本發(fā)明提供了一種質(zhì)量控制與可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，即一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，屬于生產(chǎn)管理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

制造業(yè)是一個國家的經(jīng)濟(jì)命脈，隨著德國的“工業(yè)4.0國家戰(zhàn)略”，美國的“國家制造業(yè)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)計劃”，日本的“工業(yè)價值鏈計劃”，以及我國的“中國制造2025”和“互聯(lián)網(wǎng)+”等智能制造理念的提出，先進(jìn)制造技術(shù)無疑成為提高制造業(yè)核心競爭的必然要求。在高度自動化的環(huán)境下，制造系統(tǒng)的維修策略在生產(chǎn)中的地位越來越重要，其科學(xué)性對生產(chǎn)任務(wù)的按時完成、制造產(chǎn)品的質(zhì)量等有關(guān)鍵的影響。因此，合理的制造系統(tǒng)維修策略逐漸成為決定制造產(chǎn)品市場競爭力的主要因素之一。

消費模式?jīng)Q定著生產(chǎn)模式，目前市場對產(chǎn)品的需求越來越追求個性化、高性能化。因此制造過程具有明顯的任務(wù)多變性特點，而且產(chǎn)品質(zhì)量的市場決定性作用越來越明顯。在宏觀角度上，制造系統(tǒng)的直接服務(wù)對象是生產(chǎn)任務(wù)，系統(tǒng)維護(hù)的最終目標(biāo)應(yīng)該是保證生產(chǎn)任務(wù)的按時完成，并獲得最大的收益。因此，生產(chǎn)任務(wù)在維修決策中是不可忽視的，而當(dāng)前任務(wù)要求的多變性更加決定了其不可忽視性。產(chǎn)品質(zhì)量控制一直是制造過程的研究重點，在產(chǎn)品無設(shè)計缺陷的前提下，加工設(shè)備的穩(wěn)定性決定著輸出產(chǎn)品質(zhì)量水平，而產(chǎn)品質(zhì)量決定著產(chǎn)品的市場競爭力。因此，維修策略、生產(chǎn)計劃以及產(chǎn)品質(zhì)量控制三者之間具有緊密的相互影響關(guān)系，而對它們的綜合優(yōu)化是一個極具挑戰(zhàn)性的研究課題。在智能制造的“預(yù)測+制造”理念背景下，如何表述預(yù)測生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行情況以及輸出產(chǎn)品的質(zhì)量水平，并在維修策略的制定過程中綜合考慮生產(chǎn)計劃和產(chǎn)品質(zhì)量控制，是制造領(lǐng)域公認(rèn)的科學(xué)難題。

現(xiàn)階段，工程上常用的制造系統(tǒng)維修方式主要包括事后維修、定期維修、視情維三類。事后維修的滯后性及其對生產(chǎn)活動的較大干擾使其難以滿足當(dāng)前社會背景下的生產(chǎn)要求。定期維修是工程上應(yīng)用較為廣泛的維修策略，但其具有明顯的盲目性，常常導(dǎo)致設(shè)備運行初期的維修過剩以及設(shè)備老化后的維修不足。當(dāng)前視情維修常以設(shè)備組件可靠性狀態(tài)為中心，又稱為面向可靠性的維修，是基于組件基本可靠性狀態(tài)建立的制造系統(tǒng)維修策略，這種方法不考慮來自生產(chǎn)任務(wù)及產(chǎn)品質(zhì)量的要求和限制，缺乏全面性和科學(xué)性。針對以上現(xiàn)有方法的局限性，本專利提出了一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法：通過任務(wù)可靠性(即rd)指標(biāo)科學(xué)地表征設(shè)備性能狀態(tài)滿足任務(wù)要求的能力，對設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行綜合描述；然后以設(shè)備運行的過程變量來量化制造產(chǎn)品質(zhì)量，定義合格品質(zhì)量偏差指標(biāo)(即q(t))以保證制造產(chǎn)品的質(zhì)量水平；進(jìn)而以最小綜合費用為準(zhǔn)則，結(jié)合制造系統(tǒng)各組成設(shè)備之間的任務(wù)相關(guān)性，依次分析了制造系統(tǒng)各設(shè)備的最佳維修策略，該方法從根本上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)定期維修和視情維修方法的不足。本發(fā)明給出的一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，集成了生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)任務(wù)要求、質(zhì)量控制，從總體上關(guān)注了整個制造系統(tǒng)的生產(chǎn)狀態(tài)，更全面的考慮了生產(chǎn)過程中的各種因素。以這種理論指導(dǎo)制造系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)活動的實施，既能滿足保證設(shè)備的穩(wěn)定運行，盡可能避免生產(chǎn)事故，又能對生產(chǎn)任務(wù)的執(zhí)行情況和輸出產(chǎn)品的質(zhì)量水平進(jìn)行科學(xué)的預(yù)測和控制，降低了生產(chǎn)過程的不確定性，進(jìn)而保證了生產(chǎn)效益。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(1)本發(fā)明的目的：

