基於高斯過程的注塑成形工藝穩健設計與容差設計方法
2023-06-11 09:09:31
基於高斯過程的注塑成形工藝穩健設計與容差設計方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於高斯過程的注塑成形工藝控制穩健設計與容差設計方法，首先採用基於高斯過程的自適應典型相關分析方法獲得工藝參數與質量目標的關聯性，依據關聯度的大小把這些參數分類為主要參數和次要參數；然後建立主要參數的穩健優化模型，對目標函數和約束條件加入波動量，通過同時優化均值和方差兩個目標得到穩健的工藝參數組合，合理降低多參數模型計算的複雜性；進而分析工藝參數波動容差範圍與成本的關係，建立質量總體損失的數學期望模型，為各個工藝參數設置合理的容差範圍。本發明在設計過程中大大減少了人為經驗及試湊實驗的影響，設計周期短，產品合格率高，系統成本低，便於智能控制工程實現，可廣泛應用於各類材料成型過程。
【專利說明】基於高斯過程的注塑成形工藝穩健設計與容差設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種注塑成形工藝的穩健設計及容差設計方法，尤其是涉及一種高斯過程典型相關分析模型結合優化算法的注塑成形工藝控制穩健設計及容差設計方法，屬於注塑成型技術工程領域。
【背景技術】
[0002]隨著社會科學技術的不斷進步和發展，市場對產品的要求也越來越趨向於高精度、高合格率、低成本，生產技術也逐步向智能化轉型。在注塑成型技術工程領域中，計算機仿真技術已經大量的應用於成形質量的預測和最優工藝參數組合的獲取。然而，在實際生產製造過程當中，製品的質量還受到很多噪聲因素的影響，如工藝參數的波動和人員操作等。因而通過穩健設計減少這些因素的影響提高產品合格率也就顯得越來越重要。另一方面，產品的成本也是企業所需要考量的一個重要因素，工藝參數的容差不僅對產品質量有著至關重要的作用，而且也直接影響著系統成本。現有的穩健設計和容差設計方法中，有以下幾種:
[0003](I)在穩健工藝參數優化方面，如 Huang 在:『Research on Robust Design ofCraft Parameters in Plastic Injection Based on Relation Degree』(基於關聯度的注塑工藝參數穩健優化設計研究)(China Academic Journal Electronic PublishingHouse.1004-132X (2009) 21-2627-05)(中國學術期刊電子出版社，2009 年，2627-2631 頁)進行優化時，利用關聯度篩選設計變量和噪聲因素，並以翹曲為質量指標對注塑過程進行了分析，但是對於工藝參數波動引起的噪聲因素缺少一定的計算方法。
[0004](2)在穩健工藝的成本控制方面，Wei 在:『Robust Optimization and ToleranceAnalysis of Autobody Panel Stamping』(汽車覆蓋件成形工藝的穩健優化與容差分析)(Department of Plasticity Technology Shanghai Jiao Tong University, 2009)(上海交通大學塑性成型工程系，2009年)通過簡約配點的響應面模型分析了容差對產品質量的影響，驗證了通過合理設計工藝參數的容差可以提高產品質量，降低製造成本，為穩健優化的容差設計提供了一定的方法指導，卻沒有做到為工藝參數分配容差。
[0005]綜上所述，現有的穩健設計和容差設計方法中，不足主要體現在以下三個方面:1、由於對代理模型的應用較少，其計算時間往往過長；2、由於實際工程中各工藝參數對目標質量指標存在複雜的關聯性，傳統的優化設計一般都是針對所有工藝參數，這樣就帶來了大量的工作量，設計周期成本大大增加；3、對容差設計的實際應用做的研究較少，尤其是在基於穩健設計的基礎上，在保證合格率符合要求的基礎上如何進一步系統地減少成本。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提出一種高斯過程結合優化算法的注塑成形工藝控制穩健設計及容差設計方法，憑藉高斯典型相關分析篩選出主要參數，並在此基礎上進行進一步設計，解決傳統優化方法計算時間過長，設計周期及成本過高的問題。[0007]本發明實現上述目的所採取的技術方案是:一種基於高斯過程的注塑成形工藝控制穩健設計與容差設計方法，包括實驗設計方法抽樣，基於高斯過程的關聯性分析，穩健設計與容差設計，具體按照以下步驟進行:
[0008]步驟1，根據用戶給定的初始條件，通過增強型平移傳播拉丁超立方ETPHLD抽樣方法進行實驗設計，得到設計變量組合X = [X1, χ2), χΝ]τ,並對設計變量組合分別進行高精度分析求解，得到相應的響應值Y = Ly1, y2,..., yN]T，與設計變量組合一併組成模型的訓練數據集(X，y)；
[0009]步驟2，以步驟I所得到的訓練數據集，建立基於高斯過程的典型相關分析模型，確定基於高斯過程的典型相關分析模型中的協方差函數，得到工藝參數與質量指標之間的關聯性，該協方差函數的計算公式如下公式(I):
[0010]
【權利要求】
1.一種基於高斯過程的注塑成形工藝控制穩健設計與容差設計方法，包括實驗設計方法抽樣，基於高斯過程的關聯性分析和穩健設計與容差設計，其特徵在於，具體按照如下步驟進行: 步驟1，根據用戶給定的初始條件，通過增強型平移傳播拉丁超立方ETPHLD抽樣方法進行實驗設計，得到設計變量組合X = [X1, x2), xN]T，並對設計變量組合分別進行高精度分析求解，得到相應的響應值Y = Ly1, y2,..., yN]T，與設計變量組合一併組成模型的訓練數據集(X，y)； 步驟2，以步驟I所得到的訓練數據集，建立基於高斯過程的典型相關分析模型，確定基於高斯過程的典型相關分析模型中的協方差函數，得到工藝參數與質量指標之間的關聯性，該協方差函數的計算公式如下公式(I):
2.根據權利要求1所述的基於高斯過程的注塑成形工藝控制穩健設計與容差設計方法，其特徵在於，步驟2所述的基於高斯過程的典型相關分析模型所得到的工藝參數與質量指標之間的關聯性的計算方法是:首先通過轉化典型相關主軸求得典型相關變量，最後利用求得的典型相關變量來計算出參數間的相關係數，相關係數就是變量之間關聯度的大小指標。
3.根據權利要求1所述的基於高斯過程的注塑成形工藝控制穩健設計與容差設計方法，其特徵在於，步驟3所述的主要參數穩健設計模型中同時加入約束函數和目標函數的波動影響，其模型的建立過程步驟為: 步驟A，在約束條件中加入波動量考慮，如公式(6):
4.根據權利要求1所述的基於高斯過程的注塑成形工藝控制穩健設計與容差設計方法，其特徵在於，步驟5所述的工藝參數容差範圍與成本的數學期望模型的建立具體分為三部分: 工藝參數與質量損失的關係如公式(9):
【文檔編號】G06F17/50GK104008248SQ201410244199
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月4日 優先權日:2014年6月4日
【發明者】夏薇, 潘冰, 廖小平, 曾建民 申請人:廣西大學