浅谈稳健性产品设计

照 一 定 方 向用 一 系列 英 文 字 母进 行 编 号 ，各个 字
母 所 在 的层分 属煤 粉 燃烧 器和 辅 助风 ，具 体如 表 ｌ
所示：
袁 １ 燃烧器的编号及煤粉燃烧器、辅助风所 包含的层
为促 使 所排 放 的Ｎ Ｏ ｘ 数量 降低下 来及 尽 可 能避 免 结渣 现象 的产生 ，保 障炉 内空气 动 力场 能维 持稳 定燃 烧 ，在 实 际使 用 中要 采用 不 同结 构的二 次风偏
对 因素 发生微 小差变 的不敏 感性 。如何 定量地度 量
设计 的稳健性 是稳健 性设计 的基础 。可 行稳健性 是
分布 ，实用价值很高 ，但 是建模和计算较 为困难 。 １ ． ２ ． ４ 灵敏度法 。为了保 证产品对设计变量和
噪声 因素 的影 响达到最 小 ，将 设计 函数 、设 计变量
控 ，分析结果 如表２ 所示 ： 表２ 运算 结果袁
式 中： （ ｙ — Ｙ ｏ ） 反 映 了质 量波 动程 度 ，ｋ 为 比例 常 数 ，ｋ 的 值 与望 目、望 大 、望 小 三种 特 性相 关 。
该 公式 说 明当质 量 特 性 在合 理 的偏差 范 围 Ａ Ｚ中 波动 时 ，虽然 产 品合格但 是 仍然会 给用 户产 生一 定 程度 的损失 。 ２ ． ２ 定制产品的稳健性表达
机器效率、零件寿命等 。产 品质量损失函数为：
三 （ Ｊ ， ） ：ｋ （ ｙ—Ｙ ｏ ） （ １ ）
Ｄ 为 中径 ，ｒ ｌ 为有 效圈数 ，
所示 ：
为 旋 转 角度 ， 如 表 ｌ
表 １ 可控 因素表
这 四 个 参 数 都 是 可 控 因素 ，通 过 对 它 们 的 调
都具有一 定的借鉴作 用。 关键词 ： 锅 炉 ；四角切 圆 ； 燃 烧调 整 ； 汽温调节
中图分 类号 ： Ｔ Ｋ２ ２ ３
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ９ － ２ ３ ７ ４（ ２ ０ １ ３） Ｏ ７ — ０ ０ ６ ０ － ０ ３
１ 概述
燃 煤 锅 炉 是 火 力 发 电厂 的 一个 重 要 设 备 ， 四 角 切 圆燃 烧 方 式 是 当 前 我 国火 力 发 电厂 多数 应 用 的燃 烧 方 式 。我 公 司 锅 炉是 门型 布 置 、封 闭装 置 及全 钢 半悬 吊结 构 的燃煤 锅 炉 ，其锅 炉 型号 为Ｗ Ｇ 一 ４ １ ０ ／ ９ ． ８ — １ ０ 。这 种燃 煤 锅炉 具 有平 衡 通风 及 固态 排渣 等特 点 。与 以往 燃 煤锅 炉 比较 ，这种 锅 炉 最 大 的特 点 就 是采 用 四角 切 圆燃 烧 方 式 ，即 在 炉膛 下 部 四角 分三 层 布 置 十 二 只 直流 式燃 烧 器 ，从 炉
１ ． ３ 稳健 性 设 计特 点
声 因素作用 下保 持稳定 的能力 。稳健 性 的指 标有质
量损 失 函数 、信 噪 比、质量信 息熵等 。经 过长期研 究和应用 ，稳健 性设计 的技 术取得 了很大 的进展 ，
出现 了多种稳 健性 设计方法 。马 义 中通过 熵和 协方
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１ ． ３ ． １ 稳 健性 设计 可 以将 噪声 因素 分为 可控
２ ． ３ 定制产品的稳 健选配模型
健 性 由外 表考 察 ，采用 先进 的方法 可 以在尽可 能 少
的试验 中获取大 量信息 。
１ ． ３ ． ３ 稳健 性产 品设计 与 工业 各 个环 节 一起 考虑 ，将 其 中的干扰 都计 算到 数学模 型 中 ，所 以其
抗干扰 的能力很 强 。
不 断地 提 高产 品质量 。
２ ． ３ ． ５ 分析产 品封 闭环 ，计算配合偏差 。
２ ． ３ ． ６ 最优化 求解 ，选择 最佳方案 。
３ 实际应 用
对 于 出头弹 簧参数 设置 ，可 以采用 稳健 性设计
２ 基 于 田口质量 的产品稳健 性设计 分析