針對制造系統(tǒng)傳統(tǒng)定期維修和視情維修方法的不足，本發(fā)明提供一種新的制造系統(tǒng)維修策略制定方法——一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法?；谥悄苤圃熘小邦A(yù)測+制造”的生產(chǎn)理念，以在規(guī)定時間段內(nèi)考慮具體生產(chǎn)任務(wù)要求和輸出產(chǎn)品質(zhì)量水平的制造系統(tǒng)集成預(yù)測性維修策略的制定為視角，分析過程變量對制造產(chǎn)品質(zhì)量的影響，并將過程變量的波動集成到設(shè)備性能退化狀態(tài)的動態(tài)建模和預(yù)測中，以設(shè)備不可用度指標(biāo)為媒介建立任務(wù)可靠性與設(shè)備退化狀態(tài)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，進(jìn)而分析在不同的任務(wù)可靠性閾值下，規(guī)定任務(wù)時間段內(nèi)產(chǎn)生的糾正性維修費用、計劃維修費用、不合格品導(dǎo)致的產(chǎn)品顯性質(zhì)量損失、合格品不同程度的質(zhì)量偏差導(dǎo)致的產(chǎn)品隱性質(zhì)量損失以及無法按時完成生產(chǎn)任務(wù)導(dǎo)致的間接經(jīng)濟(jì)損失費用的變化趨勢，進(jìn)而得到在不同任務(wù)可靠性閾值下，規(guī)劃周期內(nèi)產(chǎn)生的綜合費用的變化曲線，以最小綜合費用為準(zhǔn)則確定設(shè)備最佳維修策略。進(jìn)一步的，根據(jù)制造系統(tǒng)組成設(shè)備之間的任務(wù)相關(guān)性，建立多工位制造系統(tǒng)的維修策略。最終實現(xiàn)對制造系統(tǒng)生產(chǎn)狀態(tài)的科學(xué)預(yù)測與準(zhǔn)確維修。

(2)技術(shù)方案：

本發(fā)明一種質(zhì)量控制與可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，即一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，提出的基本假設(shè)如下：

假設(shè)1制造系統(tǒng)各設(shè)備之間相互獨立，且每臺關(guān)鍵加工設(shè)備后都有一個檢測工位，檢測結(jié)果是絕對可靠的，只有質(zhì)量檢測合格的在制品能夠進(jìn)入下一工位；

假設(shè)2加工產(chǎn)品的各關(guān)鍵質(zhì)量特性之間相互獨立；

假設(shè)3設(shè)備發(fā)生故障后立即進(jìn)行糾正性維修，其作用是恢復(fù)設(shè)備運行狀態(tài)，不影響設(shè)備性能狀態(tài)；

假設(shè)4計劃維修為到達(dá)任務(wù)可靠性閾值時進(jìn)行的維修活動，能夠改善設(shè)備性能但不能使設(shè)備恢復(fù)如新，并能夠重置過程可控變量為設(shè)計標(biāo)稱值；

假設(shè)5計劃維修所占時間通過加班作業(yè)的形式補(bǔ)償，因此不考慮計劃維修活動占用作業(yè)時間而對任務(wù)可靠性產(chǎn)生的影響；

假設(shè)6在規(guī)劃時間開始時設(shè)備處于全新狀態(tài)，設(shè)備的故障率服從威布爾分布，過程可控變量服從伽馬過程；

假設(shè)7設(shè)備發(fā)生各類型故障的比例是恒定的，并且各類型故障的修復(fù)時間與設(shè)備當(dāng)前的性能退化狀態(tài)無關(guān)；

