本發(fā)明涉及一種面向多工序制造過程的工藝可靠性評(píng)估及控制方法，屬于生產(chǎn)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代大型裝備產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其制造過程包含多個(gè)工序。在各工序制造過程中，輸出產(chǎn)品的質(zhì)量受多種誤差源作用的影響而產(chǎn)生偏差，最終影響到產(chǎn)品的使用性能。對(duì)工藝可靠性進(jìn)行實(shí)時(shí)地計(jì)算評(píng)估，并加以控制，保障工藝系統(tǒng)穩(wěn)定地運(yùn)行，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量控制的重要手段。然而多工序制造過程中誤差產(chǎn)生和演化機(jī)理十分復(fù)雜，如何對(duì)工藝可靠性進(jìn)行實(shí)時(shí)把控，以便能夠即時(shí)、準(zhǔn)確地診斷工藝系統(tǒng)故障，已成為工程人員面臨的棘手難題。

當(dāng)前，針對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的相關(guān)理論和方法諸多，但它們?cè)诿嫦蚨喙ば蛑圃爝^程質(zhì)量控制時(shí)存在一些弊端。其中，控制圖方法作為一種被廣泛使用的產(chǎn)品過程質(zhì)量控制手段，通過對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量特性進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量、監(jiān)控來控制工藝過程。該方法具備易于操作、控制及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，但它未考量輸入工序的待加工件特性，面向具有誤差傳遞累積特性的多工序過程、產(chǎn)品質(zhì)量特性值發(fā)生異常偏移時(shí)，該方法無法對(duì)誤差源頭進(jìn)行判定。而另一類基于誤差流(sov)模型的質(zhì)量控制方法，其數(shù)學(xué)模型適用于單一零件的多工序制造過程，在面向具有統(tǒng)計(jì)特性的大批量產(chǎn)品時(shí)，該方法適用性不強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中質(zhì)量控制方法存在的下述不足：無法兼顧精確識(shí)別誤差源頭和面向大批量零件進(jìn)行質(zhì)量控制。本發(fā)明公開的一種面向多工序制造過程的工藝可靠性評(píng)估及控制方法要解決的技術(shù)問題是：能夠精確識(shí)別誤差源頭，且能夠面向大批量零件進(jìn)行質(zhì)量控制，進(jìn)而提高多工序制造過程的工藝可靠性和質(zhì)量，具有涵蓋的控制過程范圍全面的優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明公開的一種面向多工序制造過程的工藝可靠性評(píng)估及控制方法，首先通過建立系數(shù)矩陣以及轉(zhuǎn)移概率矩陣來構(gòu)造誤差傳遞概率方程；接著對(duì)工藝可靠度進(jìn)行定義，分別評(píng)估多工序?qū)嶋H工藝可靠度、各單工序理想工藝可靠度以及毛坯件基準(zhǔn)可靠度，以此反映多工序過程中存在的質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)工序質(zhì)量進(jìn)行改善后返回建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型；最后基于z檢驗(yàn)對(duì)工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，先檢驗(yàn)多工序過程、失控時(shí)再檢驗(yàn)各單工序過程，確定故障工序并對(duì)工序質(zhì)量進(jìn)行調(diào)整后返回建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型。迭代上述過程，當(dāng)檢驗(yàn)結(jié)果表明多工序過程工藝可靠性狀態(tài)受控，多工序制造過程能夠?qū)崿F(xiàn)保證預(yù)設(shè)質(zhì)量要求下的持續(xù)生產(chǎn)，即實(shí)現(xiàn)面向大批量零件的質(zhì)量控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多工序制造過程工藝可靠性的保障和提升。

本發(fā)明公開的一種面向多工序制造過程的工藝可靠性評(píng)估及控制方法，包括如下步驟：

步驟一：建立多工序制造過程誤差傳遞概率模型。

依據(jù)多工序制造過程的工藝方案，梳理各工序中制造特征-基準(zhǔn)特征關(guān)系。面向制造特征-基準(zhǔn)特征關(guān)系、基于制造過程中質(zhì)量特性-基準(zhǔn)特性作用函數(shù)建立理想質(zhì)量特性誤差隨基準(zhǔn)特性誤差變化的系數(shù)矩陣γi(k)，并依據(jù)制造過程中工藝設(shè)備的相關(guān)參數(shù)建立實(shí)際質(zhì)量特性誤差隨理想質(zhì)量特性誤差的轉(zhuǎn)移概率矩陣pi(k)。再通過構(gòu)建誤差傳遞概率方程對(duì)批量產(chǎn)品的誤差傳遞過程進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)，所述的誤差傳遞概率方程即為多工序制造過程誤差傳遞概率模型，同時(shí)具備統(tǒng)計(jì)性描述以及適用于多工序過程、可遞推的特點(diǎn)。

