稳健型设计

基于CPTU的软土空间变异性及基坑稳健性设计发布时间：2023-04-15T06:25:50.565Z 来源：《工程建设标准化》2023年38卷1期1月作者：张陶郝藏刘晓飞丁旺达唐国强李泽华邓向振[导读] 现今我国经济处于快速发展阶段，城市建设也在不断发展，出现了越来越多的地下工程，尤其是在一些沿海地区，在开展深基坑工程施工时，需要在软土中施工，对于基坑工程开展的安全性提出较高的要求。

张陶郝藏刘晓飞丁旺达唐国强李泽华邓向振中建八局第三建设有限公司摘要：现今我国经济处于快速发展阶段，城市建设也在不断发展，出现了越来越多的地下工程，尤其是在一些沿海地区，在开展深基坑工程施工时，需要在软土中施工，对于基坑工程开展的安全性提出较高的要求。

天然的沉积土是在长时间的发展中形成的，岩土的相关工程参数存在空间变异性特点，主要表现为不同的位置，获取到的土工参数测试值呈现出离散性与不确定性的特点。

关键词：CPTU；软土空间；变异性；基坑稳健性前言：随着地下工程数量的不断增加，在具体的施工中面对较大施工风险，尤其是在沿海、沿江地区，处于较为脆弱敏感的地质环境下，增加了施工的难度系数。

在软土地区的基坑施工中，需要较大开挖范围，工程涉及面广泛涉及到的影响因素众多，对于基坑施工的设计安全性有着较高的要求，这也就成为岩土工程研究的重点所在。

一、内撑式地下连续墙软土基坑稳健性设计方法在开展软土基坑稳健性设计的过程中，其系统功能的设计对绝不可控输入参数产生的变异性影响问题，可以借助调整易控设计参与的方法，最大程度上降低对系统功能相应中不可控设计参数变异性的敏感性。

不仅如此，还需要对设计方案的应用成本加以考虑，从而保障设计方案的功能响应变化处于最小变化下，并且设计完成的方案需要成本较低等多种要求。

在使用内撑式地下连续墙支护结构形式时，在软土基坑的结构设计中，主要包含的是地下连续墙的实际插入深度，支护结构需要的最低点，以及支护结构使用中需要的内力和变形计算等多种内容。

六西格玛培训—优化阶段模块稳健性设计Robust DesignPatrick ZhaoI&CIM Deployment Champion稳健性设计•稳健性设计也称田口设计，由Dr. Genichi Tuguchi在70 年代创立。

质量损失•车主在汽车行驶过程中听到发动机有异响，担心出问题，他请假开到4S 店检修。

工作人员安排检查，两个小时后报告显示异响噪音满足标准，无法赔偿。

车主十分不满，几年后换车时，他选择了其他品牌。

传统田口传统质量损失VS 田口质量损失LSL USLTarget LSL USLTargetLoss Loss Loss Loss什么是稳健性？•稳健性定义：产品或过程在周围不可控或未控制因子（噪音因子）不断变化的条件下，持续稳定工作的能力。

（The ability of a product or process to function consistently as the surrounding uncontrollable or uncontrolled factors vary.）在冬天转动遮阳板时很紧，在夏天时很松，产品是否稳健？发泡产品在环境干燥时需要更多原材料，潮湿时需要很少原材料，过程是否稳健？产品不稳健的原因–遮阳板•温度低，使材料变硬，遮阳板难以转动。

过程不稳健的原因–发泡•湿度低时，反应变慢，填充同样模具所用材料更多。

解决策略1.直接减少噪音•控制环境温度？•控制环境湿度？•建造恒温恒湿车间？成本？2.根据噪音制定不同的策略•制定两套工艺参数应对不同环境？•产品在客户端的条件能预测吗？3.稳健性设计•减少噪音因子对产品/过程的影响！•三种策略可能同时需要。

稳健性指标•衡量一个产品/过程是否稳健的指标是信噪比，S/N –Signal to Noise Ratio。

•通过比较两种设计的信噪比差值来确定设计优化的程度。

•信噪比越大，产品/过程越稳健，越不受噪音因子的影响。

论述稳健性产品设计技术产品设计是决定产品的第一也是最重要的环节。

产品设计带来的质量问题如果不及时处理，会引起连锁反应，其解决需要的时间和费用很高。

在设计过程中考虑得全面、合理、仔细能够有效地降低成本，减少质量问题发生。

通过稳健性设计不仅能够提高质量，还能使产品特性对不可控因素的敏感性降低。

1 稳健性产品设计技术1.1 稳健性设计的基本原理产品的质量在其生命周期内会被各种因素影响，这些影响具有不确定性，会导致产品的质量特性波动。

直接消除干扰因素，虽然可以解决问题但是实现难度过大、成本过高。

可以尽量降低干扰因素，使质量与因素之间关联变弱，对干扰变得不敏感，这就是稳健性设计的原理。

1.2 稳健性设计典型方法稳健性来源于控制理论中的鲁棒性，是指变量对因素发生微小差变的不敏感性。

如何定量地度量设计的稳健性是稳健性设计的基础。

可行稳健性是指产品性能质量在印象因素作用下稳定在所允许的范围内的能力；敏感稳健性是指产品性能质量在噪声因素作用下保持稳定的能力。

稳健性的指标有质量损失函数、信噪比、质量信息熵等。

经过长期研究和应用，稳健性设计的技术取得了很大的进展，出现了多种稳健性设计方法。

马义中通过熵和协方差矩阵的关系，建立多元质量特性的信噪比计算公式来度量产品质量特性的整体波动，为了克服质量特性协方差不能直接反映质量特性的波动关系，利用信息熵概念度量稳健设计中多元质量特性的整体波动。

