【正文】 的一系列的組合參數(shù)。確定輸入變量為何值時(shí)使得響應(yīng)接近期望值，或者輸出響應(yīng)的變化性非常小，以及非控制變量的效應(yīng)最小化。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還可以為尋求參數(shù)的優(yōu)化數(shù)值和選擇最佳工藝方案指明方向。外部求解器類型?Abaqus ?Ansys ?XY data ?Dads ?LSDyna ?Adams ?PamCrash ?Nastran ?Excel data ?Madymo ?Altair OptiStruct ?Simpack ?Altair HyperForm ?Radioss ?Altair MotionSolve ?HyperMesh result file HYPERSTUDY中DOE研究DOE又稱實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，目的在于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)，并且保證獲得充分的信息，從而簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理，節(jié)省人力物力和時(shí)間。HyperMorph 可用于是形狀參數(shù)的生成。除了傳統(tǒng)意義上定義輸入資料為設(shè)計(jì)變量，有限元的形狀也能夠被參數(shù)化。還能應(yīng)用在合并不同類型分析的跨學(xué)科領(lǐng)域中。HyperStudy具有導(dǎo)向式結(jié)構(gòu)易于學(xué)習(xí)。它主要用于CAE環(huán)境下DOE （試驗(yàn)設(shè)計(jì)），優(yōu)化，以及隨機(jī)分析研究。近年來，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算效率的快速提高，直接優(yōu)化方法得到了進(jìn)一步開發(fā)與廣泛應(yīng)用。 參數(shù)優(yōu)化的相關(guān)知識(shí)參數(shù)優(yōu)化是達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的一種方法，通過將設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)化，采用優(yōu)化方法，不斷的調(diào)整設(shè)計(jì)變量，使得設(shè)計(jì)結(jié)果不斷接近參數(shù)化的目標(biāo)值。Altair OptiStruct/FEA基本線性靜態(tài)、特征值分析模塊。 　　Altair HyperOpt使用各種分析軟件進(jìn)行參數(shù)研究和模型調(diào)整的非線性優(yōu)化工具。Altair HyperGraph強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和圖表繪制工具，具有多種流行的工程文件格式接口、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和圖表繪制功能、以及先進(jìn)的定制能力和高質(zhì)量的報(bào)告生成器。HyperWorks包括以下模塊：Altair HyperMesh高性能、開放式有限單元前后處理器，讓您在一個(gè)高度交互和可視化的環(huán)境下驗(yàn)證及分析多種設(shè)計(jì)情況。 在汽車領(lǐng)域，其研究對(duì)象已涵蓋了車身、動(dòng)力和底盤三大系統(tǒng)，研究?jī)?nèi)容包含了結(jié)構(gòu)分析、工藝分析、動(dòng)力學(xué)分析、內(nèi)外流場(chǎng)分析和安全分析等多個(gè)方面。第2章 HYPERWORKS軟件介紹及HYPERSTUDY優(yōu)化簡(jiǎn)介 HYPERWORKS軟件介紹HyperWorks 構(gòu)建于設(shè)計(jì)優(yōu)化、性能數(shù)據(jù)管理和流程自動(dòng)化的基礎(chǔ)理念之上，HyperWorks是一個(gè)企業(yè)級(jí)的仿真解決方案，用于加快企業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)和決策過程。，得出優(yōu)化結(jié)果，收到最優(yōu)加工參數(shù)。，嘗試?yán)胔yperstudy中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）模塊對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，了解優(yōu)化的過程與結(jié)果，得出優(yōu)化方法。研究方法如下： ，收集激光加工工藝參數(shù)參數(shù)，整理實(shí)驗(yàn)參數(shù)。對(duì)于應(yīng)用越來越廣泛的激光加工技術(shù)，其參數(shù)的優(yōu)化也可以改善各個(gè)行業(yè)的效率與業(yè)績(jī)，對(duì)于生產(chǎn)與生活有著十分重要的意義。國(guó)內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及手表寶石軸承的生產(chǎn)中。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。YAG激光器打孔已發(fā)展成為最大的激光加工應(yīng)用。YAG激光器已開始擠進(jìn)kw級(jí)CO2激光器切割市場(chǎng)。通常認(rèn)為YAG激光器切割可以得到好的切割質(zhì)量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。該項(xiàng)技術(shù)不僅可以快速制造模型，而且還可以直接由金屬粉末熔融，制造出金屬模具。雖然激光熱處理在國(guó)外不如焊接和切割普遍，但在汽車工業(yè)中仍應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理。 　在汽車工業(yè)中，激光加工技術(shù)充分發(fā)揮了其先進(jìn)、快速、靈活地加工特點(diǎn)。我國(guó)激光加工中以切割為主的占10%，其中98%以上的CO2激光器，~2kW范圍內(nèi)，而以熱處理為主的約占15%，大多數(shù)是進(jìn)行激光處理汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸套。而YAG激光器的應(yīng)用是以焊接、標(biāo)記（50%）和切割（15%）為主。其中占第一位的材料加工預(yù)計(jì)超過10億美元，醫(yī)用激光器是國(guó)外第二大應(yīng)用。據(jù)1997~1998年的最新激光市場(chǎng)評(píng)述和預(yù)測(cè)，比1996年增長(zhǎng)14%，醫(yī)療應(yīng)用4億美元。 課題的來源 作為20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會(huì)光電子技術(shù)的支柱之一，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界先進(jìn)國(guó)家的高度重視。 國(guó)內(nèi)一些大學(xué)的數(shù)學(xué)系和統(tǒng)計(jì)系近年來已經(jīng)逐漸開始開設(shè)專門的試驗(yàn)設(shè)計(jì)課程，比如清華大學(xué)，電子科技大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等高校。