電子繼電器葉片組件穩(wěn)健性與優(yōu)化分析

1、電子繼電器葉片組件穩(wěn)健性與優(yōu)化分析內(nèi)容計算要求計算方案參考模型計算參數(shù)敏感性分析與優(yōu)化：穩(wěn)健性分析穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析與穩(wěn)健性優(yōu)化總結(jié)計算要求計算要求依據(jù)某電子客戶的要求，對葉片組件進行穩(wěn)健性評 估與優(yōu)化當兩個鉚釘孔往中間收縮（單邊收縮量0.3870.01 ） 的時候，葉片上端會往FB方向偏移，當鉚釘孔的收縮量達到設(shè)定值后，在F所在的部位施加推力， 在推動過程中的某個時刻，葉片上端會回彈向FA 一側(cè)，此過程中產(chǎn)生的最大力F及其波動范圍為穩(wěn) 健性和優(yōu)化的指標。優(yōu)化目標優(yōu)先滿足條件：F波動范圍0.1合格率在3西格瑪水平。第二滿足條件：F力均值等于1.61.8，最好1.7。如果1.61.8不能滿足穩(wěn)

2、健性要求，則均值可以優(yōu)化到其他值如果無法滿足波動范圍0.1合格率在3西格瑪水平的要求，則給 出能夠滿足3西格瑪水平的波動范圍計算要求設(shè)計參數(shù)UG中建模，參考模型中的建模參數(shù)（均值）與設(shè)計圖略有差異（客戶提供）。公差范圍均為3西格瑪值，概率分布函數(shù)為標準正態(tài)分布。計算方案計算方案參考模型計算：基于參考模型定義設(shè)計參數(shù)，進行葉片工作過程模擬，獲取輸出： 位移極值、推力極值、位移時程曲線、推力時程曲線等。參數(shù)敏感性分析與優(yōu)化：F的設(shè)計參數(shù)敏感性優(yōu)化目標為F=1.7N，獲取最優(yōu)設(shè)計最優(yōu)設(shè)計的穩(wěn)健性分析：評估F波動范圍 0.1N是否達到3西格瑪水平，識別敏感參 數(shù)（公差）穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析與穩(wěn)健性優(yōu)化

3、穩(wěn)健性指標：F的標準差對設(shè)計參數(shù)（名義值）敏感性基于F波動范圍 0.1N達到3西格瑪水平的目標進行優(yōu)化，評估優(yōu)化的可行性，如果不可行，則提供 滿足3西格瑪水平的波動范圍，以及提高F值穩(wěn)健性的最佳措施。參考模型計算參考模型計算計算方案：ANSYS Workbench非線性分析接觸、大變形位移加載，靜力分析模擬非線性動態(tài)過程，應(yīng)用非線性穩(wěn)定技術(shù)保 證計算過程穩(wěn)定性輸入?yún)?shù)（設(shè)計參數(shù)）：Workbench與UG 的Plug-in接口， 雙向參數(shù)關(guān)聯(lián)（優(yōu)化與穩(wěn)健性分析的必需選擇）輸出參數(shù)（響應(yīng)參數(shù)）：Workbench的輸出結(jié)果，通過APDL提取并輸出上端位移、推力極值、時間歷程（信號）參考模型計算計

4、算模型鉚釘孔收縮位移推力位移初始擾動載荷參考模型計算計算結(jié)果參考模型計算計算結(jié)果葉片上端位移歷程推力歷程參考模型計算優(yōu)化分析中實際采用的參考模型優(yōu)化分析需要進行大量具 有不同設(shè)計參數(shù)的樣本模 型計算，為了捕捉到所有 樣本的最大推力，需要施 加較大的推進位移，為了 節(jié)約計算時間，不再考慮 推力位移的回撤不影響初始最大位移偏移 量和最大推力F的結(jié)果但將導(dǎo)致最大回彈位移偏 小本次分析的關(guān)注點為F值， 所以此方案可行在最大回彈位移也是必要 的優(yōu)化參數(shù)的時候，必須 考慮位移回撤以獲取準確 的回彈位移葉片上端位移歷程推力歷程參數(shù)敏感性分析與優(yōu)化參數(shù)敏感性分析參數(shù)敏感性分析的目的。掃描設(shè)計空間，評估F值對輸