比较常用的如下：1.2.1 田口方法。

田口方法以正交试验设计为基础，将产品的设计分为系统设计、参数设计和容差设计三个阶段，最后通过正交试验设计确定参数值可以到达的最佳水平组合。

该方法为稳健性设计提供了理论基础，但是必须事先确定方案的大致范围，局限性强，需要进一步研究。

1.2.2 双响应面法。

双响应面法可以将噪声因素和设计变量结合，综合考虑其对产品质量的影响。

适用于噪声因素非正太分布，求解误差小，但是对试验数据敏感，模型拟合较为困难。

1.2.3 随机模型法。

稳健设计名词解释
稳健设计 (稳健性设计) 是指在系统设计和开发过程中，为了提高系统的可靠性、稳定性和鲁棒性，采取一系列措施来提高系统的安全性和可用性。

稳健设计的目标是在设计阶段就发现和解决系统可能存在的缺陷和风险，避免在系统运行时出现不可预料的问题。

稳健设计的具体含义包括以下几个方面:
1. 系统性：稳健设计要求系统设计和开发过程必须以系统性为基础，强调从系统整体的角度思考问题，综合考虑各个模块之间的交互关系和影响。

2. 风险评估：在系统设计和开发过程中，需要进行风险评估，分析系统可能存在的风险和缺陷，并制定相应的对策和措施。

3. 容错设计：在系统设计和开发过程中，需要考虑异常情况下系统的响应和处理能力，设计相应的容错机制和预案，以保证系统的稳定性和可靠性。

4. 可维护性：稳健设计要求系统设计和开发过程需要考虑系统的可维护性，保证系统在不同环境下的可适应性和易用性。

5. 安全性：稳健设计要求系统设计和开发过程需要考虑系统的安全性，包括防止恶意攻击、数据保护、访问控制等方面。

总结起来，稳健设计是一种系统设计和开发的理念，旨在提高系统的可靠性、稳定性和鲁棒性，保证系统在不同环境下的可用性和安全性。

机研142孙利文2100一、稳健设计方法在产品设计开发中的作川。

稳健设计又称作鲁棒设计。

是关于产品质量和成本的一种工程设计方法。

在产品或工艺系统设计中，正确的应用稳健设计的基本理论和方法可以使产品在制造或使用中，或是在规定寿命内当结构或材料发生老化、变质、工作环境发生微小的变化时，都能保证产品质量的稳足。

通过稳健设计，可以使产品的性能对各种噪声因素的不可预测的变化，拥有很强的抗干扰能力。

产品性能将更加稳定、质量更加可靠。

任何一种产品〃影响其质量的因素有很多〃主要可分为两类:一类是在设计中人们可以控制的因素如设计变量、变量的容差等；另一类是所谓的噪声因素指由生产条件、使用环境及时间等的变化而影响产品质量的因素如载荷、儿何尺寸、工程材料特性的变异以及制造、安装误差等，其基本特点是具有不确定性和随机性，是不可控制的因素。

实际存在的不确定因素的变化有可能导致产品的性能指标有较大的波动，使其功能劣化我至失效，还有一些材料或元器件会随着时间的推移而发生失效等。

对于这些因素有两种处理方法: 一是尽可能消除这些因素这对可控因素是可以做到的，而对噪声因素往往很难实现。

即使能够消除也需要花费很大的代价；二是尽量降低这些因素的影响。

这是相对容易和低代价的方法，也就是使产品性能对这些因素的变化不敏感，为了使所设计的产品在不确定因素的影响下，其性能指标不仅能达到设计要求，而且对各种不确定因素的变化不敏感，就需要用稳健设计方法來实现。

稳健设计就是使产品的性能对在制造期间的变异或使用环境的变异不敏感，并使产品在其寿命周期内不管其参数、结构发生漂移或老化在一定范围内都能持续满意地工作。

二、试验设计在稳健设计中的作用。

试验设计就是运用正交试验法或优化方法确定零部件参数的最佳组合，在系统内、外因素作用下，所产生的质量波动最小，即质量最稳定（健壮）。

试验设计的目的是根据系统设计中所确定的所有参数，通过多因素的优选方法来考察三种干扰（内干扰，外干扰，产品间波动）对系统质量特性的影响，寻求最佳的参数组合，以求得抗干扰性最佳的设计方案，使系统质量特性波动小，稳健性好，并且价格低廉。