申请/专利权人：哈尔滨工业大学

申请日：2016-03-17

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN107016141B

主分类号：G06F30/20(20200101)

分类号：G06F30/20(20200101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2017.08.29#实质审查的生效;2017.08.04#公开

摘要：本发明公开一种基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法，包括以下步骤：S1：确定容差优化的标准；根据关键因素与输出特性之间的关系以及实际加工能力，确定所述关键因素的公差范围；S2：确定所述关键因素的水平数；设计正交试验，计算每组所述正交试验的输出结果；求取各所述关键因素的贡献率；S3：将所述贡献率按照一定容差步长减小容差，获得所述关键因素的新公差范围；再次计算各所述关键因素的贡献率；S4：在步骤S3确定的所述新公差范围内求出对应的新公差范围的输出特性波动范围；S5：重复步骤S3‑S4的工作，直到所述输出特性波动范围满足容差优化标准，或者新公差范围达到加工精度下限，此时所述新公差范围即为分步容差优化的最终结果。

主权项：1.一种基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据电磁继电器产品质量一致性要求确定容差优化的标准；根据关键因素与输出特性之间的关系以及实际加工能力，确定所述关键因素的容差范围；S2：根据步骤S1中确定的所述容差范围确定所述关键因素的水平数；根据所述关键因素的数量和所述水平数设计正交试验，利用快速计算模型计算每组所述正交试验的输出结果；根据所述输出结果求取各所述关键因素的贡献率；S3：将所述贡献率按照一定容差步长减小容差，获得所述关键因素的新容差范围；按照所述新容差范围进行正交试验，再次计算各所述关键因素的贡献率；S4：基于蒙特卡罗方法，在步骤S3确定的所述新容差范围内产生虚拟样本，应用快速计算模型计算得到所述虚拟样本的输出特性分布，求出对应的新容差范围的输出特性波动范围；S5：检验步骤S4得到的输出特性波动范围是否满足容差优化标准，如果不满足，则重复步骤S3-S4的工作，直到所述输出特性波动范围满足容差优化标准，或者各所述关键因素的新容差范围已达到实际生产过程中设备的加工精度下限，此时各关键因素的所述新容差范围即为分步容差优化的最终结果，其中，所述步骤S3还包括，在容差步长计算中引入符合所述容差步长的设置的加速系数，然后结合贡献率得到所述容差步长的计算公式：Ii+1＝αρiMi式中Ii+1为第i+1步的步长；ρi为第i步计算的贡献率；Mi为第i步的容差极限值；α为加速系数，按照下式计算 式中ηi表示第i步计算的输出特性波动范围与容差优化标准的比值；第i+1步的容差极限值Mi+1为： 式中ε为实际加工能力下限值；[-Mi+1,Mi+1]即为新容差范围。

