量，从而使可行域包容变异趋 “稳健 ” “保守 ” 于 与 。这种方法减少了可行域的范围， 随之也降 低了目标函数的优化值， 如图 ) 所示。最优解 2 点位于不可行 区域内 % 与之相反， + 点仍满足考虑约束条件变化后新的约束条 件。约束稳健性是指考虑变量的变化时 % 约束的可行性仍然能 够得到保证。因此需对最初的约束函数进行改进。 “调整 ” 对约束函数的 一般采用最坏情况分析方法% 因为它 不但计算简单 % 而且还适用于那些变量的分布类型没有给定的 情况。 最坏情况分析方法假定所有波动都可能以最坏的情况 同时出现 % 因此 % 变量的变化对约束函数的影响同样可以用一
5 现代稳健设计方法
容差多面体法是由 %)’(&+D 等于 #8!# 年提出。其基本思想 是通过调整设计变量及其容差的大小来提高产品对一些干扰变 量的不灵敏性。其核心是寻找一个能嵌入设计空间内的由设计 “中心 ” 变量及其最大容差所定义的多面体， 多面体的 就是所求 的稳健设计解。此法不考虑噪声因素的变差影响，可以求解约 束问题， 因此比较适用于容差设计问题。 容差模型法是 M&,O)*/C* 等于 #887 年提出的，又称变差传 递法。其指导思想是考虑设计变量和噪声变量的变差引起约束
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1)2Biblioteka ) 稳健优化设计研究内容及现状
稳健设计 =8>?;/@A/ 指出稳健设计的核心是一个优化问题， 的一个关键概念是变量和参数的变异传递给了设计函数，使目 标和约束都产生变异 5 #B 6 。稳健设计的目的是减小所诱发的变 异。优化设计是在约束可行域内寻找某种意义下最优方案的一 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 （准则函数 ） 变差而会使最优点变为不可行或质量性能指标 超界 成为废品， 这就是说， 一般的优化设计最优解是不稳健的。稳健 优化设计是稳健设计和优化设计两种方法的结合，就是通过调 整设计变量的名义值和控制其偏差来保证设计最优解的稳健 当设计参数产 性， 即一方面需要保证最优点 3% 的可行稳健性， （质量 生变差时仍能保持最优点是可行的； 另一方面使准则函数 指标性能函数 ） 具有较低的灵敏度， 即不灵敏性， 使设计参数的 微小变动仍能保证质量性能指标限在此所规定的容差之内。 一般地， 工程设计中传统的确定性优化设计的表达式为： C;/： # 1 $% ! 2 @D ED ’( 1 $% ! 2 (F ( G #< … < ) 1#2