步驟一中：所述的面向制造特征-基準(zhǔn)特征關(guān)系、基于制造過程中質(zhì)量特性-基準(zhǔn)特性作用函數(shù)建立理想質(zhì)量特性誤差隨基準(zhǔn)特性誤差變化的系數(shù)矩陣γi(k)，如公式(1)所示，

式中，n表示工件所具有的質(zhì)量特性數(shù)量，k為工序道數(shù)，表示第k道工序產(chǎn)出的質(zhì)量特性值xi(k)對(duì)某基準(zhǔn)值的偏導(dǎo)數(shù)。

所述的實(shí)際質(zhì)量特性誤差隨理想質(zhì)量特性誤差的轉(zhuǎn)移概率矩陣pi(k)，如公式(2)所示，

式中，表示產(chǎn)品的質(zhì)量特性誤差的從理想狀態(tài)a轉(zhuǎn)移到實(shí)際狀態(tài)b的概率，每種狀態(tài)為一取值區(qū)間。

所述的誤差傳遞概率方程，如公式(3)所示，

式中，δx(·)n×m為產(chǎn)品質(zhì)量特性誤差的概率分布矩陣，a(·)n×n為未發(fā)生制造變化的質(zhì)量特性的選擇矩陣，bi(·)n×n為發(fā)生制造變化的質(zhì)量特性i的選擇矩陣，γi(·)為制造過程的系數(shù)矩陣，f(γi(k)1×n,bi(k)n×n×δx(k-1)n×m)n×m為僅考慮基準(zhǔn)特性誤差的理想質(zhì)量特性誤差，pi(·)m×m為受工藝過程作用的誤差轉(zhuǎn)移概率矩陣。

步驟二：評(píng)估工藝可靠性。

以工藝可靠度來量化工藝可靠性，將工藝可靠度定義為：在一定時(shí)間內(nèi)、在輸入一定質(zhì)量毛坯件的情況下，制造系統(tǒng)最終產(chǎn)出產(chǎn)品的質(zhì)量符合工藝參數(shù)質(zhì)量的概率。依據(jù)多工序制造過程誤差傳遞概率模型計(jì)算得到各工序產(chǎn)出產(chǎn)品各項(xiàng)質(zhì)量特性的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，累加某項(xiàng)質(zhì)量特性符合工藝參數(shù)的區(qū)間概率得到該項(xiàng)質(zhì)量特性的工藝可靠度，累乘產(chǎn)品具有的各項(xiàng)質(zhì)量特性工藝可靠度得到工序的工藝可靠度。分別計(jì)算多工序?qū)嶋H工藝可靠度r'、各單工序理想工藝可靠度r(k)”以及毛坯件基準(zhǔn)可靠度多工序?qū)嶋H工藝可靠度r'基于實(shí)際的毛坯件基準(zhǔn)誤差分布求解得到，單工序理想工藝可靠度r(k)”基于無基準(zhǔn)誤差的理想情況求解得到，毛坯件基準(zhǔn)可靠度由多工序?qū)嶋H工藝可靠度r'除以各單工序理想工藝可靠度r(k)”累乘之積得到。單工序理想工藝可靠度r(k)”剔除了基準(zhǔn)誤差的影響能夠反映單工序過程本身的制造能力，毛坯件基準(zhǔn)可靠度能夠反映毛坯件基準(zhǔn)誤差對(duì)最終產(chǎn)品可靠度的影響。將多工序過程中各單工序理想可靠度r(k)”以及毛坯件基準(zhǔn)可靠度進(jìn)行比較，比較結(jié)果反映多工序過程中的質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)未符合預(yù)期的質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)的工序質(zhì)量進(jìn)行改善后，返回步驟一建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型，以便重新評(píng)估。

