实验设计论文 王刚.doc

( 2012-2013 学年 第二学期)重庆理工大学研究生课程论文课程论文题目：正交设计在机械行业中的应用课程名称实验设计课程类别学位课 非学位课任课教师张晓宇老师所在学院重庆汽车学院学科专业车辆工程姓名王刚学号50128523405提交日期2013 /6 /17注意事项：1、以上各项由研究生认真填写；2、研究生课程论文应符合一般学术规范，具有一定学术价值，严禁网上下载或抄袭；凡检查或抽查不合格者，一律取消该门课程成绩和学分，并按有关规定追究相关人员责任；3、论文得分由批阅教师填写（见封底），并签字确认；批阅教师应根据作业质量客观、公正的在文后签写批阅意见；4、原则上要求所有课程论文均须用a4纸打印，加装本封面封底，左侧装订；5、课程论文由各学院（部）统一保存，以备查用。4、卷纸不够写，可另附纸。正交设计在机械行业中的应用姓名：王刚 学号：50128523405摘 要：正交设计广泛应用于机械、电子、生物、化学、物理等人们日常生活的各个领域。实验设计水平的高低影响到实验效果的真实程度，进而影响到产品设计生产加工等各部分。本文在理解实验设计这门课程的理论基础上，进一步的了解该学科中正交设计法在机械行业中的广泛应用。关键词：实验设计；设计水平；机械；正交设计abstract：orthogonal design is widely used in machinery, electronics, biology, chemistry, physics, and other various fields of peoples daily life. level of experimental design affect the truth of experimental results, which affect the product design, production, processing and etc. parts. based on the understanding of experimental design based on the theory of this course, the further understanding of the discipline of uniform design and orthogonal design method is widely used in machinery industry.keywords: design of experiment; the design level; machinery; orthogonal design引言实验设计就是对实验进行科学合理的安排，以取得最理想的实验效果。实验设计包括建立与研究假说有关的统计假说、确定实验中使用的实验处理（自变量）和必须控制的多余条件（额外变量）、确定实验中需要的实验单元（被试）的数量及被试抽样的总体、确定将实验条件分配给被试的方法、确定实验中每个被试要记载的测量（因变量）和使用的统计分析等几个活动。在实验设计这门课程的学习中，有许多实验设计方法，有比较实验与方差实验、单因素优化实验设计、多因素优化实验设计、正交设计、均匀设计、容差设计、可靠性设计等。具体选择哪种实验设计方法要根据具体的适用条件。1 国内外对实验设计的研究发展二十世纪三十年代以来，实验设计在日本、美国得到了普遍的推广应用，实验设计在现在统计学中形成了一个重要的分支，内容极为丰富。它在现代化大生产中的产品开发、设计、生产中的质量过程控制中起了很大作用。二战后，日本就是运用实验设计使得该国的工业高速发展。我国在七十年代也逐步推广这种管理技术，目前我国掌握实验设计技术的人不多，这是由于实验设计课程在我国还远未普及。每个未来的和现在的工程师都掌握实验设计技术是国际发展趋势。随着科学技术的进步、计算机和应用软件的广泛应用，实验所得实验数据的统计分析变得很容易了，例如运用excel软件可以对基本数据进行分析。所以对于问题的实验设计，关键是选用正确的分析方法，对输出结果做正确的解释。2 正交设计的基本介绍2.1正交设计 正交试验的提出：考虑兼顾全面试验法和简单比较法的优点，利用根据数学原理制作好的规格化表正交表来设计试验不失为一种上策。用正交表来安排试验及分析试验结果，这种方法叫做正交试验法。事实上，正交最优化方法的优点不仅表现在试验的设计上，更表现在对试验结果的处理上。正交试验法优点： （1）试验点代表性强，试验次数少。 （2）不需做重复试验，就可以估计试验误差。 （3）可以分清因素的主次。 （4）可以使用数理统计的方法处理试验结果，提出展望好条件。正交试验（表）法的特点： （1）均衡分散性代表性。 （2）整齐可比性可以用数理统计方法对试验结果进行处理。