现代设计方法之稳健性设计

稳健设计是一种什么方法稳健设计是一种系统工程方法，旨在提高系统的稳定性、可靠性和可维护性。

它是在软件开发过程中的一种方法论，强调从需求分析、架构设计到编码、测试和维护等全过程中注重系统的稳健性和可靠性。

稳健设计的目的是确保软件系统能够在各种环境和工况下保持稳定运行，不受外部干扰或异常情况的影响。

稳健设计的核心概念包括容错、容灾和恢复能力，旨在提供系统的可用性、可恢复性和可维护性。

稳健设计的关键原则之一是“防御性设计”。

防御性设计意味着在软件系统的设计和实现中，要考虑各种可能的异常情况和错误输入，并尽最大努力避免系统崩溃或产生不可预期的错误。

这可以通过输入验证、边界检查、错误处理等方式来实现。

另一个重要原则是“容错性设计”。

容错性设计指的是系统在出现异常情况时能够正确处理，并保证系统的继续运行。

容错性设计的方式包括使用错误检测和纠正技术、添加冗余机制、提供备份和恢复功能等。

此外，稳健设计还强调系统的可维护性。

可维护性指的是软件系统能够方便地进行修改、维护和升级。

稳健设计通过合理的模块划分、良好的接口设计、规范的编码风格和文档等方式来提高系统的可维护性。

稳健设计的实施需要遵循一系列的步骤和方法。

首先，需求分析阶段需要明确系统的稳健性要求，并针对可能出现的异常情况进行分析和评估。

在架构设计阶段，需要考虑系统的可靠性和容错性，并相应地选择合适的设计模式和技术。

在编码和测试阶段，需要注重输入验证、错误处理和异常情况的测试。

最后，在系统的维护阶段，需要保持对系统的监控和改进，确保系统能够持续稳定地运行。

稳健设计在许多领域都有广泛的应用，特别是对于一些对稳定性要求较高的系统，如金融交易系统、电力系统、航空航天系统等。

它不仅可以提高系统的可靠性和安全性，还可以减少系统的故障和事故带来的损失。

同时，稳健设计也是一种良好的编程实践，可以提高开发人员的工作效率和代码质量。

总之，稳健设计是一种系统工程方法，旨在提高系统的稳定性、可靠性和可维护性。

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。

稳健参数设计
稳健参数设计是一种重要的设计方法，旨在使产品或系统对不确定性因素具有良好的鲁棒性和稳定性。

稳健参数设计通常采用统计方法和实验设计方法，通过对不同参数进行系统性的测试和分析，找出对系统性能最敏感的参数，并通过合理的调整和优化来提高产品或系统的稳定性和可靠性。

在稳健参数设计过程中，需要考虑系统的环境因素、材料特性、设计要求和用户需求等多个方面。

同时，也需要充分了解产品或系统的工作原理和性能特点，以便找出影响系统稳定性和可靠性的关键因素。

稳健参数设计的核心思想是在设计过程中充分考虑不确定性因素，通过科学的方法和技术手段来提高产品或系统的鲁棒性和稳定性。

这种设计方法适用于各种领域和行业，包括电子、机械、航空、汽车、医疗等。

在实际应用中，稳健参数设计需要密切配合实验设计和统计分析等方法，以便得到可靠的测试数据和分析结果。

同时，也需要充分考虑成本和时间等因素，以便在保证设计质量的前提下，实现快速、高效的产品或系统开发。

总之，稳健参数设计是一种重要的设计方法，可以提高产品或系统的鲁棒性和稳定性，从而确保其在不同环境和使用条件下的可靠性和性能。

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机研142 孙利文201421202100一、稳健设计方法在产品设计开发中的作用。

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定。

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、几何尺寸、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，使其功能劣化甚至失效，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来实现。

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。

稳健设计理念长沙
稳健设计是指在设计过程中注重稳定性和可靠性的理念。

稳健设计理念强调在设计中避免冒险，减少潜在的风险和问题，并确保产品或系统的长期稳定运行。

稳健设计理念在各个领域都有广泛的应用，包括工业设计、软件开发、建筑设计等。

在这些领域中，稳健设计的目标是提供可靠、安全和高效的解决方案，以满足用户的需求。

在工业设计中，稳健设计意味着设计师要考虑产品的使用环境和条件，以确保产品能够稳定地工作和运行。

例如，在设计机械设备时，稳健设计会考虑到可靠性、耐用性和维护便捷性等因素，以确保机器能够稳定地运行并减少故障和维修的次数。

在软件开发中，稳健设计意味着开发人员要考虑到各种潜在的情况和异常情况，以确保软件能够在各种情况下正常运行。

例如，在编写程序时，开发人员会考虑到输入数据的边界情况、错误处理和恢复机制等因素，以确保软件在面对意外情况时能够做出正确和可靠的反应。

在建筑设计中，稳健设计意味着建筑师要考虑建筑的结构、材料和施工过程，以确保建筑能够在各种自然和人为的条件下保持稳定和安全。

例如，在设计高楼大厦时，建筑师会考虑到地震、风力等自然因素，并采取相应的措施以确保建筑能够抵御外力和保护住户的安全。

总之，稳健设计理念是一种注重稳定性和可靠性的设计方法。

它强调在设计过程中要考虑各种潜在的情况和异常情况，并采取相应的措施以确保产品或系统的长期稳定运行。

稳健设计不仅可以减少风险和问题，还可以提高产品或系统的质量和性能，满足用户的需求和期望。