步驟二中所述的工序的工藝可靠度r(k)，如公式(4)所示：

△x(k)i·為公式(3)中δx(k)n×m的第i行元素，△ui∈t表示第i項(xiàng)質(zhì)量特性符合工藝參數(shù)公差。

所述的毛坯件基準(zhǔn)可靠度如公式(5)所示：

步驟三：控制工藝可靠性。

對(duì)工藝可靠性進(jìn)行控制，即在輸入毛坯件質(zhì)量一定的情況下，對(duì)工序過程質(zhì)量進(jìn)行控制，從而保證最后輸出產(chǎn)品的質(zhì)量。將工藝可靠性的狀態(tài)分為受控或失控，基于z檢驗(yàn)對(duì)工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)際操作時(shí)，首先對(duì)多工序制造過程進(jìn)行檢驗(yàn)，如檢驗(yàn)結(jié)果表明多工序過程工藝可靠性狀態(tài)失控，再通過對(duì)各單工序工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，確定故障工序并對(duì)相應(yīng)工序的工序質(zhì)量進(jìn)行改善，改善后需返回步驟一建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型。

步驟三中所述的基于z檢驗(yàn)對(duì)工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：當(dāng)工藝可靠性狀態(tài)處于受控狀態(tài)，抽取工件樣本，測(cè)量工件樣本制造前的基準(zhǔn)特性誤差及制造后的質(zhì)量特性誤差；將基準(zhǔn)特性誤差代入誤差傳遞概率模型計(jì)算得到質(zhì)量特性誤差預(yù)期的概率分布矩陣δx(k)n×m，將所得矩陣的概率分布以及實(shí)測(cè)的質(zhì)量特性誤差值統(tǒng)一歸一到標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布下進(jìn)行檢驗(yàn)；若樣本中產(chǎn)品實(shí)際的質(zhì)量特性誤差的概率分布與經(jīng)步驟一誤差傳遞概率模型計(jì)算得到的預(yù)期概率分布不存在顯著性差異，表明工藝可靠性狀態(tài)受控，否則表明工藝可靠性狀態(tài)失控。

步驟四：迭代步驟一到步驟三，實(shí)現(xiàn)面向大批量零件的質(zhì)量控制。

對(duì)步驟一到步驟三進(jìn)行迭代。對(duì)步驟二中未符合預(yù)期的質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)的工序質(zhì)量進(jìn)行改善后，返回步驟一建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型。當(dāng)步驟三中檢驗(yàn)結(jié)果表明多工序過程工藝可靠性狀態(tài)失控，再通過對(duì)各單工序工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，確定故障工序，對(duì)故障工序的工序質(zhì)量進(jìn)行改善后，返回步驟一建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型。當(dāng)步驟三中檢驗(yàn)結(jié)果表明多工序過程工藝可靠性狀態(tài)受控，多工序制造過程能夠?qū)崿F(xiàn)保證預(yù)設(shè)質(zhì)量要求下的持續(xù)生產(chǎn)，即實(shí)現(xiàn)面向大批量零件的質(zhì)量控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多工序制造過程工藝可靠性的保障和提升。

有益效果：

1、本發(fā)明公開的一種面向多工序制造過程的工藝可靠性評(píng)估及控制方法，建立多工序制造過程誤差傳遞概率模型，誤差傳遞概率模型具備統(tǒng)計(jì)性描述以及適用于多工序過程、可遞推的特點(diǎn)，基于該模型對(duì)工藝可靠性進(jìn)行評(píng)估及控制，能夠精確識(shí)別誤差源頭，且能夠面向大批量零件進(jìn)行質(zhì)量控制，即具有更好的診斷性和適用性。

2、本發(fā)明的一種面向多工序制造過程的工藝可靠性評(píng)估及控制方法，由于包括生產(chǎn)前的工藝可靠度的評(píng)估以及生產(chǎn)中、生產(chǎn)后工藝可靠性狀態(tài)的持續(xù)監(jiān)測(cè)和控制，所以涵蓋的控制過程范圍全面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明公開的一種面向多工序制造過程的工藝可靠性評(píng)估及控制方法的流程圖；

圖2為工件三維形狀示意圖；

圖3為制造特征-基準(zhǔn)特征關(guān)系網(wǎng)狀圖；

圖4為各可靠度間的串聯(lián)關(guān)系。

具體實(shí)施方式

為了驗(yàn)證方法的可行性，下面結(jié)合附圖與“面向某工件的制造過程”實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

