[发明专利]一种基于三次设计方法的复合材料接骨板优化设计方法

权利要求书

1.一种基于三次设计方法的复合材料接骨板优化设计方法，包括如下步骤：

步骤一：制定可控因素水平表；

在试验中水平可以指定并加以挑选的因素，即水平可以人为加以控制的因素，称为可控因素；例如时间、温度、加工方法、电阻、电压、电流强度等均为可控因素；可控因素水平表一般取三水平；

步骤二：利用正交表进行内设计；

根据可控因素个数和水平数选用相应的正交表(称为内表)，确定对可控因素所进行的试验方案的设计称为内设计；

在参数空间指定一个搜索范围后，其试验次数仍太多，采用正交试验可大大减少试验次数；由于正交试验的正交性，能在很多的试验条件中，选取代表性强的少量的试验条件进行试验，分析推断出最佳的参数组合；

步骤三：制定误差因素水平表；

误差因素，主要指引起产品功能波动的物品间干扰、外干扰和内干扰；误差因素水平表一般取三水平；

外干扰是指由于使用条件及环境条件(如温度、湿度、输入电压、磁场、操作者等)的波动或变化，将引起产品功能的波动，称这种使用条件及环境条件的波动或变化为外干扰，也称外噪声；

内干扰是指产品在储存或使用过程中，随着时间的推移，发生材料老化变质现象，从而引起产品功能的波动，称这种材料老化变质现象为内干扰，也称内噪声；

步骤四：进行外设计；

对误差因素所进行的试验方案的设计称为外设计；

内设计完成后，在参数空间指定的搜索范围内确定了若干个点，把试验点的坐标作为元器件的标称值，用误差因素模拟各种干扰进行试验；

步骤五：求质量特性值；

根据内、外表确定的试验方案求质量特性值；

当质量特性值可计算时，可由公式直接进行计算，或者用仿真软件进行仿真；

当质量特性值不可计算或仿真时，需按设计方案组装样品，通过试验测得质量特性的试验值；

质量特性损失函数分为三类：望目特性的质量损失函数、望小特性的质量损失函数、望大特性的质量损失函数；

望目特性的质量损失函数：望目特性质量损失函数适用于产品的输出特性y有一个确定的目标值y0(通常不为零)，并且质量损失在目标值的两侧呈对称分；其计算公式为：

L(y)＝K(y-y₀)² (1)

式中，K是不依赖于y的常数，称为质量损失系数；质量损失系数K的确定可以有两种方法：一种是根据功能界限和相应的损失来确定；另一种是根据容差△J和相应的损失来确定；

望小特性的质量损失函数：质量特征是：不取负值，越小越好，目标值为零；当其输出特性值增大时，其性能逐渐变差，质量损失逐渐变大；

望大特性的质量损失函数：质量特性是：不取负值，越大越好，零值最差；当其输出特性值增大时，其性能逐渐变好，质量损失逐渐变小，其理想的值是无穷大；

步骤六：计算信噪比和灵敏度；

信噪比SN和灵敏度S的计算公式为：

望目特性信噪比SN的计算公式为：

$SN=10\lg \[\frac{1}{N}(S_m-S_y^2)/S_y^2\]---\left(2\right)$

$S_y^2=\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{(y_i-\stackrel{\‾}{y})}^2/(N-1)---\left(3\right)$

$S_m=N{\stackrel{\‾}{y}}^2---\left(4\right)$

式中，y_i为产品质量特性，为产品质量特性均值，N为样品数；

望小特性信噪比SN的计算公式为：

$SN=-10\lg \left(\frac{1}{N}\underset{I=1}{\overset{N}{\Σ}}\right(y_i^2\left)\right)---\left(5\right)$

望大特性信噪比SN的计算公式为：

$SN=-10\lg \left(\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}\frac{1}{y_i^2}\right)---\left(6\right)$

灵敏度S的计算公式为：

$S={\stackrel{\‾}{y}}^2---\left(7\right)$

步骤七：内表的统计分析；

通过对内表的试验数据的统计分析，分别判断出各个可控因素对信噪比和灵敏度影响是否显著；并把可控因素分为三种类型：稳定因素、调整因素和次要因素；其中，所述稳定因素指的是在信噪比分析中显著的可控因素；调整因素指的是在信噪比分析中不显著，但在灵敏度分析中显著的可控因素，可以通过对因素水平的“调整”，使可控因素最佳条件下的质量特性的期望值趋近目标值；次要因素指的是在信噪比和灵敏度分析中都不显著的可控因素，其在减少成本以及缩短产品研发周期有重要作用；

步骤八：确定最佳参数设计方案；

通过SN比分析，找出最优水平的组合，当最佳水平组合的响应没有达到目标值时，可通过调整因素进行调整，采用仿真的方法对优化结果进行分析。