5、入?yún)?shù)的敏感性，篩選重要參數(shù)為 優(yōu)化分析（F=1.7N）做準備基于MOP技術(shù)，建立響應(yīng)與輸入?yún)?shù)之間的響應(yīng)面，可作為替 代求解器輸入?yún)?shù)：6個確定性參數(shù)，設(shè)計區(qū)間初定為0.1輸出響應(yīng)參數(shù)：3個實數(shù)響應(yīng)和2個信號響應(yīng)樣本策略：100個拉丁超立方樣本參數(shù)敏感性分析參數(shù)敏感性分析求解鏈參數(shù)敏感性分析敏感性結(jié)果1。COI相關(guān)系數(shù)蟻丘圖樣本參數(shù)統(tǒng)計參數(shù)敏感性分析敏感性結(jié)果2。掃描信號參數(shù)敏感性分析敏感性結(jié)果3。MOP（響應(yīng)面）參數(shù)過濾COP參數(shù)敏感性分析結(jié)論。對所有輸出進行了參數(shù)敏感性分析，本次計算目標是對F值進行優(yōu)化分析，所以重點展示F 的分析結(jié)果100個樣本點建立的MOP，力F的COP值已經(jīng)達到99

6、%，具備足夠的擬合精度MOP進行了參數(shù)過濾：參數(shù)DS_Inside_Yoffset和DS_Outside_Yoffset的影響可以忽略，響應(yīng) 面基于其余四個參數(shù)進行回歸，這四個參數(shù)的作用均為修改腰部寬度，所以也是合理的。獲得了每個參數(shù)的COP值（重要性因子），四個參數(shù)的重要性處于同一量級MOP可以作為替代求解器進行設(shè)計優(yōu)化參數(shù)優(yōu)化在敏感性分析的基礎(chǔ)上，基 于MOP進行優(yōu)化設(shè)計變量：4個重要參數(shù)，搜索空間 初定為0.1，另外兩個不重要參數(shù)保 持為初始值（0）優(yōu)化目標：abs(F-1.7)min約束函數(shù)：無對MOP求解器的優(yōu)化設(shè)計進 行驗證計算參數(shù)優(yōu)化優(yōu)化求解鏈參數(shù)優(yōu)化MOP優(yōu)化結(jié)果DS_Insi

7、de_R：11.832DS_Inside_Xoffset：-0.082DS_Outside_R：11.795DS_Outside_Xoffset：-0.073F值：1.7驗證計算結(jié)果DS_Inside_R：11.832DS_Inside_Xoffset：-0.082DS_Outside_R：11.795DS_Outside_Xoffset：-0.073F值：1.71驗證計算結(jié)果表明當前優(yōu)化參數(shù) 的F值與優(yōu)化目標有0.01的差距， 這與MOP的擬合誤差有關(guān)，可以 通過進一步的MOP更新或者直接 優(yōu)化算法進行優(yōu)化改進。本次設(shè) 計并不精確要求F=1.7N，所以接 受當前的優(yōu)化設(shè)計參數(shù)進行穩(wěn)健 性分析

8、。穩(wěn)健性分析穩(wěn)健性分析對當前優(yōu)化設(shè)計進行穩(wěn)健性分析基于方差的穩(wěn)健性評估： F波動范圍0.1的合格率是否達到3西格 瑪水平設(shè)計變量的隨機分布函數(shù)標準正態(tài)分布名義設(shè)計（均值）從優(yōu)化流程中導(dǎo)入根據(jù)設(shè)計公差輸入標準差。隨機樣本策略：100個拉丁超立方樣 本穩(wěn)健性分析同時進行隨機參數(shù)敏感性 分析，并建立MOP穩(wěn)健性分析穩(wěn)健性分析求解鏈穩(wěn)健性分析結(jié)論當前優(yōu)化設(shè)計下，F(xiàn)波動范圍0.1的西格瑪水平僅為0.87， 不能滿足3西格瑪?shù)囊蟆的標準差為0.118N，即滿足3西格瑪水平的波動范圍為0.354N。DS_Inside_Yoffset和 DS_Outside_Yoffset的波動對F 影響忽略不計對F波動

9、影響最大的設(shè)計公差 為DS_Inside_Xoffset，該設(shè)計 變量公差達到0.07，明顯大于 其它公差，從工藝的角度重點 控制該參數(shù)的公差范圍將可以 有效減小F的波動。需要基于F波動范圍 0.1N達到 3西格瑪水平的目標對當前設(shè) 計進行優(yōu)化改進。穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析與優(yōu)化穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析的目的。掃描設(shè)計空間，評估F的波動（標準差）對 輸入?yún)?shù)名義值的敏感性基于MOP技術(shù)，建立F標準差與輸入?yún)?shù)之 間的響應(yīng)面穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析是參數(shù)敏感 性與穩(wěn)健性的耦合求解參數(shù)敏感性系統(tǒng)基于確定性參數(shù)設(shè)計空間建 立掃描樣本點，作為穩(wěn)健性分析的名義設(shè)計， 輸入?yún)?shù)：6個確定性參數(shù)，設(shè)

