结构设计要面对各种不确定性,如材料、尺寸、荷载和其它变数。可靠性设计是处理不确定性的有效手段,稳健设计是面向质量的提高结构性能稳健性的一种新方法。具有稳健性的结构,其质量特性对设计参数和噪声因素的变差影响不敏感。 传统的稳健设计是基于试验的设计方法,其核心是田口玄一的质量观,最关键的步骤是参数设计与容差设计,而且传统的分析手段,如方差分析,其功能与适用范围有一定限制,设计步骤比较繁琐。 本文首先介绍了田口稳健设计方法的基本概念、原理及步骤,分析了稳健设计方法的基本思想。然后,从概率、优化和稳健性几方面考虑设计变量、约束条件和设计目标,提出了基于可靠性理论和优化技术的稳健设计方法,其中约束条件是可靠度要求的形式。本文的模型融合了容差模型和随机优化模型的特点,不仅可以处理无容差的普通变量、无容差的随机变量,而且可以处理带容差的普通变量、带容差的随机变量(考虑设计因素的随机性及其概率统计参数的波动),适应性更强。最后,借助于MATLAB遗传算法工具箱,研制了相应的计算程序,并结合算例与现行的可靠度设计方法进行了比较,阐述了结构进行稳健设计的可行性和合理性。