正交表符号的意义：3 正交设计在机械行业中的运用 正交试验作为多因素多水平试验法在内燃机中得到广泛的应用。但正交试验法有其局限性，它只能用于因素较多而水平较少的试验中，若水平数较多，根据“整齐可比”的特点，试验数是水平数的平方，则需要安排大量的试验。3.1.单指标正交试验设计 对零件镗孔质量不稳，内径偏差大，需改进工艺操作，确定因素的主次影响程度，探求好的工艺程序。3.1.1.确定因素与水平 相关的主要因素有四个，每一个因素的水平3个：刀具数量与布局a 2把3把4把切削速度b30r/min38r/min56r/min走刀量c0.6mm/r0.7mm/r 0.47mm/r刀具种类d常规刀i型刀ii型刀列出因素水平表：水平 因素a(刀具数)b(切削速度r/min)(走刀量mm/r)d(刀具种类(型)12300.6常规23380.7i34560.47ii3.1.2.选择正交表 本试验为4因素3水平，选择。 3.1.3.确定试验方案 表头行为因素，水平按水平表“对号入座”。指标为内孔偏差量。 试验方案表 因素abcd偏差量试验号 列号1234(mm)11(2把)1(30)1(0.6)1(常规)0.39212(38)2(0.7)2(i)0.145313(56)3(0.47)3(ii)0.31042(3把)1230.285522310.335623120.3573(4把)1320.285832130.05933210.315k1(水平1三次偏差和)0.8450.960.791.04k2(水平2三次偏差和)0.970.530.7450.78k3(水平3三次偏差和)0.650.9750.930.645k1=k1/30.2820.320.2630.347k2=k2/30.3230.1760.2480.26k3=k3/30.2170.3250.310.215 极差r0.1060.149-0.0620.1323.1.4.试验结果分析： （1）直观分析。差组合最好，偏差量为0.050mm。 （2）计算分析，每一列水平相关的结果进行累加， ， ， 同理可计算。并且分别求出其平均值，并计算平均值的极差(最大的数最小的数r)。画出趋势图(指标因素关系)可以看出：a. 刀具数量越多，偏差量越小，4把刀为最好，可考虑刀具再多的情况。b. 切削速度以38r/min偏差最小。c. 走刀量为0.7mm/r偏差量最小（表中试验结果为0.6mm/r偏差小）。可考虑走刀量再增大情况。d. 以ii型刀具为最好。另外，从极差看因素的作用：极差大说明因素对指标的影响大，常为主要因素极差小说明因素对指标的影响小，常为次要因素因此，本例中主次次序：bdac（转速、刀型、刀数量、走刀量）3.2.多指标正交试验设计柱塞组合件收口强度稳定性试验.（下图所示），组合件须承受900公斤以上的拉脱力。 某公司在生产中存在柱塞组合件拉脱力波动大的问题，希望通过试验，找出较优方案，使拉脱力稳定在900kg以上。该案例试验目的是使拉脱力被选为指标，且指标越大越好。指标：拉脱力, 轴向油隙，转角。因素：、高度、倒角、收口压力等四个因素。水平：各因素均取三个。选用4因素3水平正交表，然后对号入座。每个试验条件做7次，每次试验对三个指标测定并取其平均值。计算分析试验数据，并选取最优生产条件。3.2.1 试验方案及试验结果分析 试 验 方 案 试 验 结 果 因素abc倒角d收口压力拉脱力(n)轴向游隙转角试验号列号123411111-302025.5212223648542123-15.5621.55223151128-1062312-12526.573132-682818.58321391520.5933211956-4.5拉4-382013.3t=88.5t=390t=94.5脱11.559.313.2-11力148-3.727.161097.123.738.16轴31.61832.368向537636.633.6游45.3366128.3隙21.35828.739.7转1421.817.53.612.6-3.55.314.6角4.8213.28.713.169.1725.312.211说明：1. 、为7次试验的平均。 2. 如完全为简化 计算，不影响结果的趋势分析。3.2.2.综合平衡选优对因素b（高度l）：轴向游隙小，转角为大角度，应选，但主要考虑拉脱力，故选（拉脱力最大）。对因素c（倒角）： 明显，拉脱力大，游隙小，转角大。对因素d（收口压力）：应选，游隙小，转角与差不多，拉脱力最高对因素a（直径）： 对三个指标来说均是次要因素，从转角大一点，游隙小些的角度，选 3.2.3.综合平衡后：选为最优生产条件。通过正交实验法找到的较优方案，往往都不是试验中最好的方案（案例试验中最好的方案是第8号试验a3、b2、c1、d3），但我们的目的不是要在已做的9次试验中选好的方案，而是要找到所有搭配中最好的方案。这样才有意义。