随着机电产品朝着智能化、大型化、复杂化方向的发展,对影响机电产品性能的不确定性因素相关研究也进入了新的阶段。稳健设计(Robust Design)作为一种能有效的提升产品质量的工程优化设计方法,已被广泛地应用在各领域中。为适应现代机电产品发展趋势,本文以稳健设计理论为基本框架,针对不同工程实际问题,提出了多种不确定条件下的稳健设计优化模型,主要内容如下:(1)在对国内外大量学者研究成果的总结下,通过梳理稳健设计理论的发展历程,明确了稳健设计在不确定性优化问题上的优越性;分析了不同理论模型下、不同工程应用背景下的各稳健设计方法的特点,对各稳健设计模型优缺点进行了总结,并对其未来的发展方向做了预测和展望。(2)目前的稳健设计研究中,为简化模型习惯性假设不确定因素之间是相互独立的。然而在实际工程系统中,不确定因素之间的相关性是客观存在的且对最终优化结果有不可忽视的影响,因此准确刻画不确定因素之间的相关性是十分必要的。本文首先利用Copula函数对影响性能函数的相关不确定因素进行了分析;其次提出了基于Copula函数的变量之间协方差求解新方法,最终建立了基于Copula函数量化不确定因素相关性的稳健设计容差模型;最后通过汽车齿轮齿条式转向机构的设计证明了该方法的有效性。(3)考虑到复杂机电产品优化设计中信息少,涉及因素多等特点,提出基于灵敏度分析的区间不确定性稳健设计方法。该方法筛选对产品性能影响较大的因素着重考虑,适当忽略影响较小因素的不确定性,并同时保证优化结果的稳健性。该方法首先探讨了全局灵敏度分析方法Sobol’法及区间不确定理论的工程适用性;其次搭建了基于灵敏度分析的区间不确定性稳健设计框架;最后通过一个工程实例进行验证,给出了相关的研究结论。(4)为着眼于未来、有效提高产品设计水平,对于时变不确定因素的处理已成为急需解决的关键问题。考虑到机械系统各部分对整体性能影响的时变特性,在现有区间灵敏度分析的基础上提出了一种时变区间灵敏度分析方法,并结合可靠性稳健设计的思想,进一步搭建了基于时变区间灵敏度分析的可靠性稳健设计模型。该方法首先在现有区间灵敏度分析方法的基础上,加入时间变量,提出了时变条件下的区间灵敏度量化方法;其次,通过深入分析本文所提时变区间灵敏度分析方法,得出此方法所具有的三个性质,并予以证明,最后给出对应推论,且用一个数学算例对性质及推论做了验证;最后,立足于本章所提时变区间灵敏度方法,融入可靠性稳健设计思想,建立了基于时变区间灵敏度分析的可靠性稳健设计模型;最后给出了相关结论。