光学设计师的世界：敏感度与蒙特卡洛分析

光学公差分析有两种主要的方法：敏感度分析和蒙特卡洛分析。 

为了了解每种方法的适用性，理解每种方法及其优缺点非常重要。  

1.敏感度分析 

在敏感度分析中，在标称值的基础上改变系统中的每个参数，并对系统的性能进行评估，以分别测试每个参数的改变对性能的影响。实际上，这是所有系统参数之间的一种相对比较。当然，参数越敏感，则要求的公差越紧。 

该过程很好地显示出系统的“弱点”或更关键（敏感）的参数，即需要收紧的公差；另一方面，也显示出系统的“优势”或无关紧要（较不敏感）的参数，即可以放松的公差。需要注意的是，这个分析过程会单独评估每个参数，并不考虑参数之间的相互作用或相关性。 

这个分析方法无法预测实际系统在生产中的性能。

2.蒙特卡洛分析

在蒙特卡洛分析中，当每个参数在其定义的公差范围内改变并且每个系统是所有参数及其公差的不同叠加时，我们将模拟和分析许多系统，从而显示出实际系统的性能。这个分析中，我们当然可以模拟实际系统在生产中的性能，但是哪个参数或哪些参数对系统性能有更大的影响是不清楚的。 

因为提供不同的分析结果，因此有必要同时进行两种公差分析。 

敏感度分析有助于大致了解哪些参数更敏感，哪些参数无关紧要；而蒙特卡洛分析创建了许多统计系统并允许通过给定的一组公差预算需求预测性能和产率。 

然而，在许多情况下，系统要求是灵活的或者根本没有定义，特别是在早期设计阶段。因此，我们创建了一个基于蒙特卡洛系统的性能统计，并允许计算在给定的一组需求（指公差预算）下产率的计算工具。我们称这个工具为产率计算器。它还允许改变要求并获知它们对生产产量的影响。 

我们的产率计算器是系统工程师、技术人员和项目经理的强大工具。它可以帮助他们在与客户合作的过程中制定一组需求。与光学/光机械元件制造商合作时，它也非常有用。 

了解到每个公司/初创项目有不同的目标非常重要。  
公差分析是一项耗时的工作，而时间又是设计过程中最重要的资源之一，因此在恰当的时机明智地选择合适的公差分析方法就显得尤为重要。 

作为一个例子，我们定义了3种不同类型的项目目标以及我们推荐的公差分析计划，以帮助在最短的时间内达到这些目标：  

让我们根据不同的项目目标来解释这3个不同计划背后的含义： 

1. 当项目目标是POC（概念验证）时，我们希望尽快制造原型，而最终性能并不是那么关键。然后需要进行敏感度分析，以便与光学零件制造商一起优化制造公差。 

2. 当项目目标为生产时，第一步是执行敏感度分析以生产原型。然后进行蒙特卡洛分析，以确保生产单元满足所有要求并且良率足够。 

3. 当项目目标是量产时，设计的驱动需求是满足高产率。这就是为什么公差分析计划的第一步是执行蒙特卡洛分析，这确保设计和公差能够以足够的产率生产。接下来进行敏感度分析，追溯生产工艺问题和难题到相应的公差参数并分析失效机理并解决它们。 

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