鲁棒性设计教学

第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
鲁棒性设计基本术语
目标值 指产品质量特性满足规定技术规范要求下的最理想值，即设计 时所追求的目标值。实际的质量特性值与它都将存在一定的偏差，这是 由于各种因素综合引起的，具有随机性。 容差 指质量特性或设计参数的实际值与目标值在技术上规定的最大差 值，有正容差和负容差。容差空间是指以设计参数名义值为中心和以正 负容差为边长的n维欧氏空间的多面体。 噪声因素 指在设计、制造和使用中不易控制的因素，具有随机性和实 际值的不确定性。 试验设计 是获取质量特性信息的一种方法，它包括试验的安排、试验 的实施和试验结果的分析三个部分。通常把衡量试验结果好坏的指标称 为响应量或响应变量，把影响响应变量的因素称为试验因子，把试验因 子所处的各种状态（所取的值）称为因子水平。 鲁棒性 响应量（结果）随因子状态（原因）发生微小变差，若这种变 差对响应量影响是不敏感的，则该结果是具有鲁棒性的。
静态特性与动态特性
动态特性是指对于使用者的每一个目标值发出一个信号，便产生相应的 输出结果或行动。换言之，特性值（或均值）随时间的变化而条件地变 化，这类特性称为动态特性。如图(b)所示。
第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
望目特性、望小特性和望大特性
当产品的质量特性存在理想的目标值时，希望产品的输出特性 能围绕目标值波动，且波动愈小愈好。这种特性称为望目特性， 如图 (a)所示。 当要求质量特性在允许的上限值内取值愈小愈好时称为望小特 性，且波动愈小愈好，这种特性称为望小特性，如图(b)所示。 而在允许的下限值内取值愈大愈好时，则称为望大特性，这种 特性称为望目特性，如图(c)所示。
y变差（或称为偏差），为一随机变量，在多数情况下服从正态分布 y ~ N(0, 2)
第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
图例中为两不同设计质量特性的波动情况。为了保证产品能够发挥正常的 功能，应规定允许波动的范围为
Ry y0 y, y0 y
式中，y0 ——目标值。
第12章 鲁棒性设计
鲁棒性设计的基本概念和质量模型
鲁棒性设计的方法和步骤 基于损失模型的鲁棒性设计 鲁棒性设计实例
第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
鲁棒性与鲁棒性设计
产品质量是企业赢得用户的一个最关键的因素。众所周知， 产品的性能与某些因素有关，当影响因素变化时，产品性 能也随之变化。如果这种变化很小，则认为该产品的性能 对影响因素的变化是不敏感的。通常把因素状况（原因） 发生微小变差时，对因变量（结果）影响的不敏感性称为 鲁棒性。 根据这种指导思想，对产品的性能、质量和成本综合考虑 作出最佳设计，既提高了产品质量，又降低了成本，这种 工程设计方法就称为鲁棒性设计。
第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
产品质量的鲁棒性与鲁棒性产品
质量特性的波动受许多的因素的影响，当因素变化时，产品的 性能也随之变化。如果因素的变化对产品质量特性波动的影响 不大，或者说产品性能的变化相对于因素的变化是很小的，则 产品质量特性对因素变化是不敏感的，或说产品质量对影响因 素的变化具有鲁棒性。 因此，鲁棒性产品对制造与装配工艺、环境与使用条件和材质 上的差异，以及材料老化、零部件的磨损和腐蚀（在一定范围 内）等的影响是不十分敏感的。一种有鲁棒性的产品，一般可 放宽对制造、使用条件的要求，可采用较低等级的原材料，从 而在保证产品质量的前提下降低产品的成本。
和 y
y
——质量特性的容差，是产品质量特性波动的允许界限。
第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
质量特性的类型
静态特性 动态特性 望目特性 望大特性 望小特性
第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
若产品的功能特性在使用 中对于任何时刻给定输入 信号便产生恒定的输出结 果或行动，则称该产品的 质量特性是静态的。在理 想情况下，输出特性服从 某种分布时，它将是一种 平稳随机过程 。如图（a） 所示。
第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
质量特性值
一般工业产品的质量，可通过对特定功能和特性的测定或测量所得到 的数值来评定，这一数值称为产品的质量特性值（或输出特性）。鲁 棒性设计的主要任务是提高产品的质量和减少质量损失。 在进行产品设计时，首先需要考虑的是如何保证质量特性来满足规定 的技术要求。实际上，由于在制造和使用中会受到许多因素的影响， 因此产品的质量特性值并非与所规定的目标值完全一致。例如，零件 不可能按规定的名义尺寸精确地加工出来，电动机亦不可能按规定的 名义（额定）输出功率进行工作。所以，任何一种产品的质量特性值 与名义值之间都存在一定的偏差，偏差愈小，产品质量愈好。设产品 质量特性值 y 对目标值 y0 的变差为 y ，
第 一 节
鲁
和棒
质 量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
质量设计功模能型 因素
所谓功能因素，是指 对产品质量特性（输 出特性）有影响的因 素，这些因素主要来 自设计、制造和使用 三个方面，例如设计 参数、加工的环境、 制造方法和技术、工 人技能、设备状态参 数、测量的误差和偏 差等，如图所示。
第 一 节
鲁
和棒
质wk.baidu.com量
性 设
模计
型的
基
本
概
念
第12章 鲁棒性设计
鲁棒性设计基本术语
产品 指鲁棒性设计的对象，它是零件、部件、机器或由若干机器组 成的生产工业系统。在使用具体使用“产品”一词时，应指明其含义。 产品质量 指反映产品满足明确功能特性的总和。一般可分为用户质 量（外部质量）和技术质量（功能质量），前者是用户能直接感受到 （视、触或听）的体现产品好坏的质量特性；后者是产品在优良制造、 装配、运输条件下功能特性达到规定要求的程度及其稳定性，所谓 “质量度量”和“质量水平”都是对产品特性的定量测定和在定量意 义上进行的精确的技术评价。 质量特性 指产品的某项或几项可测定或计量的功能指标，并规定一 组定量的（或定性）限制值（技术规范）以便进行质量检验与控制， 不满足技术规范要求的产品称为不合格品；不满足一项或几项技术规 范的产品称为有缺陷产品。