复杂机械产品装配过程质量自适应控制方法及支持系统研究

摘要

复杂机械产品的整机性能是由设计、制造和装配三个环节共同保证，为了保障产品在服役过程中的可靠性与稳定性，不仅要求产品在设计与制造环节中要严格保证各功能部件具有良好的设计与制造质量，更重要的是在装配环节中实现各功能部件高精度、高稳定性与高效率装配的基础上进一步保证产品具有最优的整体性能。复杂机械产品装配过程伴随着物料流、信息流和误差流，各质量控制点间存在着不确定、非线性、动态的相互影响关系，装配缺陷会伴随着在制品向下游工序传递、累积和放大，导致产品装配质量具有较大的波动，从而严重影响最终产品的装配质量和成本。
　　由此可见，装配质量控制不仅需要满足装配工艺规范，而且还需考虑装配过程上下游工序和质量控制点之间的相关关系，从系统层面出发进行装配质量控制，实现复杂机械产品装配过程质量自适应控制，对降低产品装配过程质量波动和提高产品装配质量稳定性与装配效率具有重要的意义。本文面向复杂机械产品装配过程，在数字化、网络化和智能化生产的背景下，考虑复杂机械产品装配过程的特点与生产质量控制的需求，旨在实现装配过程质量自适应控制，满足客户的个性化需求。将数据分析与模型驱动的研究思想相结合，将传统的产品质量控制研究转为产品制造过程质量控制研究，将传统的尺寸类质量特性的研究推广到非尺寸类质量特性的研究，将开环的质量控制发展为自适应的闭环质量控制，将定性的质量控制研究延伸至定性和定量有机结合的质量控制研究，以质量控制点间的相关性研究为基础，结合装配质量控制点的控制阈优化和质量门控制方法，最后构建了装配质量自适应控制系统，为提高复杂机械产品装配性能提供了理论与技术支撑。论文的研究内容和创新点如下:
　　1)在研究产品装配过程特点的基础上，基于Copula理论构建质量控制点之间的相关性模型，实现质量控制点之间相关性的定量表达，为进一步探索装配质量自适应控制提供研究基础。
　　2)以质量控制点间的相关性模型为基础，基于互信息理论构建了产品装配稳定性测度模型。然后从装配的经济性角度，建立了装配成本-控制阈模型。为同时满足产品装配稳定性和经济性的目标，基于博弈理论，将稳定性和成本要素转为博弈决策主体，最终获得最优的质量控制阈。
　　3)建立了基于PSO-BP神经网络的装配性能预测模型，研究了动态工序能力分析技术，探索了基于机器视觉的装配缺陷检测技术，最后基于分层推理的专家知识系统形成了装配过程质量门控制方法。
　　4)结合上述理论方法，在虚拟网络——物理实体系统基础上，开发了一套复杂机械产品装配过程质量自适应控制系统，为数字化、网络化生产模式下稳定、高效的装配提供理论方法和技术支持。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景和问题的提出

1．1．1 研究背景

1．1．2 问题的提出

1．1．3 相关概念的介绍

1．2 装配过程质量控制国内外相关研究现状分析

1．2．1 制造过程质量优化方法研究

1．2．2 制造过程质量预测方法研究

1．2．3 多阶段制造过程质量控制方法

1．2．4 统计过程质量控制

1．2．5 质量控制系统研究

1．2．6 其它方面的研究

1．3 现有理论方法的不足

1．4 研究的目的和意义

1．5 课题来源

1．6 论文的组织结构

第二章 复杂机械产品装配过程质量自适应控制体系研究

2．1 引言

2．2 复杂机械产品装配过程分析

2．2．1 复杂机械产品装配过程特点

2．2．2 复杂机械产品装配过程不确定性

2．2．3 影响装配质量的因素分类

2．3 装配过程质量自适应控制体系

2．4 装配过程质量自适应控制关键技术

2．4．1 相关性分析及建模技术

2．4．2 基于智能算法的质量控制阈优化技术

2．4．3．质量门控制技术

2．4．4 装配过程质量自适应控制系统

2．5 本章小结

第三章 基于Copula理论的装配质量控制点相关性研究

3．1 引言

3．2 Copula理论

3．2．1 Copula函数的定义

3．2．2 常用Copula函数类型

3．2．3 Copula参数估计

3．2．4 基于Copula函数的相关性度量

3．2．5 Copula拟合优度检验

3．3 Copula模型的构建方法

3．4 基于Copula函数的关键质量控制点相关性建模

3．4．1 基于Copula函数的复杂机械产品质量控制点建模分析

3．4．2 发动机缸盖螺栓拧紧力矩相关性分析实例

3．5 本章小结

第四章 复杂机械产品装配过程质量控制点控制阈在线优化方法研究

4．1 引言

4．2 复杂机械产品装配过程质量控制点控制阈优化方案

4．3 质量控制点控制阈优化模型建立过程

4．3．1 质量控制点装配质量稳定性测度

4．3．2 质量控制点装配成本-控制阈模型

4．4 质量控制点控制阈优化模型求解算法

4．4．1 博弈论方法介绍

4．4．2 基于博弈论的模型优化求解

4．5 实例验证

4．6 本章小结

第五章 复杂机械产品装配质量门控制方法研究

5．1 引言

5．2 装配质量门的定义及内涵

5．2．1 Q-gate的定义

5．2．2 Q-gate的内涵

5．2．3 Q-gate的优点

5．2．4 Q-gate的指标

5．3 装配质量门的质量主动控制方案

5．4 装配质量门控制方法

5．4．1 基于分层推理的专家知识系统

5．4．2 基于PSO-BP神经网络的分层装配性能预测

5．4．3 基于机器视觉的装配缺陷检测技术

5．4．4 动态工序能力分析

5．5 实例验证

5．5．1 企业需求分析

5．5．2 Q-gate发动机装配质量控制

5．5．3 效果对比

5．6 本章小结

第六章 复杂机械产品装配过程质量自适应控制系统

6．1 引言

6．2 装配过程质量自适应控制系统

6．2．1 装配质量自适应控制的内涵

6．2．2 A_QACS系统的运作逻辑

6．2．3 A_QACS系统的数据模型

6．2．4 A_QACS系统的体系架构

6．3 A_QACS系统的关键使能技术

6．3．1 装配资源标识

6．3．2 关键质量控制点监控和数据采集技术

6．4 A_QACS的原型系统开发及应用

6．4．1 A_ACS系统应用流程

6．4．2 A_QACS原型系统应用实例界面

6．5 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 全文总结

7．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间的学术活动及成果情况