10、計區(qū)間初定為0.1穩(wěn)健性分析系統(tǒng)對每個名義設(shè)計，考慮參數(shù) 隨機公差進行穩(wěn)健性評估，輸出敏感性分析 所需響應(yīng)參數(shù)：每個名義設(shè)計的均值和標準 差樣本策略：敏感性系統(tǒng)與穩(wěn)健性系統(tǒng)各24個 拉丁超立方樣本，所以穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分 析系統(tǒng)共計24*24=576個樣本，optiSLang設(shè) 計點并行計算可實現(xiàn)快速求解。穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析DS_Outside_Xoffset：26%DS_Outside_R：26%DS_Inside_R：26%DS_Inside_Xoffset：21%敏感因子（COI和COP）與前述確定 性敏感性分析的結(jié)果基本是一致的， 考慮到當前穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析樣 本數(shù)量較少（24個

11、），與前述結(jié)果（100個樣本）有一些差別，但在合理 的范圍內(nèi)，也可以說明當前的計算結(jié) 果是可信的。結(jié)論對F的均值影響最大的名義 設(shè)計參數(shù)為：穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析對F波動影響最大的設(shè)計公差為DS_Inside_Xoffset此結(jié)論與前述F=1.7N的最優(yōu)設(shè)計的穩(wěn)健 性分析結(jié)論是一致的DS_Inside_Xoffset的設(shè)計公差達到0.07， 明顯大于其它公差，從工藝的角度重點 控制該參數(shù)的公差范圍將可以有效減小F 的波動。穩(wěn)健性優(yōu)化需要通過調(diào)整名 義設(shè)計來改進F值的波動， 所以需要進一步考察波動對 名義設(shè)計參數(shù)的敏感性。結(jié)論通過考察各個名義設(shè)計對應(yīng) 的穩(wěn)健性分析結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計點2（stddev

12、_f最大）設(shè)計點6（stddev_f最?。┓€(wěn)健性參數(shù)敏感性分析結(jié)論對F的波動影響最大的名 義設(shè)計參數(shù)為：DS_Outside_R：36%，隨參數(shù)減 小而減小DS_Outside_Xoffset：33%，隨參 數(shù)增加而減小DS_Inside_Xoffset：13%，隨參 數(shù)減小而減小DS_Inside_R：5%，隨參數(shù)減小 而減小可以得出結(jié)論：F的波動 隨腰部寬度的增加而減小穩(wěn)健性優(yōu)化基于MOP的優(yōu)化優(yōu)化方案設(shè)計參數(shù)考慮所有6個參數(shù)當前設(shè)計空間內(nèi)（設(shè)計參數(shù)搜索范圍0.1）優(yōu)化目標：F的標準差最小，無約束條件。優(yōu)化結(jié)果：DS_Outside_R=11.65mmDS_Inside_R=11.74mm

13、DS_Inside_Xoffset=-0.1mmDS_Outside_Xoffset=0.1mmDS_Inside_Yoffset=0.04mmDS_Outside_Yoffset=0.03mmStddev_f=0.077N，波動0.1的西格瑪水平為1.30，無法滿 足3西格瑪要求。Mean_f=3.16結(jié)論：在當前設(shè)計空間內(nèi)，穩(wěn)健性最佳的設(shè)計F波動0.1N 的西格瑪水平為1.30，F(xiàn)均值為3.16N，不存在滿足3西格 瑪要求的優(yōu)化設(shè)計。調(diào)整方案DS_Outside_R和 DS_Outside_Xoffset的作用都是改 變腰部外側(cè)邊界，而且二者敏感 性接近，所以進一步優(yōu)化的時候 考慮COP較

