基于廣義區(qū)間的汽車產(chǎn)品質(zhì)量特性穩(wěn)健設(shè)計方法與應(yīng)用.pdf

1、近年來在政策的鼓勵和市場的支持下，我國汽車行業(yè)蓬勃發(fā)展，2014年的產(chǎn)銷量繼續(xù)世界排名第一。在產(chǎn)量大幅增長的同時，更應(yīng)特別關(guān)注質(zhì)量的改進與提升。眾所周知，設(shè)計階段是質(zhì)量形成的源頭，而工程實際中廣泛存在的不確定性卻是質(zhì)量問題產(chǎn)生的根本原因。在設(shè)計階段即考慮不確定因素，在不增加成本的前提下提高其穩(wěn)健性，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效措施。因此，面向不確定性的設(shè)計方法研究與應(yīng)用對于提高汽車產(chǎn)品質(zhì)量特性的穩(wěn)健性具有重要意義。
　　基于概率和模糊理論

2、的不確定性設(shè)計方法需要大量樣本信息來建立描述不確定因素的概率分布函數(shù)和模糊隸屬度函數(shù)，而實際往往不能滿足這種數(shù)據(jù)要求。區(qū)間理論雖然對數(shù)據(jù)量的要求不大，但它具有的計算不可逆性和語義描述的局限性，使其在應(yīng)用中受到一定限制。作為一種新的不確定性量化方法，廣義區(qū)間利用上下界的序關(guān)系區(qū)分不同的語義描述，通過相應(yīng)運算符使得具有計算可逆性，在一定程度上彌補了經(jīng)典區(qū)間的不足。但是針對質(zhì)量特性穩(wěn)健設(shè)計的廣義區(qū)間型設(shè)計方法還沒有開展研究，尤其是在語義表述、

3、設(shè)計建模及求解、可行性分析以及動態(tài)系統(tǒng)不確定型變量的估計等方面的研究與應(yīng)用，還存在尚待解決的問題。穩(wěn)健設(shè)計是一種用來進行不確定性設(shè)計的常用方法，它在不消除不確定源的前提下，通過調(diào)整可控因素來減少由于不可控因素的變化導(dǎo)致的質(zhì)量特性的改變。目前的穩(wěn)健設(shè)計通常定義為優(yōu)化模型的求解最優(yōu)解形式，但是設(shè)計是一個信息不斷完善的過程，重復(fù)式的建立優(yōu)化模型并求最優(yōu)解無疑是不可取的。所以在進行優(yōu)化設(shè)計之前，應(yīng)先探討滿足設(shè)計約束的可行解問題，尋找滿足約束的所

4、有可行解為工程師提供穩(wěn)健性的輔助決策。
　　本文對基于廣義區(qū)間的汽車產(chǎn)品質(zhì)量特性的不確定性設(shè)計方法展開研究，在滿意約束問題的理論框架下探索方法的穩(wěn)健性。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點如下:
　　(1)提出基于量詞滿意約束問題的設(shè)計可行域探索模型。該方法利用廣義區(qū)間來量化不確定因素，通過與邏輯量詞相結(jié)合來表達變量在區(qū)間范圍內(nèi)“可控”或“不可控”的設(shè)計語義，從而將設(shè)計問題以廣義區(qū)間量詞滿意約束問題的形式進行建模。然后提出了三種基于語義分析

5、的分支剪枝算法求得模型的設(shè)計可行域。最后提出了基于區(qū)間分析法的混合分層蒙特卡洛驗證法用于解的驗證。本方法在量詞滿意約束問題的理論框架下建立了質(zhì)量特性設(shè)計模型，在全稱和存在變量及其設(shè)計約束的作用下求得模型的穩(wěn)健可行解。
　　(2)提出針對廣義區(qū)間型變量的全局靈敏度分析法。該方法以量詞滿意約束模型中的不確定性變量為研究對象，通過基于廣義Hartley熵的靈敏度指標(biāo)來定量分析變量中的不明確性，使用非可行性指標(biāo)來定性評估變量不確定性對質(zhì)量

6、特性的影響，并構(gòu)建了不確定性變量的靈敏度域概念，在不進行窮計算條件下增加了靈敏度分析結(jié)果的穩(wěn)健性。本方法只需估計變量變化的上下界限，無需假設(shè)概率分布，可同時分析變量的數(shù)值不確定性和設(shè)計語義對質(zhì)量特性的影響。
　　(3)提出基于廣義區(qū)間概率理論的擴展Kalman濾波機制?？紤]系統(tǒng)誤差和系統(tǒng)擾動共同存在時，該方法運用廣義區(qū)間概率對車輛動態(tài)系統(tǒng)中的隨機和認知不確定性進行量化，以對隨機廣義區(qū)間型數(shù)據(jù)的統(tǒng)特性定義為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了動態(tài)系統(tǒng)變量的