基于上述假設(shè)，本發(fā)明提出的一種質(zhì)量控制與可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，即一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，其步驟如下：

步驟1、建立相關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；

步驟2、建立過程模型，量化輸出產(chǎn)品質(zhì)量偏差指標(biāo)；

步驟3、對設(shè)備故障率變化趨勢進(jìn)行建模，建立任務(wù)可靠性與設(shè)備性能退化之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

步驟4、分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的糾正性維修費用；

步驟5、分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的計劃維修費用；

步驟6、分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的產(chǎn)品顯性質(zhì)量損失費用；

步驟7、分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的產(chǎn)品隱性質(zhì)量損失費用；

步驟8、分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的間接損失費用；

步驟9、分析綜合費用變化趨勢，確定該設(shè)備的集成維修閾值，進(jìn)而確定最佳計劃維修策略；

步驟10、根據(jù)步驟9的結(jié)果，基于任務(wù)相關(guān)性確定上一臺設(shè)備分任務(wù)要求，重復(fù)步驟1-9，直至完成整個制造系統(tǒng)集成維修策略的制定；

步驟11、結(jié)果分析：是將本方法所得結(jié)果與傳統(tǒng)視情維修、周期性維修方法的結(jié)果作對比。

其中，在步驟1中所述的“建立相關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫”，是指分析產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性，確定關(guān)鍵工序，進(jìn)而確定制造系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備；然后基于工業(yè)生產(chǎn)大數(shù)據(jù)，收集相關(guān)設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括設(shè)備故障數(shù)據(jù)、維修數(shù)據(jù)、運行過程中的過程參數(shù)波動數(shù)據(jù)，輸出產(chǎn)品質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)等，以用于確定模型中各參數(shù)的取值；在智能制造背景下，該類數(shù)據(jù)可通過傳感器搜集的歷史數(shù)據(jù)或者網(wǎng)絡(luò)云端中獲取。

其中，在步驟2中所述的“建立過程模型”，是指通過分析過程可控變量(即v(t))以及環(huán)境噪聲變量(即z(t))與產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量特性偏差(即yk(t))之間的關(guān)系，建立過程模型k＝1,2,3,…n；這里，恒定基線，和分別表示可控過程變量與環(huán)境噪聲變量對關(guān)鍵質(zhì)量特性偏差的線性影響；ak表示可控過程變量與環(huán)境噪聲變量之間相關(guān)影響關(guān)系的矩陣。這些參數(shù)取值可以通過實驗設(shè)計獲得，或通過基于工程分析的具體物理過程模型獲取。

其中，在步驟2中所述的“量化輸出產(chǎn)品質(zhì)量偏差指標(biāo)”，是指根據(jù)過程模型，確定輸出合格產(chǎn)品關(guān)于關(guān)鍵質(zhì)量特性k的質(zhì)量偏差指標(biāo)qk(t)＝e[e(yk(t)²|v(t))]；

這里參數(shù)φii為φ中的第(i,i)個元素，vi(t)服從伽馬分布，根據(jù)伽馬分布特性i＝1,2,3,…h(huán)，這里θi表示vi(t)的尺度參數(shù)，υi表示vi(t)的漂移率，υit表示vi(t)的形狀參數(shù)；輸出合格品質(zhì)量偏差指標(biāo)可表示為：

這里υ＝[υ1/θ1,υ2/θ2,…υh/θh,]。

其中，在步驟3中所述的“對設(shè)備故障率變化趨勢進(jìn)行建?！?，是指分析設(shè)備故障率變化趨勢λl+1(t)＝blλl(t+altl)，這里tl表示第l-1次與第l次計劃維修的時間間隔，al表示壽命遞減因子，0＜al＜1，可由最大似然估計得出；bl表示故障率波動因子，bl＝exp[βv(t)]，這里β∈rⁿ是由回歸系數(shù)組成的行向量。

其具體作法如下：由于過程變量的隨機(jī)性，bl的期望值可表示為：

bl＝ev(t){exp[βv(t)]}

＝∫v(t)≥0exp[βv(t)]g[v(t)]dv(t)