14、大的DS_Outside_R的 變化即可。DS_Inside_Xoffset和DS_Inside_R 的作用都是改變腰部內(nèi)側(cè)邊界， 而且二者敏感性接近，所以進一 步優(yōu)化的時候考慮COP較大的 DS_Inside_Xoffset的變化即可。綜上所述，進一步敏感性分析確 定優(yōu)化參數(shù)為DS_Outside_R和 DS_Inside_Xoffset穩(wěn)健性參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析-調(diào)整穩(wěn)健性參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析-調(diào)整）調(diào)整方案確定性設(shè)計參數(shù)僅考慮DS_Outside_R和DS_Inside_Xoffset，隨機參 數(shù)考慮所有6個參數(shù)敏 感 性 參 數(shù) 掃 描 范 圍 ： 11.4 DS_Outside_R1

15、1.75， -0.5 DS_Inside_Xoffset 0，這個參數(shù)變化范圍已經(jīng)接近CAD模型可以接 受的極值，其響應(yīng)參數(shù)是穩(wěn)健性系統(tǒng)計算的統(tǒng)計參數(shù)（均值和方差穩(wěn)健性分析每個參數(shù)的隨機參數(shù)同前，其名義設(shè)計（均值）來源于 敏感性參數(shù)系統(tǒng)的樣本點樣本策略：敏感性系統(tǒng)與穩(wěn)健性系統(tǒng)各24個拉丁超立方樣本，共計576個樣本。參數(shù)敏感性對F均值影響最大的設(shè)計參數(shù)為DS_Inside_XoffsetDS_Outside_R：17%DS_Inside_Xoffset：82%對F標準差影響最大的名義設(shè)計為DS_Outside_RDS_Outside_R：74%DS_Outside_Xoffset：21%對F標

16、準差影響最大的設(shè)計公差為DS_Inside_Xoffset（60%80%）穩(wěn)健性參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析-調(diào)整穩(wěn)健性參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析-調(diào)整優(yōu)化優(yōu)化方案基于MOP的優(yōu)化，設(shè)計參數(shù)DS_Outside_R和DS_Inside_Xoffset，其它參數(shù)保持初始值優(yōu)化目標：F的標準差最小，無約束條件。優(yōu)化結(jié)果：DS_Outside_R=11.4mmDS_Inside_Xoffset=-0.5mm其它參數(shù)：初始值Stddev_f=0.076N，波動0.1的西格瑪水平為 1.32，無法滿足3西格瑪要求。Mean_f=4.20結(jié)論：在當前設(shè)計空間內(nèi)，穩(wěn)健性最佳的設(shè) 計F波動0.1N的西格瑪水平為1.32，F(xiàn)

17、均值為 4.2N，不存在滿足3西格瑪要求的優(yōu)化設(shè)計。穩(wěn)健性參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析-調(diào)整結(jié)果分析F的波動隨腰部寬度的增加而減小，但減小的速度隨寬度的增加越來越小，進一步增加腰部寬度的效果會越來越不顯著設(shè)計1為初始設(shè)計：Mean_f=1.71N，Stddev_f=0.118N，波動0.1的西格瑪水平為0.87，無法滿足3西格瑪要求。設(shè)計2為當前空間F波動最小設(shè)計：Mean_f=4.2N，Stddev_f=0.076N，波動0.1的西格瑪水平為1.32，無法滿足3西格瑪要求。DS_Inside_Xoffset=0DS_Inside_Xoffset=-0.5DS_Outside_R=11.75DS_Ou

18、tside_R=11.4設(shè)計1設(shè)計2在當前參數(shù)范圍內(nèi)， 設(shè)計2的F值波動已經(jīng) 達到最優(yōu)，但無論體 型還是F的均值均可 能無法滿足產(chǎn)品使用 要求，所以可以得出 結(jié)論：在當前參數(shù)空 間內(nèi)，在設(shè)計所能接 受的范圍內(nèi)，無法得 到F波動0.1N 達到3 西格瑪要求的設(shè)計。穩(wěn)健性參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析優(yōu)化目標：Stddev_fmin約束條件： 1N Mean_f2N基于第一次穩(wěn)健性參數(shù)敏感性分析獲得的全參數(shù)MOP，搜索范圍0.1mm的模型進行優(yōu)化搜索當前設(shè)計空間可行的最佳設(shè)計穩(wěn)健性參數(shù)敏感性與優(yōu)化分析搜索當前設(shè)計空間可行的最佳設(shè)計最佳設(shè)計DS_Outside_R=11.65mmDS_Inside_R=11.

