面向多工序加工系統(tǒng)的加工尺寸偏差建模與控制.pdf

1、復(fù)雜的零件加工系統(tǒng)往往是一個多源多工序加工系統(tǒng),最終加工形成的零件質(zhì)量受到加工過程中所有工序上多個偏差源的影響。而零件的尺寸偏差是直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率和市場響應(yīng)時間等的最重要因素之一。零件的尺寸偏差受到加工過程中多種因素的影響,除了單個工序上的各種偏差外,不同工序間存在復(fù)雜的耦合關(guān)系,這些尺寸偏差經(jīng)過不斷的傳遞,形成了最終產(chǎn)品的尺寸偏差。目前國內(nèi)外學(xué)者在單工序尺寸偏差分析、診斷和控制方面已有大量研究成果,但很少從系統(tǒng)層面上對批量零件

2、加工過程的零件尺寸偏差的建模與控制進行描述,同時缺乏有效的面向偏差源的控制體系,未能實現(xiàn)批量零件加工過程的尺寸偏差傳遞分析、預(yù)測、診斷、控制一體化。本文以復(fù)雜多源多工序加工過程為研究對象,通過對尺寸偏差流建模和控制,為加工過程的質(zhì)量偏差控制提供方法,確保系統(tǒng)在高質(zhì)量控制模式下運行。首先研究了多工序加工系統(tǒng)尺寸偏差流分析與建模方法。并描述偏差形成與傳遞關(guān)系、動態(tài)變化及分析加工過程中偏差流流動線路。然后對偏差源診斷體系進行了研究。提出了統(tǒng)計

3、控制批量零件加工過程中的尺寸偏差的方法。基于前人的研究成果和大量實際的工程經(jīng)驗,本文在多工序加工系統(tǒng)尺寸偏差流建模和控制的研究中做出了以下具有創(chuàng)造性的研究工作:(1)建立了針對單個零件的多源多工序加工系統(tǒng)尺寸偏差傳遞狀態(tài)空間模型,并提出了零件加工過程中零件尺寸偏差與偏差源間一一對應(yīng)的關(guān)系,并進一步定義了偏差源向量,在建立關(guān)鍵特征分析的系統(tǒng)流程和算法基礎(chǔ)上,分析了多工序加工過程中的尺寸偏差傳遞規(guī)律。使用齊次變換方法,建立了關(guān)鍵產(chǎn)品特征狀態(tài)

4、空間模型,并對狀態(tài)空間的工程含義、狀態(tài)向量、控制向量、觀測向量以及系統(tǒng)矩陣、控制矩陣和觀測矩陣進行定義。這些模型和方法增強了偏差流建模理論和加工系統(tǒng)建模理論,為批量零件加工過程零件尺寸偏差的統(tǒng)計控制提供了理論依據(jù)。(2)提出了多工序加工系統(tǒng)批量加工零件尺寸偏差動態(tài)統(tǒng)計控制的分析方法和基于狀態(tài)空間模型、估計理論與假設(shè)檢驗的EWMA統(tǒng)計控制方法,提出了針對多工序加工系統(tǒng)零件尺寸偏差的控制思路。并建立了局部可診斷系統(tǒng)的量化評價體系,解決了對多

5、源多工序加工系統(tǒng)批量零件加工過程的統(tǒng)計控制問題。為了驗證基于EWMA統(tǒng)計控制方法的批量加工過程零件尺寸偏差控制的有效性,分別比較在不同EWMA設(shè)計參數(shù)條件下以及不同偏差變化模式下EWMA統(tǒng)計控制方法的表現(xiàn)與休哈特統(tǒng)計控制方法的區(qū)別。(3)建立了基于針對多工序加工系統(tǒng)批量加工過程偏差源的尺寸偏差控制系統(tǒng),推導(dǎo)出了控制法則,建立了具體的控制策略,在引入MEWMA統(tǒng)計控制方法的基礎(chǔ)上,基于單個零件狀態(tài)空間模型中偏差源與偏差間的空間關(guān)系,提出基

6、于MEWMA統(tǒng)計控制方法的批量加工過程零件尺寸偏差控制方法。在面向三個偏差源的統(tǒng)計控制方法研究的基礎(chǔ)上,比較基于MEWMA統(tǒng)計控制方法與基于休哈特統(tǒng)計控制方法的批量加工過程零件尺寸偏差控制的區(qū)別,驗證了基于MEWMA統(tǒng)計控制方法更符合面向過程控制的零件尺寸偏差控制發(fā)展趨勢。(4)研究了面向多工位加工系統(tǒng)偏差源監(jiān)測的傳感器布置優(yōu)化問題。針對最大化多工位加工系統(tǒng)偏差源監(jiān)測能力的傳感器布置優(yōu)化問題,研究量化描述系統(tǒng)偏差源監(jiān)測能力的方差監(jiān)測敏感

7、度系數(shù)。將數(shù)據(jù)挖掘算法與進化算法相結(jié)合,提出了傳感器布置的優(yōu)化方法。本文通過提出單個零件加工過程尺寸偏差與偏差源間空間關(guān)系,分別論證了應(yīng)用EWMA統(tǒng)計控制方法控制零件尺寸偏差與應(yīng)用MEWMA統(tǒng)計控制方法控制偏差源的有效性,并且對兩種控制方法進行了比較,為面向偏差源的統(tǒng)計控制方法提供了依據(jù),將偏差源對產(chǎn)品質(zhì)量作用的定性認識上升為對其行為的定量分析。本文的研究可以很好地解決多源多工序加工系統(tǒng)批量零件生產(chǎn)的尺寸偏差統(tǒng)計控制問題,為多源多工序加