這里g[v(t)]為過程參數(shù)[v1(t),v2(t),v3(t),…,vh(t)]的聯(lián)合概率密度函數(shù)。由于可控參數(shù)漂移過程具有統(tǒng)計學(xué)上的獨立性，g[v(t)]可以表示為邊緣概率密度函數(shù)g[v1(t)],g[v2(t)],g[v3(t)],…,g[vh(t)]的乘積。

θi-βi需為正值，否則參數(shù)bl的值將是無窮大，則bl的表達(dá)式可以化簡為：

在初始故障率服從威布爾分布的條件下，設(shè)備故障率模型可表示為：

其中，在步驟3中所述的“建立任務(wù)可靠性與設(shè)備性能退化之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系”，是指根據(jù)制造系統(tǒng)任務(wù)可靠性內(nèi)涵建立設(shè)備生產(chǎn)能力狀態(tài)分布及概率與設(shè)備性能(故障率)以及制造合格率與設(shè)備不可用度之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上提出設(shè)備集成維修的建模機(jī)理，如圖1所示；建立制造合格率與設(shè)備不可用度之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系：這里ρ0表示全新狀態(tài)下設(shè)備的制造合格率，γ表示一個常數(shù)系數(shù)；制造系統(tǒng)任務(wù)可靠性與加工能力狀態(tài)分布及概率直接相關(guān)，加工能力狀態(tài)分布及概率與設(shè)備累積故障概率之間的關(guān)系可表示為：

這里，表示設(shè)備不可用度，ckm表示設(shè)備(k)的最大加工能力狀態(tài)，pkx表示設(shè)備(k)的加工能力狀態(tài)為cix的概率，τ表示單次糾正性維修時間期望

這里δ(k,e)表示故障類型e發(fā)生的概率，故障類型e的維修時間。

其中，在步驟4中所述的“分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的糾正性維修費用”，是指根據(jù)某一給定的任務(wù)可靠性閾值，計算在規(guī)劃時間段內(nèi)設(shè)備發(fā)生故障數(shù)量期望，進(jìn)而計算進(jìn)行糾正性維修所產(chǎn)生的費用cc，表示式為：

這里cr表示單次糾正維修費用的期望值，e表示規(guī)劃時間段(0，t)內(nèi)計劃維修活動的數(shù)量，ε表示最后一次計劃維修結(jié)束到規(guī)劃時間段末端的剩余時間這里nl＝1。

其中，在步驟5中所述的“分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的計劃維修費用”，是指基于設(shè)定的任務(wù)可靠性閾值，計算在規(guī)劃時間段內(nèi)的計劃維修次數(shù)，進(jìn)而計算計劃維修所產(chǎn)生的費用cp，這里cm表示單次計劃維修費用的期望值；

其中，在步驟6中所述的“分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的產(chǎn)品顯性質(zhì)量損失費用”，是指計算由于制造過程的不合格品產(chǎn)生，造成的顯性質(zhì)量損失費用cdq，其表達(dá)式為：

這里d表示生產(chǎn)任務(wù)要求(單位時間內(nèi)輸出的合格產(chǎn)品數(shù)量)，表示單個不合格在制品造成的經(jīng)濟(jì)損失；

其中，在步驟7中所述的“分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的產(chǎn)品隱性質(zhì)量損失費用”，是指由于合格品的質(zhì)量水平不均，在產(chǎn)品使用過程中質(zhì)量偏差較大的產(chǎn)品往往可靠性不能得到用戶要求，而造成的產(chǎn)品隱性質(zhì)量損失chq；表達(dá)式為：

這里ξk表示單位質(zhì)量偏差對應(yīng)的經(jīng)濟(jì)損失。

其中，在步驟8中所述的“分析規(guī)劃時間段內(nèi)產(chǎn)生的間接損失費用”，是指由生產(chǎn)任務(wù)不能按時交付而造成的企業(yè)間接經(jīng)濟(jì)損失費用ci，包括逾期賠付、企業(yè)信譽(yù)下降導(dǎo)致訂單減少等；表達(dá)式為：

