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【摘 要】机械设计的发展历经多年，具有深厚的经验基础。但是，在机械设计中，始终存在设计产品性能低于预期的情况。基于此，健壮设计理念得以提出。本文对机械设计和健壮设计做了简单介绍，分析了健壮设计的理论基础，对其实际应用进行了探究，以期促进健壮设计思想在机械设计中的融入和运用，不断提升机械设计的可靠性和稳定性。
【关键词】机械设计；健壮设计；理论基础；实际应用
一、机械设计和健壮设计辨析
（一）机械设计
机械设计从其基本流程上看属于一个过程，具体内容就是将产品的各部零件尺寸、基本机械结构、能量传递方式及途径、运动形式以及基本工作原理等内容逐一设计表现出来。结合生产实际而言，机械设计属于前期任务，对生产活动成效高低具有决定性的作用。总而言之，机械设计是在既定条件下进行产品设计，其根本目的就是设计出尺寸最小、性能最佳、可靠性高、污染性小以及成本最低的产品。下图所示机械设计图是皮带传输机，展示了皮带传输机的基本结构以及运动原理。
（二）健壮设计
健壮设计思想出现，是基于产品实际质量无法达到基本设计要求。因此，需要通过健壮设计强化产品各方面基本特性，降低质量波动，提升产品的稳定性和抗干扰性。一般而言，健壮设计在实际应用中可以分为设计参数、设计系统以及设计容差这三个部分。在机械设计中通过这三个方面的强化设计，就可以有效促进产品质量稳步提升，能够有效应对各种外界干扰因素，使产品保持可观的性能。
二、健壮设计理论基础探析
（一）质量特性
产品的一个主要指标就是质量，也是健壮设计的核心。一般而言，质量特性可以分为望目特性、望大特性以及望小特性。
望目特性主要是指产品自身具有一个消费者期待目标，即消费者对产品质量的期望水平。产品实际质量和消费者期待目标之间的差值越小，就越能受到消费者的认可。望大特性主要是指产品的部分指标对消费者而言越大越好，区分产品性能的指标众多，其中像强度、寿命等指标就是越大越好。望小特性和望大特性刚好相反，产品的某些性能指标对消费者而言越小越好，诸如噪音、能耗、磨损等。
（二）质量波动
在机械设计中，产品质量基本处于一个定值。但是，在实际生产中，产品质量会受到各种因素的干扰，进而表现出波动特性。导致产品出现质量波动的因素很多，具体可以分为可控因素、标识因素、组别因素、信号因素和误差因素等五类。可控因素主要包括了表面精度、表面粗糙度等可以被控制的质量因素。标识因素主要包括了电流、温度等产品运行环境的影响因素。
（三）信噪比
信噪比设计思想是田口玄一最先提出的，其基本理论公式为？浊=？滓2/？滋，式中信噪比用？浊表示，质量特性用？滓表示，误差方差用？滋表示。在实际应用中需要注意，误差方差跟设计目标值近似度越高，产品的质量特性值就会越低，这就代表产品质量更加可靠。但是，在实际生产过程中，质量特性值会产生偏离，导致信噪比计算出现一定误差。利用公式Y=？滓/？滋可以计算质量特性值的偏差度。此外，在信噪比设计中，还需要利用三次设计对产品的整体稳定性作出评价，以确保产品设计符合要求。
三、健壮设计在机械设计中的实际应用
（一）确定质量因素和信噪比
确定质量因素和信噪比，是进行健壮设计的基本前提。确定质量因素时，最为常规的手段就是将产品整体分拆为多个细小的部分，对每个细小的部分分别进行参数设计，对各个部分的质量因素进行确定，最后再将其整合起来。
确定信噪比主要可以分为承载构件、转换机械、运动机械以及动力装置等。对这些不同的部分，信噪比的计算方式基本相同，均是利用实际值比上波动值。比如承载构件，其信噪比就是用承载力实际值比上承载波动。
（二）构建系统模型
构建系统模型是建立在质量因素和信噪比之上的，最为常用的系统模型是Yi=fi（A，B，C），系统输出特性用Yi表示，系统级数通过角标表示。角标级别代表了系统级数，如果角标是1，则说明系统只有1级。如果角标是2，3，4……则说明系统具有多级。另外，设计参数用A表示，环境因素用B表示，误差因素用C表示，三者之间的相互关系制约了产品整体质量。
（三）多目标系统
在多目标系统中主要是利用加权法进行机械健壮设计。使用加权法时，主要是对一个设计方案在不同的质量特性下进行验证，这就需要将多目标系统的不同级别的信噪比进行累加，其具体公式为？浊=？琢1？浊1+？琢2？浊2+…+？琢i？浊i=∑？琢i？浊i。通过加权法，可以得出设计参数最佳组合，以此作为机械设计原始参数，再通过容差设计，就能明确产品成本和稳定性的内在关系。
（四）三次设计
在健壮设计中，三次设计的意义在于控制产品质量，以实现工序最少、成本最低的设计生产目标。三次设计可以通过系统、参数和公差这三个环节逐一进行设计，参数设计环节是其中的重点。参数设计的实质就是通过廉价高质的元件，生产制造出性能良好、稳定可靠的产品，其核心理论就是元件水平和产品特性关系曲线。进行三次设计的目的主要有两个，一是完善机械设计，降低设计投入。二是增强产品性能质量，使其体现出应有的经济价值。
四、结束语
健壮设计是机械设计的重要思想，有助于提升机械设计整体水平。在实际应用中，应该加强质量因素控制和信噪比设计，并构建系统模型，加强三次设计，从多个环节保证机械设计质量，强化产品性能。
参考文献：
[1]王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，2011.