19、94mmDS_Inside_Xoffset=-0.02mmDS_Outside_Xoffset=0.07mmDS_Inside_Yoffset=0mmDS_Outside_Yoffset=0.03mmStddev_f=0.089N，波動0.1的西格瑪水平為 1.12。滿足3西格瑪水平的波動范圍為0.267Mean_f=2.0N注：以上最佳設(shè)計為基于MOP的 優(yōu)化，需要針對該設(shè)計專門進行精 確的穩(wěn)健性分析進行驗證，并可能 有必要對優(yōu)化設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化改 進和調(diào)整（此處略）。總結(jié)總結(jié)-優(yōu)化搜索結(jié)果以F接近1.7為優(yōu)化目標得到的最優(yōu)設(shè)計結(jié)果為DS_Inside_R：11.832DS_Inside_X

20、offset：-0.082DS_Inside_Yoffset：0DS_Outside_R：11.795DS_Outside_Xoffset：-0.073DS_Outside_Yoffset：0該優(yōu)化設(shè)計的F均值為1.71N，標準差為0.118N，F(xiàn)波動 范圍0.1的西格瑪水平僅為0.87，不能滿足3西格瑪?shù)囊?求。滿足3西格瑪水平的波動范圍為0.354N總結(jié)-優(yōu)化搜索結(jié)果在如下的設(shè)計空間內(nèi)11.74 DS_Inside_R 11.94-0.1 DS_Inside_Xoffset 0.1-0.1 DS_Inside_Yoffset 0.111.65 DS_Outside_R 11.85-0.1

21、DS_Outside_Xoffset 0.1-0.1 DS_Outside_Yoffset 0.1F波動最小的設(shè)計為DS_Outside_R=11.65mmDS_Inside_R=11.74mmDS_Inside_Xoffset=-0.1mmDS_Outside_Xoffset=0.1mmDS_Inside_Yoffset=0.04mmDS_Outside_Yoffset=0.03mm該優(yōu)化設(shè)計的F均值為3.16N，標準差為0.077N，F(xiàn)波動范圍0.1的西格 瑪水平僅為1.30，不能滿足3西格瑪?shù)囊?。滿足3西格瑪水平的波動范 圍為0.231N在以上設(shè)計空間內(nèi)，不存在滿足3西格瑪要求的優(yōu)化設(shè)

22、計?？偨Y(jié)-優(yōu)化搜索結(jié)果在如下的設(shè)計空間內(nèi)-0.5 DS_Inside_Xoffset 011.4 DS_Outside_R 11.75DS_Inside_R =11.84DS_Inside_Yoffset =0DS_Outside_Xoffset =0DS_Outside_Yoffset =0F波動最小的設(shè)計為DS_Inside_Xoffset=-0.5DS_Outside_R=11.4DS_Inside_R =11.84DS_Inside_Yoffset =0DS_Outside_Xoffset =0DS_Outside_Yoffset =0該優(yōu)化設(shè)計的F均值為4.2N，標準差為0.076N

23、，F(xiàn)波動范圍0.1的西格瑪 水平僅為1.32，不能滿足3西格瑪?shù)囊?。滿足3西格瑪水平的波動范圍 為0.228N在以上設(shè)計空間內(nèi)，不存在滿足3西格瑪要求的優(yōu)化設(shè)計?？偨Y(jié)-優(yōu)化搜索結(jié)果綜上所述，在可行的設(shè)計空間內(nèi)，不存在滿足F波動范圍0.1 達到3西格瑪要求的優(yōu)化設(shè)計當前空間內(nèi)可行的最佳設(shè)計，優(yōu)化目標：Stddev_fmin， 約束條件： 1N Mean_f2NDS_Outside_R=11.65mmDS_Inside_R=11.94mmDS_Inside_Xoffset=-0.02mmDS_Outside_Xoffset=0.07mmDS_Inside_Yoffset=0mmDS_Outside_Yoffset=0.03mmMean_f=2.0NStddev_f=0.089N，波動0.1的西格瑪水平為1.12，不滿足3西格瑪?shù)囊螅?滿足3西格瑪水平的波動范圍為0.267N注：以上最佳設(shè)計為基于MOP的優(yōu)化，需要針對該設(shè)計專 門進行精確的穩(wěn)健性分析進行驗證，并可能有必要對優(yōu)化 設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化改進和調(diào)整（此處略）。總結(jié)-參數(shù)敏感性DS_Inside_Yoffset和DS_Outside_Yoffset對所有F相關(guān)參數(shù)（均值及波動） 影響很小，可忽略不計對F均值，四個參數(shù)的影響為同量級，說明影響F均值的關(guān)鍵因素是腰 部寬度，F(xiàn)隨腰部寬度增加而增加。DS