這里，σ表示間接損失期望，與具體生產(chǎn)任務(wù)相關(guān)，由專家評測后給出；rkt表示設(shè)備(k)的任務(wù)可靠性閾值，rkε表示在剩余時間ε內(nèi)的任務(wù)可靠性。

其中，在步驟9中所述的“分析綜合費用變化趨勢，確定該設(shè)備的集成維修閾值，進(jìn)而確定最佳計劃維修策略”，是指借助matlab軟件計算不同任務(wù)可靠性閾值下的綜合費用ct＝cc+cp+cdq+chq+ci，以綜合費用最低為原則確定最佳任務(wù)可靠性閾值，進(jìn)而制定集成維修策略，得到最佳計劃維修時刻(t1，t2，t3，…，te)；

其中，在步驟10中所述的“根據(jù)步驟9的結(jié)果，基于任務(wù)相關(guān)性確定上一臺設(shè)備分任務(wù)要求，重復(fù)步驟1-9，直至完成整個制造系統(tǒng)集成維修策略的制定”，是指根據(jù)當(dāng)前設(shè)備的任務(wù)可靠性閾值，確定當(dāng)前設(shè)備在規(guī)劃時間段內(nèi)的制造合格率期望(ρk)，利用得到當(dāng)前設(shè)備的輸入要求，這里rk表示一個二進(jìn)制系數(shù)，當(dāng)該設(shè)備存在返工操作時rk＝1，否則，rk＝0。即為上一臺生產(chǎn)設(shè)備的輸出要求，據(jù)此依次完成每臺相關(guān)設(shè)備的集成維修策略的制定。

通過以上步驟，建立了一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，達(dá)到了綜合考慮設(shè)備運行狀態(tài)、生產(chǎn)任務(wù)要求及產(chǎn)品質(zhì)量控制的目的，解決了傳統(tǒng)視情維修僅關(guān)注設(shè)備組件基本可靠性的局限性以及定期維修的盲目性問題，提高了制造系統(tǒng)維修決策的科學(xué)性，有利于提高企業(yè)生產(chǎn)效益和產(chǎn)品競爭力。

(3)本發(fā)明所述的一種質(zhì)量控制與可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，即一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，其使用方法如下：

步驟1、根據(jù)產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量特性，利用公理設(shè)計域間映射理論確定關(guān)鍵工序，識別相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)而建立針對該生產(chǎn)任務(wù)的設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；

步驟2、對設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到相應(yīng)的過程模型；

步驟3、對設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定與故障率函數(shù)、設(shè)備加工能力狀態(tài)分布及概率、制造合格率相關(guān)的參數(shù)取值；

步驟4、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的糾正性維修費用；

步驟5、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的計劃維修費用；

步驟6、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的產(chǎn)品顯性質(zhì)量損失費用；

步驟7、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的產(chǎn)品隱性質(zhì)量損失費用；

步驟8、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的間接損失費用；

步驟9、計算綜合費用，確定綜合費用最小時對應(yīng)的任務(wù)可靠性閾值，并計算任務(wù)規(guī)劃時間段內(nèi)進(jìn)行計劃維修的時間間隔；

步驟10、基于制造系統(tǒng)各設(shè)備間的任務(wù)相關(guān)性，確定前一工位的任務(wù)要求，然后重復(fù)步驟1-9；

步驟11、對本專利維修方法與傳統(tǒng)視情維修與定期維修方法對比。

(4)優(yōu)點和功效：

本發(fā)明是一種質(zhì)量控制與可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，即一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，其優(yōu)點是：

1>.本發(fā)明在充分認(rèn)識制造系統(tǒng)固有多態(tài)性特征的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了產(chǎn)品質(zhì)量的多態(tài)性，提出了量化產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)的方法；

2>.本發(fā)明提出了集成可控過程變量的設(shè)備故障率建模方法，提高了設(shè)備性能狀態(tài)預(yù)測的科學(xué)性。

3>.本發(fā)明提出的制造系統(tǒng)維修方法集成了任務(wù)可靠性分析與產(chǎn)品質(zhì)量控制，具有極高的針對性、科學(xué)性和實用性，突破了傳統(tǒng)視情維修和周期性維修的片面性與盲目性等缺陷。