对 于 定制生 成方 式 ，需要将 客 户 的定 制转 化各
假 设产 品的质 量 特 性 为ｙ ， 目标 值 为 Ｙ 。 ，合 理 偏差为Ａ Ｚ ： Ｚ ｕ — Ｚ 。质量特性 的类 型可以分为望 目、 望大 、望 小三种 。望 目特性 ：希望特性值存在一个 目 标值 ，并希望 实际的特性值 围绕 目标波动 ，且波动越 小越好 。望小特性 ：希望特性和波动越小越好，如零 件磨损等 。望大特性 ：希望特性和波动越大越好 ，如
原 理 。 已知 数据 ：Ｆ 一４ Ｎ ，力 臂Ｌ ＝２ ４ ｍ ｍ ，则力 矩Ｍ
＝４ ×２ ４ ：９ ６ Ｎ・ ｍ ｍ 。满 足力矩 的参 数不是 唯一 的，
种模 块化 的配合 ，然 后通 过选 择模 块来 实现产 品 的 选择 。将 田 口质 量 法与模 块化 结合 ，可 以减 少产 品 由于质 量波动造成 的损 失。
容 差设计 三个阶段 ，最后 通过 正交试验 设计确 定参
数 值可 以到达 的最 佳水平 组合 。该方法 为稳健 性设
计 提供 了理论基础 ，但 是必须 事先确 定方案 的大致 范围 ，局 限性强 ，需要进一步研究 。
１ ． ２ ． ２ 双 响应 面 法 。双 响 应面 法可 以将 噪 声 因素和 设计变 量结合 ，综合 考虑其对 产 品质 量 的影
２ ． １ 定 制产 品的 多 元损 失 函数
不 同的弹簧 钢丝 直径 、 中径 、圈数都会 对结 果产生 不 同的作用 。这 里要选 择最 佳信 噪 比、灵敏 度 的方 案 ，通 过分 析找 出稳 定和调 整 因素 。弹簧 设计 时质
量特 性 的数 学模 型 ：ｙ ＝ ，其 中ｄ 为 直径 ，
根据数 学模型 ，模 块实例选 配的步骤如下 ：
２ ． ３ ． １ 分析 产 品质量特 点 ，判 断其 类型 。
２ ． ３ ． ２ 根据 模 块 实例 的统 计 数据 ，计 算 各种
１ ． ３ ． ４ 稳 健 性产 品 设计 考虑 到 系统 的非线 性 特 性 ，可 以在有 效控 制成 本 的前 提下 ，生 产 出较 高
因为 噪声 的影 响 ，产 品的质 量 具有 一定 的随机
性 ，因 此稳健 性 必须考 虑 。这 里根 据产 品 的质量特
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２ ０ １ ３年 第 ７期 （ 总第 ２ ５ ０期 ）
中 ｌ ｃ 阂 Ｈ Ｉ 鸯 ＾ ｝ 新技 ６ Ｈ ￡ ｃ 考 － ｌ Ｔ Ｅ Ｒ Ｐ Ｒ Ｉ § ￡ ；
关键词 ： 稳健性设 计 ； 质量控 制 ；田口质 量 中图分 类号 ： ＴＨ１ ２ ２ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １ ０ ０ ９ — ２ ３ ７ ４（ ２ ０ １ ３） ０ ７ — ０ ０ ５ ８ — ０ ３
产 品设 计 是 决 定 产 品 的 第 一 也 是最 重 要 的环 节 。产 品设 计带来 的质 量 问题 如果不 及时处 理 ，会 引起 连锁 反应 ，其 解 决需要 的时 间和 费用很 高 。在
响 。适 用 于 噪 声 因 素 非 正 太 分 布 ， 求 解 误 差 小 周 期 内会 被 各 种 因素 影 响 ，这些影 响具有 不确 定性 ，会 导致产 品的质 量特
性波 动 。直 接消 除干扰 因素 ，虽然可 以解决 问题但 是 实现难度 过大 、成本 过高 。可 以尽量 降低 干扰 因 素 ，使质量 与 因素之 间关联变 弱 ，对干 扰变 得不敏 感 ，这就是稳健性设 计的原理 。
１ ． ２ 稳 健 性设 计 典 型方 法
是对试验数据敏 感 ，模型拟合较 为困难 。
１ ． ２ ． ３ 随机 模型 法 。随机 模 型将 设计 变量 和
噪 声的随机 性作为 重点考虑 对象 ，将稳健 设计 引入 到有 随机 因素 的工 程 中。该方法 不要求变 量 为正太