其實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)于我國(guó)學(xué)術(shù)界來說并不陌生。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)源于1920年代研究育種的科學(xué)家Dr. Fisher的研究, Dr. Fisher是大家一致公認(rèn)的此方法策略的創(chuàng)始者, 但后續(xù)努力集其大成, 而使DOE在工業(yè)界得以普及且發(fā)揚(yáng)光大者, 則非Dr. Taguchi （田口玄一博士） 莫屬。關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，參數(shù)優(yōu)化，激光加工AbstractThe DOE （Design of Experiment） experimental design, an arrangement of experiments and analysis of experimental data, mathematical statistical methods。針對(duì)激光加工質(zhì)量的問題，對(duì)激光加工各種參數(shù)進(jìn)行了分析。 　　模型參數(shù)優(yōu)化是通過極小化目標(biāo)函數(shù)使得模型輸出和實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)之間達(dá)到最佳的擬合程度，由于環(huán)境模型本身的復(fù)雜性，常規(guī)優(yōu)化算法難以達(dá)到參數(shù)空間上的全局最優(yōu)。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）技術(shù)在激光加工工藝摘 要DOE（Design of Experiment）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，一種安排實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理安排，以較小的實(shí)驗(yàn)規(guī)模（實(shí)驗(yàn)次數(shù)）、較短的實(shí)驗(yàn)周期和較低的實(shí)驗(yàn)成本，得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及得出科學(xué)的結(jié)論。參數(shù)優(yōu)化是達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的一種方法，通過將設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)化，采用優(yōu)化方法，不斷的調(diào)整設(shè)計(jì)變量，使得設(shè)計(jì)結(jié)果不斷接近參數(shù)化的目標(biāo)值。近年來，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算效率的快速提高，直接優(yōu)化方法得到了進(jìn)一步開發(fā)與廣泛應(yīng)用。以激光加工質(zhì)量?jī)?yōu)化為目標(biāo)，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法，利用hyperstudy中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）模塊對(duì)激光加工中各種工藝參數(shù)進(jìn)行了分析與計(jì)算，獲得經(jīng)過實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證的一組最佳激光加工工藝參數(shù)。 test designed primarily to test to make reasonable arrangements with a smaller pilot scale （number of trials）, a shorter test cycles and lowertest costs, and satisfactory results, and draw scientific conclusions. Parameter optimization is a way to meet the design objectives through the design of target parameters, optimization methods, and constantly adjust the design variables, making the design results to constantly close to the parameters of the target. Parameter optimization is to achieve the best goodness of fit between model output and observational data by minimizing the objective function, due to the plexity of the environment of the model itself, the conventional optimization algorithms is difficult to achieve the global optimum in the parameter recent years, with the rapid increase in puting efficiency, the direct optimization method to get the further development and wide application. The issue of the quality of laser processing, laser processing parameters were analyzed. Optimization of laser processing quality, the use of experimental design analysis methods, the use of the hyperstudy the experimental design （DOE） modules of various process parameters in laser processing, analysis and calculation, after verification of the actual test a set of best laser processing process parameters.Keywords: experimental design, parameter optimization, laser processing.