（1） 因子和指标的关系我们希望看到因子变化时，指标的变化趋势，这样可以用作图来描述。如下图所示因子和指标的关系：（2） 验证试验目的：考察较优方案的再现性。方法：将通过数据分析多得到的较优方案与已做过的（9次）试验中最好者同时验证，以确定其中的优劣。上述案例中将数据分析多得到较优方案a1、b2、c1、d3与9次试验中第八号试验a3、b2、c1、d3两个方案同时验证。在实验后找出稳定的较优方案，通常要对这个较优方案进行小批生产考验，最终纳入技术文件，才算完成一项正交试验的全部过程。4 总结我所研究的方向是汽车转向和悬架的机构设计研究，目前还没有进入到论文的核心部分。就我个人的理解来看，试验设计在机构学当中也有很大的应用。在机械结构分析、机构设计中已经应用广泛。我现在在帮导师做转向试验台，这必然要应用到实验设计基本知识，再加上我做论文的部分就是机构的设计研究，这必然要应用到实验设计的基本方法。在此感谢张老师耐心的教导。参考文献1 刘达民,程岩.应用统计.北京:化学工业出版社,2004.2 方开泰.均匀设计与均匀设计表.北京：科学出版社，19943 刘文卿.实验设计.北京：清华大学出版社，20054 g. gary wang, zuomin dong and peter aitchison. adaptive response sueface method - a global optimization scheme for computation-intensive design problems j. journal of engineering optimization, 2001:707-7345 陆剑中,孙家宁.金属切削原理与刀具.北京:机械工业出版社,1998.6 郝行舟,李春生.正交试验设计方法在试验设计中的应用.河南交通科技,1999,12:26-28.7 任露全.试验优化设计与分析.北京：高等教育出版社，20038 方开泰，马长兴.正交与均匀试验设计.北京：科学出版社，20019 张勇，李光耀，钟志华. 基于移动最小二乘响应面方法的整车轻量化设计优化j. 机械工程学报，2008，44(11): 192-19610 俭济斌.安排多因素试验的正交表简单介绍.计算机应用与应用数学，1974.9批阅教师意见经综合评价，论文得分为：批阅教师签名：批阅日期：我的大学爱情观目录：1、 大学概念2、 分析爱情健康观3、 爱情观要三思4、 大学需要对爱情要认识和理解5、 总结1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病态的夸张;3)缺乏体贴怜爱之心，只表现自己强烈的占有欲;4)偏重于外表的追求;4、大学生处理两人的在爱情观需要三思：1. 不影响学习：大学恋爱可以说是一种必要的经历，学习是大学的基本和主要任务，这两者之间有错综复杂的关系，有的学生因为爱情，过分的忽视了学习，把感情放在第一位；学习的时候就认真的去学，不要去想爱情中的事，谈恋爱的时候用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。2. 有足够的精力：大学生活，说忙也会很忙，但说轻松也是相对会轻松的！大学生恋爱必须合理安排自身的精力，忙于学习的同时不能因为感情的事情分心，不能在学习期间，放弃学习而去谈感情，把握合理的精力，分配好学习和感情。3、 有合理的时间；大学时间可以分为学习和生活时间，合理把握好学习时间和生活时间的“度”很重要；学习的时候，不能分配学习时间去安排两人的在一起的事情，应该以学习为第一；生活时间，两人可以相互谈谈恋爱，用心去谈，也可以交流下学习，互相鼓励，共同进步。5、大学生对爱情需要认识与理解，主要涉及到以下几个方面：（1） 明确学生的主要任务“放弃时间的人，时间也会放弃他。”大学时代是吸纳知识、增长才干的时期。作为当代大学生，要认识到现在的任务是学习学习做人、学习知识、学习为人民服务的本领。在校大学生要集中精力，投入到学习和社会实践中，而不是因把过多的精力、时间用于谈情说爱浪费宝贵的青春年华。因此，明确自己的目标，规划自己的学习道路，合理分配好学习和恋爱的地位。（2） 树林正确的恋爱观提倡志同道合、有默契、相互喜欢的爱情：在恋人的选择上最重要的条件应该是志同道合，思想品德、事业理想和生活情趣等大体一致。摆正爱情与学习、事业的关系：大学生应该把学习、事业放在首位，摆正爱情与学习、事业的关系，不能把宝贵的大学时间，锻炼自身的时间都用于谈情说有爱而放松了学习。 相互理解、相互信任，是一份责任和奉献。爱情是奉献而不时索取，是拥有而不是占有。身边的人与事时刻为我们敲响警钟，不再让悲剧重演。生命只有一次，不会重来，大学生一定要树立正确的爱情观。（3） 发展健康的恋爱行为 在当今大学校园，情侣成双入对已