附圖說明

圖1是基于集成任務(wù)可靠性分析與產(chǎn)品質(zhì)量控制的設(shè)備集成維修機(jī)理。

圖2是本發(fā)明所述方法流程圖。

圖3是糾正性維修費用隨任務(wù)可靠性閾值的變化趨勢圖。

圖4是計劃維修費用隨任務(wù)可靠性閾值的變化趨勢圖。

圖5是產(chǎn)品顯性質(zhì)量損失費用隨任務(wù)可靠性閾值的變化趨勢圖。

圖6是產(chǎn)品隱性質(zhì)量損失費用隨任務(wù)可靠性閾值的變化趨勢圖。

圖7是間接損失費用隨任務(wù)可靠性閾值的變化趨勢圖。

圖8是綜合費用隨任務(wù)可靠性閾值的變化趨勢圖。

圖8(a)是任務(wù)可靠性閾值在區(qū)間(0,1)時的綜合費用的變化趨勢

圖8(b)是任務(wù)可靠性閾值在區(qū)間(0.8,1)上的綜合費用變化趨勢

圖9是綜合費用隨定期維修時間閾值的變化趨勢圖

圖9(a)是時間閾值在(0,150)區(qū)間上的綜合費用變化趨勢

圖9(b)是時間閾值在(0,60)區(qū)間上的綜合費用變化趨勢

圖10是傳統(tǒng)視情維修模式中總費用隨設(shè)備可靠性閾值的變化趨勢圖

圖中符號說明如下：

是指設(shè)備k的輸入載荷；

是指設(shè)備k輸出的合格產(chǎn)品數(shù)；

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明是一種質(zhì)量控制與可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，即一種集成質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析的制造系統(tǒng)預(yù)防性維修方法，維修機(jī)理見圖1所示，具體步驟見圖2所示，其實施步驟如下：

步驟1收集某型號四缸柴油發(fā)動機(jī)缸蓋的產(chǎn)品質(zhì)量信息和制造工藝信息。利用公理設(shè)計域間映射理論，識別缸蓋制造系統(tǒng)相關(guān)關(guān)鍵工藝及生產(chǎn)設(shè)備，見下表1。

表1.關(guān)鍵質(zhì)量特性及其制造工藝信息

然后搜集加工設(shè)備a5的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分析可得到以下時間、費用等參數(shù)取值，見下表2。

表2.加工設(shè)備a5的時間、費用參數(shù)

步驟2對設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，針對關(guān)鍵質(zhì)量特性——導(dǎo)管孔同軸度和直徑，首先確定關(guān)鍵質(zhì)量特性分別對應(yīng)的可控過程變量為鉸刀的徑向跳動(即v1(t))和半徑方向(即v2(t))，得到其相關(guān)參數(shù)的取值，見下表3所示，加工過程的環(huán)境噪聲為z。分別得到兩關(guān)鍵質(zhì)量特性偏差的過程模型：

y1(t)＝0.774v1(t)+0.363z-0.481v1(t)z

y2(t)＝0.982v2(t)+0.523z+0.372v1(t)z

表3.加工設(shè)備a5的過程變量相關(guān)參數(shù)

步驟3確定與故障率函數(shù)、設(shè)備加工能力狀態(tài)分布及概率、制造合格率相關(guān)的參數(shù)取值。

故障率服從威布爾分布：其相關(guān)參數(shù)取值見下表4所示。

表4.加工設(shè)備a5的故障率函數(shù)相關(guān)參數(shù)

制造合格率：這里ρ0＝0.99，γ＝0.03；

加工能力狀態(tài)分布及概率：

sx＝{0,20,40,60,80,100,120,140,160,180,200}，

步驟4計算不同任務(wù)可靠性閾值下的糾正性維修費用。根據(jù)任務(wù)可靠性內(nèi)涵及假設(shè)7可知，任務(wù)可靠度與設(shè)備不可用度呈一一對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)不可用度等式以及步驟3中得到的各參數(shù)取值，得到故障數(shù)期望與任務(wù)可靠度之間存在以下數(shù)值關(guān)系：此式不具物理意義。設(shè)定本案例中任務(wù)可靠性閾值的搜索范圍為(0,1)，則糾正性維修費用的變化趨勢如圖3所示。

