优化设计原理，优化设计原理和方法课程

模糊设计是指什么

1965年美国L. A. Zadeh教授创立了模糊**论。基于模糊**论而形成的模糊数学，其应用范围已遍及理、工、农、医及社会科学等众多领域，并显示出了强大的生命力，特别是对工程设计、自动控制、信息技术、人工智能等学科产生了极大影响，并取得了许多令人振奋的新成果。模糊设计是模糊数学应用于工程设计的产物，是模糊系统理论的一个分支学科，由于它问世不久，至今尚无一致公认的定义。我们认为，所谓模糊设计是运用模糊数学原理，针对工程中研究对象的特点，分析、量化、研究、决策设计中的模糊因素，模拟人的经验、思维与创造力，设计模糊化、智能化的软件与硬件产品的综合性学科。值得一提的是，近年来我国广大工程技术人员在模糊优化设计、模糊可靠性设计、模糊自动控制设计、人工智能设计等方面取得的优异成果，使工程设计这门古老的学科开放出新的花朵。可以说，模糊设计是传统的常规设计理论及方法的拓展与延伸，是设计概念的深化，并已成为解决复杂工程模糊设计问题的有效方法与手段。

模糊设计的基本理论是在现实的客观世界及工程领域中，既存在着许多确定性与随机性的现象，还普遍存在着模糊现象。模糊现象是指边界不清楚，在质上没有确切的含义，在量上没有确切界限的某种事物的一种客观属性，是事物差异之间存在着中间过渡过程的结果。

国外从20世纪70年代、国内从80年代开始，以数学规划论为基础，以计算机为工具的优化设计技术取得了不断发展和广泛应用，收到了显著的效益。但是常规的优化设计把设计中的各种因素均处理成确定的二值逻辑，忽略了事物客观存在的模糊性，使得设计变量和目标函数不能达到应有的取值范围，往往会漏掉一些真正的优化方案，甚至会带来一些矛盾的结果。事实上，不仅事物差异之间的中间过渡过程所带来的事物普遍存在的模糊性，而且研究对象的复杂化必然要涉及模糊因素，信息技术、人工智能的研究必然要考虑到模糊信息的识别与处理，以及工程设计不仅要面向用户需求的多样化和个性化，还要以满足社会需求为目标，并依赖社会环境、条件、自然资源、政治经济政策比较强烈的模糊性问题等，这些都必然使上述领域的优化设计涉及种种模糊因素。如何处理工程设计中客观存在的大量模糊性，这正是模糊优化设计所要解决的问题。模糊优化设计是将模糊理论与普通优化技术相结合的一种新的优化理论与方法，是普通优化设计的延伸与发展。

目前，国内外模糊优化理论及应用已取得较大进展，我国在机械结构的模糊优化设计、抗震结构的模糊优化设计等方面取得了较多成果。特别值得一提的是，我国将系统分析、经典优化技术中的动态规划原理与模糊优化理论相结合，为求解多目标、多层次、多阶段的复杂的大型成套机械设备系统的优化问题提供了新的途径。

下面是基于模糊综合评价法对某石油钻机司钻控制房内显示、操纵元件的人机界面进行的模糊评价，如图4-29所示。

图4-29采用模糊理论评价一部新设计的钻机司钻控制界面在对现场进行深入设计调查的基础上，与现场专家司钻员交流，记录他们对操作界面的重要性和界面本身作出的评价，建立评价模型，如图4-30所示。该评价模型包括确定评价指标（又称评价因素）体系和参与评价的专家，确定专家评测意见的表达方法和综合方法，然后再确定各层的权重系数，并根据离散语言值标尺确定评语集为U＝（V1，V2，V3，V4，V5）＝（位置非常合理，位置合理，位置一般，位置不合理，位置非常不合理），给每个评语集的每个等级赋予分值，如下表所示，赋值后的评语集为H＝（9，7，5，3，1）。

图4-30某交流变频电驱动钻机司控台界面评价层次模型

评价分值表评语评价分值含义99～8.0分人机界面设计很合理78.0～7.0分人机界面设计比较合理57.0～5.0分人机界面设计一般35.0～3.0分人机界面设计不太合理13.0分以下人机界面设计很不合理结合现场调研的司钻意见和各元素权重系数对单一因素进行评价，再对整个司钻控制显示操作元件界面进行评价。计算交流变频电驱动钻机司钻房的人机界面设计的模糊评价结果，对照规定的评语等级标准判断设计的合理性。

设计方案的优度C：

C＝BU·HT式中BU——综合评价向量；H——评语集。

本案例最终计算的界面优度C为8.789，设计后的司钻房人机界面的评价结果为非常合理，体现了使用者对设计的心理认同性，说明该人机界面的设计是合理的。

AOI优化设计

AOI优化设计的关键在于预防和减少检查过程中的问题，特别是在对象不可见或图像模糊的情况。通过PCB设计的改进，可以实现以下目标：

减少编程时间：通过优化设计，如采用一致的材料和产品，可以简化编程过程，减少不必要的调整。

降低误报：设计方针如遵循IPC-7350标准的PCB布局，有助于减少检查中的错误识别，提高准确性。

改善失效检查：合理布局器件，如优先使用片式器件，考虑传感器技术角度，有助于提高检查的效率和效果。

具体建议包括：

器件布局：至少3mm的工艺边距，确保器件到边缘的安全距离；优先考虑片式器件，注意传感器视角。

元器件选择：选择稳定的工艺流程元器件，避免因价格因素导致的检查问题，保持一致性减少误报。

尺寸管理：遵循IPC-7350标准，关注焊盘尺寸的固定性和元器件尺寸的变化范围。

颜色和阻焊：推荐无光泽阻焊层，减少颜色和反射对检查的影响。

印刷图案：减少非反射性标识，对特定器件的标识进行选择性印刷以增强对比。

基准点：使用稳定的基准点设计，如十字形，以简化变形补偿。

坏板确认：通过全局和局部检查策略，准确识别坏板标识。

避免焊点反射：避免对称器件排列，调整焊接参数以防止反射误报。

波峰焊影响：考虑焊点老化和焊料爬升对检测算法的影响，优化检查过程。

特殊器件：正确识别片式和MELF焊点，以及C-leads焊盘设计，考虑器件长度变化。

通过遵循这些策略，优化的PCB设计可使AOI和AXI检测更为高效，减少成本，提高产品质量一致性。

扩展资料

AOI（Automatic Optic Inspection）的全称是自动光学检测，是基于光学原理来对焊接生产中遇到的常见缺陷进行检测的设备。AOI是近几年才兴起的一种新型测试技术，但发展迅速，目前很多厂家都推出了AOI测试设备。当自动检测时，机器通过摄像头自动扫描PCB，采集图像，测试的焊点与数据库中的合格的参数进行比较，经过图像处理，检查出PCB上缺陷，并通过显示器或自动标志把缺陷显示/标示出来，供维修人员修整。