穩健設計概念

　　“穩健設計(Robust Design)”是一種通用的、并經過實踐驗證的開發理念，致力于提高流程或產品的可靠性。為了提高可靠性，要求穩健設計原理在早期就成為設計周期不可分割的組成部分，其目標是讓最終產品免受那些可能對可靠性產生不利影響的參數。如圖1所示，通用的穩健設計方法要求在設計過程中對信號、響應、噪聲和控制這4項參數予以考慮 。

　　在當前的系統設計環境中，這4項參數有其特定含義。

　　1.信號參數

　　信號參數是指系統輸入信號的特性參數。這方面需要考慮的參數有很多，包括信號的類型(模擬、數字等)、幅值、頻率、頻譜等。設計師必須在創建有效的系統設計前對這些特性予以掌握。信號參數決定系統輸入級的結構，輸入級對輸入信號進行準備加工，并供系統對其進行處理。

　　2.響應參數

　　響應參數是針對系統輸出提出的要求。與信號參數類似，也有許多需要考慮的響應參數。系統對輸入信號的處理必須能夠讓輸出達到性能要求。因此，響應參數決定了系統輸出級的結構。

　　3.噪聲參數

　　噪聲參數是指造成系統信號與響應之間的關系發生漂移的干擾，可以是系統的內部噪聲參數或外部噪聲參數，其中多數都不能被設計師直接控制。通常，設計師在消除干擾方面的唯一選擇是在系統設計中加入對噪聲的補償措施。為了做到這點，設計師必須首先對會給系統造成不利影響的所有噪聲參數進行識別和量化，然后，設計師必須選擇有哪些參數需要進行補償。

　　4.控制參數

　　控制參數用于對噪聲參數的補償，可由設計師直接控制。它的目標是對那些能夠明顯影響系統并使其偏離標稱性能的那些噪聲參數進行預測和補償。在一種噪聲參數可能有多種補償解決方案時，穩健設計原理提倡采用最簡潔、最經濟高效的方法。為了滿足這一目標，設計師必須經常選擇能夠減輕多項噪聲參數的控制參數。

　　設計實例-汽車制動

　　為了說明穩健設計參數是如何應用于系統設計的，我們以一個基本的汽車制動系統為例。該例中，假設汽車采用盤式制動器，其目標是使其旋轉運動完全停止。

　　理論上，制動系統的操作是相當簡單的。駕駛者對剎車踏板施加壓力，這個壓力通過液壓或電力傳導到制動鉗上，制動鉗推動剎車片壓緊正在旋轉的剎車盤。剎車片施加到剎車盤上的力最終使車輛減速直至完全停止。

　　參見圖1，該系統的輸入信號是對剎車踏板施加的壓力。主要的信號參數是所施加壓力的數值。該系統對剎車踏板壓力的響應就是降低車速。主要的響應參數是車輛完全停止所需要的時長。

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　　圖1：穩健設計中的參數。

　　有很多噪聲參數能夠影響制動系統制動車輛能力。常見的噪聲參數包括車輛的重量、輪胎的狀況、車輛行駛的地面類型、制動表面的條件和溫度以及天氣條件，所有這些參數在車輛行駛中的任何時刻都存在。設計師必須理解所有這些參數，并根據它們對剎車系統性能的影響來區分優先次序。

　　設計師可以從幾項控制參數中選擇，以便對剎車系統噪聲參數進行補償。常見的控制參數包括制動表面的大小、對剎車力的計算機控制、懸掛系統的硬度以及增加剎車助力。設計師必須選擇能夠最好地滿足系統性能技術規格的各項控制參數的組合。

　　一旦識別出關鍵性的噪聲參數并選定了控制參數，就可以使用穩健設計流程來實現和分析這個設計方案，以確保剎車系統的可靠性。穩健設計流程的目標是以最高的系統可靠性和最為合理的系統成本滿足性能要求。