全文数据：基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法技术领域[0001]本发明涉及继电器产品设计技术领域，特别涉及一种基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法。背景技术[0002]电磁继电器产品设计包括总体设计、参数设计和容差设计。总体设计完成系统功能实现，参数设计通过改变中心值提高产品抗干扰性，容差设计通过控制设计公差提高产品抗干扰性。中心值的改变不仅会影响抗干扰性而且会改变产品性能，分析复杂;容差设计不会改变中心值，应用范围更广泛。因此，采用容差设计方法提高电磁继电器批次产品的质量一致性意义重大。[0003]容差优化是基于正交试验方法确定各因素对输出结果的贡献率，然后依据贡献率对容差进行反分配得到满足要求的容差方案。传统的容差优化方法依据各因素一、二次贡献率及输出特性改变量确定各因素容差的变化范围，这种直接确定新的容差方案有三个缺点:分配方案并不唯一，需要手动调节各因素容差范围以满足输出特性要求;分配方式只根据原有公差的贡献率，没有考虑缩短容差后原先不显著的因素可能变得显著的情况，分配出的方案并非最优;分配后的方案并没有验证，不能保证新的容差方案一定满足要求。发明内容[0004]本发明目的是为了解决目前传统的容差优化方法需要手动调节各因素容差范围等问题，提供了一种基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法。[0005]为达上述目的，本发明提出一种基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法，包括以下步骤：[0006]SI:根据电磁继电器产品质量一致性要求确定容差优化的标准;根据关键因素与输出特性之间的关系以及实际加工能力，确定所述关键因素的公差范围；[0007]S2:根据步骤SI中确定的所述公差范围确定所述关键因素的水平数;根据所述关键因素的数量和所述水平数设计正交试验，利用快速计算模型计算每组所述正交试验的输出结果;根据所述输出结果求取各所述关键因素的贡献率；[0008]S3:将所述贡献率按照一定容差步长减小容差，获得所述关键因素的新公差范围；按照所述新公差范围进行正交试验，再次计算各所述关键因素的贡献率；[0009]S4:基于蒙特卡罗方法，在步骤S3确定的所述新公差范围内产生虚拟样本，应用快速计算模型计算得到所述虚拟样本的输出特性分布，求出对应的新公差范围的输出特性波动范围；[0010]S5:检验步骤S4得到的输出特性波动范围是否满足容差优化标准，如果不满足，则重复步骤S3-S4的工作，直到所述输出特性波动范围满足容差优化标准，或者各所述关键因素的新公差范围已达到实际生产过程中设备的加工精度下限，此时各关键因素的所述新公差范围即为分步容差优化的最终结果。[0011]根据本发明提出的优化方法，其中步骤S3中，在容差优化初始阶段设置的所述容差步长比在容差优化末尾阶段设置的容差步长大。[0012]根据本发明提出的优化方法，其中，所述步骤S3还包括，在容差步长计算中引入符合所述容差步长的设置的加速系数，然后结合贡献率得到所述容差步长的计算公式：[0013][0014]式中Ii+1为第i+Ι步的步长;Pi为第i步计算的贡献率;Mi为第i步的容差极限值;α为加速系数，按照下式计算[0015][0016]式中IU表示第i步计算的输出特性波动范围与容差优化标准的比值；[0017]第i+Ι步的容差极限值吣+1为：[0018][0019]式中ε为实际加工能力下限值;[_M1+1，M1+1]即为新的容差范围。[0020]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：[0021]本发明方法基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法，使得传统容差分配方法中对于缩短容差后原先不显著的因素可能变得显著的情况能够得以考虑，保证了容差分配方案最优;另外，本发明容差优化速度高，能够自动调节各因素容差范围以满足输出特性质量一致性要求。[0022]本发明用于在电磁继电器产品的设计阶段，根据产品的质量一致性要求以及实际加工能力，利用正交试验设计计算容差分配后的变化了的贡献率，引入容差步长，通过多次迭代，得到能够满足产品质量一致性要求与加工能力要求的最优容差分配方案。附图说明[0023]图1为本发明基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法的流程图。具体实施方式[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0025]具体实施方式一：[0026]下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法，它包括以下步骤：[0027]SI:根据电磁继电器产品质量一致性要求确定容差优化的标准;根据关键因素与输出特性之间的关系以及实际加工能力，确定关键因素的公差范围；[0028]S2:根据新确定的公差范围确定关键因素的水平数;根据关键因素数量和水平数设计正交试验，利用快速计算模型计算每组试验方案的输出结果;根据正交试验结果求取各因素的贡献率；[0029]S3:根据各因素贡献率按照一定容差步长减小容差，获得关键因素的新公差范围；按照新公差范围进行正交试验，计算各因素的贡献率；[0030]S4:基于蒙特卡罗方法，在步骤S3确定的关键因素新公差范围内产生虚拟样本，应用快速计算模型计算得到虚拟样本的输出特性分布，求出对应关键因素新公差范围的输出特性的波动范围；[0031]S5:检验步骤S4得到的输出特性波动范围是否满足容差优化标准，如果不满足，则重复步骤S3-步骤S5的工作，直到输出特性波动范围满足容差优化标准或者各关键因素的公差范围已达到实际生产过程中设备的加工精度下限，此时各关键因素的公差范围即分步容差优化的最终结果。[0032]具体实施方式二：[0033]下面结合图1说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，步骤SI中根据电磁继电器产品具体输出特性参数如吸合电压、释放电压等）的质量一致性要求确定输出特性参数容差优化的标准，即输出特性参数上下波动的范围；然后根据关键因素（即设计参数与输出特性之间的关系，确定关键因素的公差范围，即如果关键因素变化对输出特性影响小，则可分配较大的公差范围，如果关键因素变化对输出特性影响较大，则可分配较小的公差范围，分配的公差都应在加工能力许可范围之内。[0034]在步骤S2中，确定关键因素的水平数为3水平，中心值、中心值+公差上限、中心值-公差下限各占1个水平;根据关键因素数量和水平数选取正交表，安排试验方案，通过电磁继电器动态特性快速计算模型对每组试验方案进行计算，求得输出特性值yl，然后代入下式计算贡献率：[0035][0036]式中η为试验方案总数;Pii、Piq分别为关键因素Xi对应输出特性y的一次项贡献率和二次项贡献率;Pe为误差项贡献率;SuAj别为关键因素Xi对应输出特性y的一次项波动平方和和二次项波动平方和;Se3为误差项平方和;Ve3为误差方差;Su、Siq、Se3、Ve3的计算公式如下：[0037][0038]式中Tu、T2i、T3i为试验结果中，分别对应关键因素Xi三个水平的部分和;dfe为误差项自由度。如果Sil和Siq中有比Ve小的项存在，需要将其归并到Se中，并且每归并一项，dfe需要加1;St为输出特性的总偏差平方和，按照下式计算：[0039][0040]式中为输出特性平均值。[0041]步骤S3所述的容差步长在容差优化初始阶段可以设置较大以加快优化速度的目的，在容差优化的末尾阶段容差步长应该设置较小以达到结果最优的目的。因此，在容差步长计算中引入能够符合上述要求的加速系数，然后结合贡献率得到容差步长的计算公式：[0042]Ii+i=apiMi[0043]式中Ii+1为第i+1步的步长;Pi为第i步计算的贡献率;Mi为第i步的容差极限值;a为加速系数，按照下式计算：[0044][0045]式中ru表示第i步计算的输出特性波动范围与容差优化标准的比值。[0046]第i+Ι步的容差或公差极限值为：[0047][0048]式中M1+1为第i+1步的容差极限值;ε为实际加工能力下限值。[_M1+1，M1+1^P为新的容差或公差范围。[0049]步骤S4中，在各关键因素公差范围内基于蒙特卡罗思想产生符合正态分布的各关键因素虚拟样本100个，然后进行随机组合得到100个电磁继电器虚拟样本，通过继电器动态特性快速计算模型计算得到虚拟样本的输出特性值yk，代入标准偏差计算公式即可求出能够反映输出特性波动范围的标准偏差。[0050]本领域普通技术人员可以理解:附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。[0051]本领域普通技术人员可以理解:实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。[0052]最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

