基于SPC反馈质量特性的农机装备可靠性稳健设计的研究

For the reliability robust design of the agricultural machinery and equipment, this subject takes the SPC statistical tools as a means, feedback the quality characteristic parameter of the agricultural machinery and equipment to the reliability robust design mathematical model, research effective solution by intelligent computing on the base of the mathematical model, direct the optimal design of the key components of the agricultural machinery and equipment. Firstly, analyze the factors affecting the function of agricultural machinery and equipment, design the key components of agricultural machinery and equipment with three-dimensional design software, and analyze the quality characteristics of the mass production part of the SPC statistical tools. Secondly, for detecting the quality variable data of the key components, use quality control charts to analyze quality characteristics in the production process, and analyze the noise factor which affects the quality characteristics. Distinguish control factors and noise factors in the parts quality characteristics, feedback parameters of the established reliability robust design mathematical model.Finally, for multi-objective optimization mathematical model of the reliability robust design of the agricultural machinery and equipment, take intelligent computing method to solve. This subject will present a new perspective and methods to solve the reliability robust design for agricultural machinery and equipment.

针对农机装备可靠性稳健设计的问题，以SPC统计工具为手段，将农机装备设计制造过程中的关键零部件的质量特性参数，反馈到零部件可靠性稳健设计的数学模型中，在此基础上利用智能计算分析该数学模型的有效求解，并进行农机装备关键零部件的优化设计。首先，分析影响农机装备功能的因素，用三维设计软件参入农机装备关键零部件进行设计，对农机装备关键的零部件用SPC统计工具进行质量特性分析。其次，对于关键零部件的质量检测变量数据，利用质量控制图分析生产过程质量特性，分析质量噪声影响因素。甄别零部件质量特性中控制因素和噪声因素，确定影响产品质量的重要影响参数，以这些参数为载体，反馈到建立的可靠性稳健设计的数学模型中。最后，对农机装备零部件可靠性稳健设计的多目标优化数学模型，采取智能计算的方法进行求解。所采用的研究手段为解决农机装备可靠性稳健设计提供新的角度和方法。

本项目的背景一是针对当前我国农机装备的设计是按照传统的静态设计方法，提出基于SPC统计数据将稳健设计方法与可靠性设计方法综合考虑，二是在一般的机械零部件的可靠性稳健设计中，许多设计变量和参数具有不确定性，不能给出随机变量与可靠度的显性函数表达式，在计算可靠性时会产生失效概率误差大的明显缺陷。主要研究内容一是根据质量功能配置和公理设计等工具进行可靠性稳健设计研究；二是将物理规划法与容差模型二步解法结合研究可靠性稳健设计方法；三是研究随机变量为任意概型的结构可靠性稳健设计方法。重要结果一是融合了质量功能配置与公理设计，运用模糊回归理论将顾客需求融入农机产品如水稻摆栽机的零部件可靠性优化设计中，使得农机装备产品设计过程更具指导性，所提出的理论和方法具有普适性，可用来指导其它机械产品的设计；二是在可靠性稳健设计数学建模过程中，改进粒子群算法，增强了多目标问题局部寻优能力，简化了算法，缩短了运算时间；三是在可靠性稳健设计过程中，提出将物理规划法与容差模型结合起来，使设计偏好区间的选择更加符合工程实际。关键数据如利用带约束的自适应粒子群算法对提取的关键零部件如水稻摆栽机的拨盘轴进行结构可靠性参数优化，根据与Monte Carlo检验比较，在可靠度分别为0.995和0.999时的优化设计参数，其相对误差分别为2.53%和2.40%，计算精度较高。分析了水稻摆栽机的压杆在可靠度R=0.995时一般解与稳健可行性解比较，并分析了水稻摆栽机的压杆在可靠度R=0.990、R=0.995、R=0.999时压杆的结构最优值及质量损失值。科学意义提出SPC反馈质量特性的理论和方法有效利用在农机装备的可靠性稳健设计中，使农机装备的关键零部件设计更具有指导性，为我国的农机装备研发与设计提供创新性方法。