[00129496]基于公理设计的稳健优化设计与评价方法研究

当今世界市场竞争激烈，快速开发新产品已成为企业生存与发展的关键。有效的设计理论与方法的应用可以提高产品质量，降低成本，减少产品的开发周期，其价值和作用是显而易见的。不同背景下发展起来的设计理论与方法各有其适合的应用领域，单一的设计理论无法满足产品设计的要求，因此需要将不同设计理论与方法中的设计工具集成以适应产品设计过程中的各阶段，实现它们之间的优势互补。公理设计理论为产品设计提供了一种科学基础和原理指导，已成为设计领域研究的热点，它已逐渐成为现代产品设计的重要方法之一。然而，公理设计距离完善的理论体系和实用尚有一定的差距。稳健设计是保证产品设计质量的一种有效工程设计方法，其应用目前主要限制于单一目标的零部件设计，对复杂产品设计来说，这种自底向上的设计方式是不切实际的，而公理设计提供了一种自顶向下的设计思路。因此融合公理设计和稳健设计，从而可明确公理设计对产品性能提高的落脚点，扩展稳健设计的通用性。程贤福博士主持完成的江西省自然科学基金课题《公理设计与稳健设计的统一关系及稳健优化设计方法研究》和教育厅科技研究项目《基于公理设计的多目标优化设计与评价方法研究》深入探讨了独立公理和信息公理与稳健设计的关系，揭示了公理设计与稳健设计之间的内在联系。针对质量特性常用的几种统计分布类型，分别建立了公理设计中的信息量与稳健设计方法的质量损失函数/信噪比之间的数学联系。成果发表在《Int. J. of Materials and Product Technology》和《机械强度》等杂志上。应用信息公理来指导设计人员对设计方案进行评价，利用满足功能要求的概率的形式表达设计者对评价指标的满意程度。而不需要像其他决策理论中所用的权重，也无需需作规范化处理。针对产品设计过程中方案评价的特点，分别提出了基于模糊信息公理的设计方案评价方法、基于灰色关联分析和信息公理的优选方法和基于物理规划与信息公理的评价方法。这些成果发表在《Advanced Materials Research》、《计算机集成制造系统》以及《机械科学与技术》上。在项目的研究进程中，对多目标稳健优化也有一些新成果，提出了基于独立公理的多目标优化设计方法，在此基础上，将设计者的期望和偏好引入到损失函数中，实现了稳健优化设计与公理设计的集成。成果发表在《中国机械工程》、《农业机械学报》以及《工程设计学报》等杂志上。另外，程贤福博士与长江船舶设计院合作，利用公理设计方法进行门座起重机的总体设计，减少了设计的耦合性，提高了起重机的设计效率，缩短了设计周期；利用信息公理对变幅机构的驱动方案和水平位移补偿系统进行了评价，将整个决策过程置于一个更加灵活自然的框架中，更符合工程实际情况，减少了方案优选的盲目性；对变幅机构补偿滑轮组系统进行了分析，建立了一般优化和稳健优化模型，使货重在变幅过程中更接近水平线，稳定性好，在很大程度上提高了起重机的技术含量和综合质量。