實(shí)施例1

本實(shí)施例公開的一種面向多工序制造過程的工藝可靠性評(píng)估及控制方法，方法的流程圖如圖1所示，具體步驟如下：

步驟一：建立多工序制造過程誤差傳遞概率模型。

依據(jù)某工件(如圖2所示)的工藝方案：

工序1、以a+c+f為定位面(f為主定位面)，銑削面e，去除量為2mm，得到新的表面e1；

工序2、以e1+b+d為定位面(e1為主定位面)，銑削f面，去除量為2mm，得到新的表面f1；

工序3、以f1+b+d為定位面(f1為主定位面)，銑削g面，去除量為1mm，得到新的表面g1。

梳理各工序中制造特征-基準(zhǔn)特征關(guān)系，如圖3所示。前道工序制造的特征面可能會(huì)被用作后道工序的定位基準(zhǔn)面，質(zhì)量特性誤差沿此關(guān)系在多工序制造過程中產(chǎn)生累積傳遞作用。

該工件共具有8個(gè)質(zhì)量特性，對(duì)于制造過程中的第k道工序，面向制造特征-基準(zhǔn)特征關(guān)系、基于該工序制造過程中質(zhì)量特性-基準(zhǔn)特性作用函數(shù)建立理想質(zhì)量特性誤差隨基準(zhǔn)特性誤差變化的系數(shù)矩陣γi(k)，并依據(jù)生產(chǎn)狀態(tài)下工藝設(shè)備的相關(guān)參數(shù)建立實(shí)際質(zhì)量特性誤差隨理想質(zhì)量特性誤差的轉(zhuǎn)移概率矩陣pi(k)。再通過構(gòu)建誤差傳遞概率方程對(duì)批量產(chǎn)品的誤差傳遞過程進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)，所述的誤差傳遞概率方程即為多工序制造過程誤差傳遞概率模型。

步驟一中：所述的面向制造特征-基準(zhǔn)特征關(guān)系、基于制造過程中質(zhì)量特性-基準(zhǔn)特性作用函數(shù)建立理想質(zhì)量特性誤差隨基準(zhǔn)特性誤差變化的系數(shù)矩陣γi(k)，如公式(1)所示，

式中，k為工序道數(shù)，表示第k道工序產(chǎn)出的質(zhì)量特性值xi(k)對(duì)某基準(zhǔn)值的偏導(dǎo)數(shù)。

所述的實(shí)際質(zhì)量特性誤差隨理想質(zhì)量特性誤差的轉(zhuǎn)移概率矩陣pi(k)，如公式(2)所示，

式中，表示產(chǎn)品的質(zhì)量特性誤差的從理想狀態(tài)a轉(zhuǎn)移到實(shí)際狀態(tài)b的概率，每種狀態(tài)為一取值區(qū)間。此概率與工序中設(shè)備的狀態(tài)參數(shù)有關(guān)，與輸入工序產(chǎn)品的基準(zhǔn)特性參數(shù)無關(guān)。

所述的誤差傳遞概率方程，如公式(3)所示，

式中，δx(·)8×m為產(chǎn)品質(zhì)量特性誤差的概率分布矩陣，a(·)8×8為未發(fā)生制造變化的質(zhì)量特性的選擇矩陣，bi(·)8×8為發(fā)生制造變化的質(zhì)量特性i的選擇矩陣，γi(·)為制造過程的系數(shù)矩陣，f(γi(k)1×8,bi(k)8×8×δx(k-1)8×m)8×m為僅考慮基準(zhǔn)特性誤差的理想質(zhì)量特性誤差，pi(·)m×m為受工藝過程作用的誤差轉(zhuǎn)移概率矩陣。