步驟5、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的計劃維修費用。取任務(wù)可靠性閾值搜索范圍為(0,1)，計算不同任務(wù)可靠性閾值下的計劃維修次數(shù)，進(jìn)而得到計劃維修費用的變化趨勢如圖4所示。

步驟6、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的產(chǎn)品顯性質(zhì)量損失費用。取任務(wù)可靠性閾值搜索范圍為(0,1)，計算計算不同任務(wù)可靠性閾值下的報廢物料數(shù)量，進(jìn)而得到產(chǎn)品顯性質(zhì)量損失費用的變化趨勢如圖5所示。

步驟7、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的產(chǎn)品隱性質(zhì)量損失費用。取任務(wù)可靠性閾值搜索范圍為(0,1)，計算計算不同任務(wù)可靠性閾值下的輸出合格品的質(zhì)量偏差，在本例中，進(jìn)而得到產(chǎn)品隱性質(zhì)量損失費用的變化趨勢如圖6所示。

步驟8、計算不同任務(wù)可靠性閾值下的間接損失費用。取任務(wù)可靠性閾值搜索范圍為(0,1)，間接損失費用的變化趨勢如圖7所示。

步驟9、計算綜合費用，取任務(wù)可靠性閾值搜索范圍為(0,1)，綜合費用的變化趨勢如圖8(a)所示，根據(jù)綜合費用變化趨勢可知，綜合費用隨著任務(wù)可靠性閾值的提高，總體呈下降趨勢。對可靠性閾值在區(qū)間(0.8,1)上的綜合費用變化趨勢進(jìn)行放大，綜合費用的變化趨勢如圖8(b)所示?？傻卯?dāng)任務(wù)可靠性閾值取rkt＝0.975時，綜合費用最低，在任務(wù)規(guī)劃時間段內(nèi)進(jìn)行計劃維修的時間間隔見下表5所示。

表5.集成維修模式下最佳計劃維修時間表

步驟10、根據(jù)設(shè)備a5的集成維修策略，可確定設(shè)備a4為滿足最終任務(wù)要求，其分任務(wù)要求d4＝151.8，然后重復(fù)步驟1-9，以此類推，最終結(jié)果見下表6所示。

表6.優(yōu)化結(jié)果

步驟11、對本專利方法與定期維修和傳統(tǒng)視情維修方法對比。

以設(shè)備a5為例，利用matlab軟件分析定期維修策略下不同時間閾值下考慮產(chǎn)品質(zhì)量評估與任務(wù)可靠性分析的綜合費用變化趨勢，如圖9(a)為時間閾值在(0,150)區(qū)間上的綜合費用變化趨勢，圖9(b)為時間閾值在(0,60)區(qū)間上的綜合費用變化趨勢。其最優(yōu)計劃維修時間間隔為tl＝19.1，此時最小綜合費用為1567.52。

以設(shè)備a5為例，利用matlab軟件分析傳統(tǒng)的面向設(shè)備組件基本可靠性的視情維修方法，該方法通常涉及的總費用包括糾正維修費用、計劃維修費用以及物料質(zhì)量不合格導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量損失費用，此三類費用之和隨組件基本可靠性閾值的變化趨勢如圖10所示，在該模式下得到的最優(yōu)組件基本可靠性閾值為0.368。此時的計劃維修時間間隔見下表7所示，在該維修策略下對應(yīng)的考慮考慮產(chǎn)品質(zhì)量評估與任務(wù)可靠性分析的綜合費用為1574.49。

表7.傳統(tǒng)視情維修模式下最佳計劃維修時間表

對比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明方法較現(xiàn)有的兩種維修方法具有明顯的優(yōu)勢，這是因為本發(fā)明是具體生產(chǎn)任務(wù)要求為出發(fā)點，集成了產(chǎn)品質(zhì)量控制與任務(wù)可靠性分析，并以可以綜合表征設(shè)備生產(chǎn)狀態(tài)的任務(wù)可靠性指標(biāo)作為優(yōu)化指標(biāo)，較其他兩種方法具有更好的針對性、科學(xué)性和實用性，降低制造過程的不確定性，能夠指導(dǎo)企業(yè)制定合理的設(shè)備維修策略，降低企業(yè)生產(chǎn)成本。