稳健性 来源 于控制 理论 中的鲁棒 性 ，是指变 量
与 不可 控 因素 ，利 用模 型尽 可 能地 消 除干扰 因素 ， 提 高质量 。
１ ． ３ ． ２ 产 品 的平 均 特 性可 以 由内表 可查 ，稳
性 引入 了信 噪 比 的概念 ，通 过信 噪 比来度 量产 品 质量特 性 的稳健 性 。 其 中 作 为 产 品稳 健 性 的 度 量 指 标 ，其 值 越 大 ，产 品越趋 于稳健 ，损 失就越 小 。因此根 据不 同 的质量特 性可 以对 赋予 不同权重 。
（ Ｃ ｕ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｎ ｔ ｙ Ｏ Ｎ ． Ｏ ７ ． ２ ０ １ ３ ２ ５ ０）
．
四角切 圆燃烧锅 炉燃烧调整与汽温调节
王鹏 程 尹保红 王 继 东
（ 山西 河坡发 电公 司 ， 山 西 阳泉 ０ ４ ５ ０ ０ ０ ）
摘要 ： 基 于火 力发 电厂维持燃 烧锅 炉正 常运 转的 重要 性 ，以我公 司 １ ０ ０ ＭＷ 超 高压 四角切 圆燃烧锅 炉为例 ，在 对这种锅 炉及 主要 容量进 行分 析的基 础上 ，就这种 四 角切 圆燃 烧锅 炉在其 正常运 转 中通过燃 烧调整 和汽 温调 节 中所 出现 的 问题 进行 了着重探讨 ，这对 于今后 更好 地调试 这种 同类型锅 炉 、保 障 这种燃烧锅 炉的正 常运转
２ ０ １ ３年 第 ７期 （ 总第 ２ ５ ０期 ）
中 阂高 新技 末／ 止 ＼ 业
ｌ ｃ… Ｎ Ｈ｛ Ｇ Ｈ— ｔ Ｅ Ｃ¨ Ｔ Ｅ Ｐ ＲＩ ｓ￡；
ＮＯ． ７ ． ２ ０１ ３
（ Ｃ ｕ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｔ ｙ Ｎ Ｏ． ２ ５ ０）
质 量 的产 品 。 １ ． ３ ． ５ 该 技术 需 要对 技术 人 员进 行 专 业 的培
质量特性 的信 噪 比 。
２ ． ３ ． ３ 计算质 量特性权 重 。
２ ． ３ ． ４ 确 定各质 量 特性 类 型 ，并计 算 产 品质
量特 性 。
训，才能迅速 转化 为成 果 。 １ ． ３ ． ６ 已经 研 发 出响 应 的平 台及 软件 ，在 计 算 时辅助下 大大提升 了工作效率 。 １ ． ３ ． ７ 适用 性 强 ，可 以应 用 到各 个领 域 中，
用信 息熵概念 度量 稳健设 计 中多元 质量特 性 的整 体
波动 。比较 常用 的如下 ： １ ． ２ ． １ 田 口方法 。 田口方 法 以正 交试 验设 计 为基 础 ，将 产 品的设计分 为系统 设计 、参 数设计 和
１ 稳健性 产品设计技 术
１ ． １ 稳 健 性 设计 的基 本原 理
指产 品性能质 量在 印象 因素作用 下稳定 在所允许 的
范 围内 的能力 ；敏 感稳健 性是指 产 品性 能质量 在 噪
和 噪声 因素 的非线性 效应作 为主要研 究对象 。该方 法可 以快 速确 定需要 调节 的范 围，可 以结合 其他 稳
健性设计方法，但 是主要应用于质量指标问题。
差矩 阵的关系 ，建立 多元质量特 性 的信噪 比计算 公
式来度 量产 品质量特 性的整 体波动 ，为 了克服质量 特性协 方差 不能直接 反映质 量特性 的波动 关系 ，利
设计 过程 中考虑 得全面 、合理 、仔细 能够有 效地 降
低成 本 ，减少质 量 问题 发生 。通过稳 健性 设计不 仅 能够 提 高质量 ，还能 使产 品特 性对 不可控 因素 的敏 感性 降低 。
Ｔ
浅谈稳健性产 品设 计
刘 振
（ 深 圳 市设 计联 合会 ， 广东 深圳 ５ １ ８ ０ ５ ２）
摘要 ： 文章介 绍 了稳健 性设计 的基 本原理 、典 型方 法和特性 ，再 结合 田 口质量 的产 品稳健性 分析 ，可 以发现 稳健性 对于产 品质 量的控制是 非常有效 的 ，证明 了该 方法可 以提 高质量 、降低 成本 ，具有很 高的 实用价值 。