六西格玛设计DFSS容差设计优化的方法

六西格玛设计DFS哈差设计优化的方法合理的容差设计对于提高可生产性、产品质量和节约本钱是一个关键的因素，因而在质量工程领域，以田口思想为根底开展起来的容差设计和优化容差成为研究热点之一。目前容差设计优化的方法主要有：线性或非线性规划法、最小本钱法、遗传算法、模糊综合法、人工智能法等。容差设计首推田口三次设计中的容差设计及其质量损失函数；以之为根底。Chen(1989)、Fathi(1990)和Jeang(1994、1995等以质量损失函数为目标作了进一步的研究。由于质量损 失函数易于应用且具有经济意义，大多数以之作为容差设计的优化目标。田口的正交表在统计上的缺陷限制了质量损失函数在容差设计中的应用。H. Vasser等采用统计的容差来计算产品的总本钱加工本钱和质量损失本钱，并以此及各加工工序能力来选择零件的加工方法；J.R.Derrico和N.A.Zaino改良了 Taguchi方法调整样本点以使其更逼近尺寸的正态分布，并以质量损失最小进行了容差设计。D.B.Parkinson应用田口三次设计方法，认为尺寸名义值是可以调整的，而设计变量实际 尺寸是在名义尺寸和容差的范围内变动，同时装配性能如装配间隙为实际尺寸的函数，这样设计的目标就是使装配间隙变动最大和最小的差值最小，从而使得装配性能尺寸变动的敏感性最小，实现健壮设计。Gadallah利用正交试验所获得的模拟数据，以总本钱最小进行了容差设计：Jeang应用商业软彳Monte Carlo方法模拟获得实验数据，然后进行试验设计Design of Experiments,DOE找出难降低本钱并可提高质量的最正确方案，应用Taguchi类型质量损失函数，以综合本钱最小为目标来设计容差 ；Jeang应用响应面法Response Surface Methodology,RSM以综合本钱最小进行了容差设计。Wu认为质量损失和加工本钱应处于同等重要的地位，因此也以综合本钱最小进行容差设 计，但采用了不对称的损失函数；Zhang Chun认为容差一本钱函数中的参数是不确定的,因此很难得到准确的模型，而且基于总本钱最小的设计方法没有将加工过程的优化包括在 内。从所应用的方法上来划分，大量的研究可分为两个方面:(1)将容差设计问题用于各种本钱-容差函数和或质量损失函数作为一个线性或非线 性优化问题，通过数学模型或优化技术来进行容差设计。这些方法的目标通常是在满足装配要求的前提下，使制造本钱最低。因此本钱一容差函数得到广泛的研究， 提出了多种不同的 本钱和 容差 数 学 模型， 比 拟成 熟 的有：aJ1-,-T 指数模型(Exponential Model)：、C二。0产负平方模型(Reciprocal Squarel Model)：Lean SixSign(j( t)-张驰国际管理咨询集团厂倒数雇指数模型(Redpiocal Powers Model)：4 X项式模型(PHyiwmhl品MJ),例如次/项式模型为:C( D = att 七 / 丁 + 色+ 日5复合模型(Hybrid Mhdel)沿川的仃指数和墓指数混合模型;c(r)=囱+%l +四.卬线性和指数混合模型;C ( 7 ) = r% + % 丁 + &e 指数和分式混合模型：倒指数积和指数混合模型：C( T)匚 0Te 1 + n,t* ，r改进的指数模型(Modified ExpsiEntial Model)：C(T) =。口 ,户7神经网络模型：利用神经网络的高度非线性映射特点，以零件的容差作为神经网络的输入，加工本钱为网络的输出，由此构造加工本钱一容差的神经网络模型。这些模型的共同点是：主要考虑的是制造本钱，没有考虑产品全寿命周期本钱的变化规律。这些模型通常假定在某一特定的加工环境下，采集足够的容差本钱的统计数据，然后用最小二乘法等来确定模型中的参数。这样的本钱容差模型与具体实现容差的工艺过程没有或很少 联系，只是在特定的加工环境下具有良好的效果。然而在不同的加工环境下或采用不同的加工手段必然会导致加工本钱以外的本钱比方使用维护本钱等差异，那么此模型就不能确切反映产品全寿命周期本钱和容差的正确的关系，进行设计就可能会带来较大的误差。显然,这种做法是难以实现容差设计全局最优的目标。(2)利用实验设计和或计算机模型优化方法进行容差设计H.Moskowitz,R.Plante提出了产品的多个质量指标为设计参数线性或二次函数的多变量的容差优化方法，包括参数化设计方法。前者用于设计参数分布函数的场合，后者用于仅仅知道设计参数的方差和均值的场合。A.Jeang提出了使产品制造本钱、质量损失、返工本钱以及废弃本钱的总和为最小的装配容差优化模型，并考虑产品质量和加工能力约束；针对具体设计目标，讨论了望目、望大、望小、望正态等容差设计模型；研究了在产品装配设计和加工规划阶段进行尺寸和容差集成设计的方法。C.C.Wu和G.R.Tang,M-H.C.Li,S.Maghsoodloo和M.-H.C.Li, J.Teeravaprug和B.R.Cho等研究了具有非对称质量损失产品的容差设计问题，提出了调整设计目标和进行稳健容差设计的方法。这些文献利用计算机模拟得到实验数据和响应值，但对实验设计尤其是响应曲面方法的应用仅限于估计经验模型，而没有充分利用实验设计的优势。从文献研究来看，当前国内外容差设计方法主要以制造本钱最低为目标，较少关注如何通过容差设计来减少产品开发时间和降低产品全寿命周期本钱，并同时提高产品可制造性和可靠性，这恰是容差设计未来开展的重要方向之一。因此，本文从产品全寿命周期本钱角度来探讨容差设计系统的方法就显得非常必要了。