步驟二：評(píng)估工藝可靠性。

依據(jù)多工序制造過程誤差傳遞概率模型可計(jì)算得到產(chǎn)出產(chǎn)品各項(xiàng)質(zhì)量特性的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，累加某項(xiàng)質(zhì)量特性符合工藝參數(shù)的區(qū)間概率得到該項(xiàng)質(zhì)量特性的工藝可靠度，累乘產(chǎn)品具有的各項(xiàng)質(zhì)量特性工藝可靠度得到工序的工藝可靠度r(k)。分別計(jì)算多工序?qū)嶋H工藝可靠度r'、各單工序理想工藝可靠度r(k)”以及毛坯件基準(zhǔn)可靠度它們間的串聯(lián)關(guān)系如圖4所示，多工序?qū)嶋H工藝可靠度r'基于實(shí)際的毛坯件基準(zhǔn)誤差分布求解得到，單工序理想工藝可靠度r(k)”基于無基準(zhǔn)誤差的理想情況求解得到，毛坯件基準(zhǔn)可靠度由多工序?qū)嶋H工藝可靠度r'除以各單工序理想工藝可靠度r(k)”累乘之積得到。將多工序過程中各單工序理想可靠度r(k)”以及毛坯件基準(zhǔn)可靠度進(jìn)行比較，比較結(jié)果反映多工序過程中的質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)，對(duì)未符合預(yù)期的質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)的工序質(zhì)量進(jìn)行改善后，返回步驟一建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型，以便重新評(píng)估。

步驟二中所述的工序的工藝可靠度r(k)，如公式(4)所示：

△x(k)i·為公式(3)中δx(k)8×m的第i行元素，△ui∈t表示第i項(xiàng)質(zhì)量特性符合工藝參數(shù)公差。

所述的毛坯件基準(zhǔn)可靠度如公式(5)所示：

步驟三：控制工藝可靠性。

將工藝可靠性的狀態(tài)分為受控或失控，基于z檢驗(yàn)對(duì)工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。首先對(duì)多工序制造過程進(jìn)行檢驗(yàn)，如檢驗(yàn)結(jié)果表明多工序過程工藝可靠性狀態(tài)失控，再通過對(duì)各單工序工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，確定故障工序并對(duì)相應(yīng)工序的工序質(zhì)量進(jìn)行改善，改善后需返回步驟一建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型。

步驟三中所述的基于z檢驗(yàn)對(duì)工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：做出假設(shè)“工藝可靠性狀態(tài)處于受控狀態(tài)”，即抽取樣本中產(chǎn)品實(shí)際的質(zhì)量特性誤差的概率分布與經(jīng)步驟一誤差傳遞概率模型計(jì)算得到的預(yù)期概率分布不存在顯著性差異。抽取10個(gè)工件，測(cè)量它們制造前的基準(zhǔn)特性誤差及制造后的質(zhì)量特性誤差。將基準(zhǔn)特性誤差代入公式(3)計(jì)算出質(zhì)量特性誤差預(yù)期的概率分布矩陣δx(·)8×m，由于產(chǎn)品質(zhì)量誤差往往服從正態(tài)分布，將所得矩陣的概率分布以及實(shí)測(cè)的質(zhì)量特性誤差值統(tǒng)一歸一到標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布下，以便能在同一基準(zhǔn)下對(duì)此樣本中10個(gè)工件的制造過程工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行z檢驗(yàn)。經(jīng)過檢驗(yàn)后，若假設(shè)成立，表明工藝可靠性狀態(tài)受控；否則表明工藝可靠性狀態(tài)失控。

步驟四：迭代步驟一到步驟三，實(shí)現(xiàn)面向大批量零件的質(zhì)量控制。

對(duì)步驟一到步驟三進(jìn)行迭代。對(duì)步驟二中未符合預(yù)期的質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)的工序質(zhì)量進(jìn)行改善后，返回步驟一建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型。當(dāng)步驟三中檢驗(yàn)結(jié)果表明多工序過程工藝可靠性狀態(tài)失控，再通過對(duì)各單工序工藝可靠性狀態(tài)進(jìn)行檢驗(yàn)，確定故障工序，對(duì)故障工序的工序質(zhì)量進(jìn)行改善后，返回步驟一建立符合當(dāng)前情況的誤差傳遞概率模型。當(dāng)步驟三中檢驗(yàn)結(jié)果表明多工序過程工藝可靠性狀態(tài)受控，多工序制造過程能夠?qū)崿F(xiàn)保證預(yù)設(shè)質(zhì)量要求下的持續(xù)生產(chǎn)，即實(shí)現(xiàn)面向大批量零件的質(zhì)量控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)多工序制造過程工藝可靠性的保障和提升。

以上所述的具體描述，對(duì)發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。