目 錄 第1章 緒 論 1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述 1 課題的來源 1 3 本章小結(jié) 3第2章 HYPERWORKS軟件介紹及HYPERSTUDY優(yōu)化簡(jiǎn)介 4 HYPERWORKS軟件介紹 4 參數(shù)優(yōu)化的相關(guān)知識(shí) 5 HYPERSTUDY軟件的相關(guān)知識(shí) 5 HYPERSTUDY的簡(jiǎn)單介紹 5 HYPERSTUDY中DOE研究 6 HYPERSTUDY中優(yōu)化研究 7 本章小結(jié) 8第3章 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集與整理 9 激光加工簡(jiǎn)述 9 9 現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 9 工藝參數(shù)的收集與整理 11： 12： 15 本章小結(jié) 16第4章 激光加工工藝參數(shù)的優(yōu)化 17 17 以第二組實(shí)驗(yàn)為例建立分析模型 17 第二組實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）分析和近似 21 進(jìn)行優(yōu)化研究 23 DOE分析結(jié)果及最優(yōu)參數(shù)選擇 25 26 各組的軟件分析圖和分析結(jié)果 26 最終分析結(jié)果 30 本章小結(jié) 31第5章 總結(jié)與展望 32 課題的總結(jié) 32 課題的展望 32致謝 33參考文獻(xiàn) 34附錄 A 畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 35附錄 B 科技文獻(xiàn)翻譯 38附錄 C 開題報(bào)告 58附錄 D 安徽建筑工業(yè)學(xué)院2010屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題審批表 65第1章 緒 論 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)述DOE（Design of Experiment）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，一種安排實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理安排，以較小的實(shí)驗(yàn)規(guī)模（實(shí)驗(yàn)次數(shù)）、較短的實(shí)驗(yàn)周期和較低的實(shí)驗(yàn)成本，得理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及得出科學(xué)的結(jié)論。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為質(zhì)量管理領(lǐng)域相對(duì)復(fù)雜、高級(jí)的統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用，開始在國(guó)內(nèi)被逐漸接受，推廣。比如均勻設(shè)計(jì)，均勻設(shè)計(jì)是中國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家方開泰教授和中科院院士王元首創(chuàng)，是處理多因素多水平實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的卓有成效的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，可用較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)，完成復(fù)雜的科研課題開發(fā)和研究。 國(guó)內(nèi)一些行業(yè)領(lǐng)先的企業(yè)，比如中石化，華為科技，中石油，寶鋼等企業(yè)，也開始在質(zhì)量管理和產(chǎn)品研發(fā)、工藝改進(jìn)等領(lǐng)域采用DOE方法。激光加工是國(guó)外激光應(yīng)用中最大的項(xiàng)目，也是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級(jí)到10kW級(jí)CO2激光器和百瓦到千瓦級(jí)YAG激光器實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。1998年總收入預(yù)計(jì)增長(zhǎng)19%。 　　激光加工應(yīng)用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣，分別占到70%和20%，表面處理則不到10%。在美國(guó)和歐洲CO2激光器占到了70~80%。這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益都很高，故有很大的市場(chǎng)前景。如在汽車樣機(jī)和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光切割機(jī)，不僅節(jié)省了樣板及工裝設(shè)備，還大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；激光束在高硬度材料和復(fù)雜而彎曲的表面打小孔，速度快而不產(chǎn)生破損；激光焊接在汽車工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝，日本Toyota已將激光用于車身面板的焊接，將不同厚度和不同表面涂敷的金屬板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，激光加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合，派生出激光快速成形技術(shù)。 　　80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和標(biāo)記等方面發(fā)揮了越來越大作用。隨著YAG激光器輸出功率和光束質(zhì)量的提高而被突破。YAG激光器特別適合焊接不允許熱變形和焊接污染的微型器件，如鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等。 　　目前，國(guó)外激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。打孔峰值功率高達(dá)30~50kw，打孔用的脈沖寬度越來越窄，重復(fù)頻率越來越高，激光器輸出參數(shù)的提高，很大程度上改善了打孔質(zhì)量，提高了打孔速度，也擴(kuò)大了打孔的應(yīng)用范圍。對(duì)激光加工工藝參數(shù)的優(yōu)化，將極大地改善激光加工的性能。 根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）研究資料，本文將運(yùn)用hyperstudy軟件，尋求一種合適的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法，針對(duì)激光實(shí)驗(yàn)加工中得到的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸門別類，對(duì)各種不同的激光加工工藝參數(shù)的優(yōu)化，在最終得到最優(yōu)的激光加工工藝參數(shù)。 ，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分析方法，了解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法與應(yīng)用。4．定義分析，建立模型，建立響應(yīng)。 本章小結(jié)本章主要介紹實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的發(fā)展情況，主要包括國(guó)外和國(guó)內(nèi)的發(fā)展情況以及對(duì)于激光加工工藝參數(shù)優(yōu)化的研究情況進(jìn)而引出課題，確定課題研究的思