权利要求：1.一种基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法，其特征在于，包括以下步骤：Si:根据电磁继电器产品质量一致性要求确定容差优化的标准;根据关键因素与输出特性之间的关系以及实际加工能力，确定所述关键因素的公差范围；S2:根据步骤Sl中确定的所述公差范围确定所述关键因素的水平数;根据所述关键因素的数量和所述水平数设计正交试验，利用快速计算模型计算每组所述正交试验的输出结果;根据所述输出结果求取各所述关键因素的贡献率；S3:将所述贡献率按照一定容差步长减小容差，获得所述关键因素的新公差范围；按照所述新公差范围进行正交试验，再次计算各所述关键因素的贡献率；S4:基于蒙特卡罗方法，在步骤S3确定的所述新公差范围内产生虚拟样本，应用快速计算模型计算得到所述虚拟样本的输出特性分布，求出对应的新公差范围的输出特性波动范围；S5:检验步骤S4得到的输出特性波动范围是否满足容差优化标准，如果不满足，则重复步骤S3-S4的工作，直到所述输出特性波动范围满足容差优化标准，或者各所述关键因素的新公差范围已达到实际生产过程中设备的加工精度下限，此时各关键因素的所述新公差范围即为分步容差优化的最终结果。2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，步骤S3中，在容差优化初始阶段设置的所述容差步长比在容差优化末尾阶段设置的容差步长大。3.根据权利要求2所述的优化方法，其特征在于，所述步骤S3还包括，在容差步长计算中引入符合所述容差步长的设置的加速系数，然后结合贡献率得到所述容差步长的计算公式：式中Ii+i为第i+1步的步长;Pi为第i步计算的贡献率;Mi为第i步的容差极限值;α为加速系数，按照下式计算式中ru表示第i步计算的输出特性波动范围与容差优化标准的比值；第i+Ι步的容差极限值姐+1为：式中ε为实际加工能力下限值；[-Ml+1，Ml+1]即为新的容差范围。

百度查询： 哈尔滨工业大学 基于变化贡献率的电磁继电器分步容差优化方法

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