【关键词】机械设计；健壮设计；理论基础；实际应用
一、机械设计和健壮设计辨析
（一）机械设计
机械设计从其基本流程上看属于一个过程，具体内容就是将产品的各部零件尺寸、基本机械结构、能量传递方式及途径、运动形式以及基本工作原理等内容逐一设计表现出来。结合生产实际而言，机械设计属于前期任务，对生产活动成效高低具有决定性的作用。总而言之，机械设计是在既定条件下进行产品设计，其根本目的就是设计出尺寸最小、性能最佳、可靠性高、污染性小以及成本最低的产品。下图所示机械设计图是皮带传输机，展示了皮带传输机的基本结构以及运动原理。
（二）健壮设计
健壮设计思想出现，是基于产品实际质量无法达到基本设计要求。因此，需要通过健壮设计强化产品各方面基本特性，降低质量波动，提升产品的稳定性和抗干扰性。一般而言，健壮设计在实际应用中可以分为设计参数、设计系统以及设计容差这三个部分。在机械设计中通过这三个方面的强化设计，就可以有效促进产品质量稳步提升，能够有效应对各种外界干扰因素，使产品保持可观的性能。
二、健壮设计理论基础探析
（一）质量特性
产品的一个主要指标就是质量，也是健壮设计的核心。一般而言，质量特性可以分为望目特性、望大特性以及望小特性。
望目特性主要是指产品自身具有一个消费者期待目标，即消费者对产品质量的期望水平。产品实际质量和消费者期待目标之间的差值越小，就越能受到消费者的认可。望大特性主要是指产品的部分指标对消费者而言越大越好，区分产品性能的指标众多，其中像强度、寿命等指标就是越大越好。望小特性和望大特性刚好相反，产品的某些性能指标对消费者而言越小越好，诸如噪音、能耗、磨损等。
（二）质量波动
在机械设计中，产品质量基本处于一个定值。但是，在实际生产中，产品质量会受到各种因素的干扰，进而表现出波动特性。导致产品出现质量波动的因素很多，具体可以分为可控因素、标识因素、组别因素、信号因素和误差因素等五类。可控因素主要包括了表面精度、表面粗糙度等可以被控制的质量因素。标识因素主要包括了电流、温度等产品运行环境的影响因素。
（三）信噪比
信噪比设计思想是田口玄一最先提出的，其基本理论公式为？浊=？滓2/？滋，式中信噪比用？浊表示，质量特性用？滓表示，误差方差用？滋表示。在实际应用中需要注意，误差方差跟设计目标值近似度越高，产品的质量特性值就会越低，这就代表产品质量更加可靠。但是，在实际生产过程中，质量特性值会产生偏离，导致信噪比计算出现一定误差。利用公式Y=？滓/？滋可以计算质量特性值的偏差度。此外，在信噪比设计中，还需要利用三次设计对产品的整体稳定性作出评价，以确保产品设计符合要求。
三、健壮设计在机械设计中的实际应用
（一）确定质量因素和信噪比
确定质量因素和信噪比，是进行健壮设计的基本前提。确定质量因素时，最为常规的手段就是将产品整体分拆为多个细小的部分，对每个细小的部分分别进行参数设计，对各个部分的质量因素进行确定，最后再将其整合起来。
确定信噪比主要可以分为承载构件、转换机械、运动机械以及动力装置等。对这些不同的部分，信噪比的计算方式基本相同，均是利用实际值比上波动值。比如承载构件，其信噪比就是用承载力实际值比上承载波动。
（二）构建系统模型
构建系统模型是建立在质量因素和信噪比之上的，最为常用的系统模型是Yi=fi（A，B，C），系统输出特性用Yi表示，系统级数通过角标表示。角标级别代表了系统级数，如果角标是1，则说明系统只有1级。如果角标是2，3，4……则说明系统具有多级。另外，设计参数用A表示，环境因素用B表示，误差因素用C表示，三者之间的相互关系制约了产品整体质量。
（三）多目标系统
在多目标系统中主要是利用加权法进行机械健壮设计。使用加权法时，主要是对一个设计方案在不同的质量特性下进行验证，这就需要将多目标系统的不同级别的信噪比进行累加，其具体公式为？浊=？琢1？浊1+？琢2？浊2+…+？琢i？浊i=∑？琢i？浊i。通过加权法，可以得出设计参数最佳组合，以此作为机械设计原始参数，再通过容差设计，就能明确产品成本和稳定性的内在关系。
（四）三次设计
在健壮设计中，三次设计的意义在于控制产品质量，以实现工序最少、成本最低的设计生产目标。三次设计可以通过系统、参数和公差这三个环节逐一进行设计，参数设计环节是其中的重点。参数设计的实质就是通过廉价高质的元件，生产制造出性能良好、稳定可靠的产品，其核心理论就是元件水平和产品特性关系曲线。进行三次设计的目的主要有两个，一是完善机械设计，降低设计投入。二是增强产品性能质量，使其体现出应有的经济价值。
四、结束语
健壮设计是机械设计的重要思想，有助于提升机械设计整体水平。在实际应用中，应该加强质量因素控制和信噪比设计，并构建系统模型，加强三次设计，从多个环节保证机械设计质量，强化产品性能。
参考文献：
[1]王杰，程明远，李士晓.浅谈机械设计加工中应注意的几个问题[J].科技信息，2011.