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制造系统多级质量控制模式与控制图方法研究

周娟  
【摘要】:产品的最终质量是制造系统中各种误差或缺陷综合作用的结果。特别是,就复杂制造系统而言,质量影响因素众多,关系错综复杂,其质量问题呈现出多样性、层次性、随机性和动态性等特点。许多企业质量问题频发,尤其是重复性的质量问题层出不穷,致使企业疲于应付,不仅带来了巨大的经济损失,而且产品的质量也无法得到有效的提升。这已成为制约我国制造业发展的难点。论文围绕机电产品制造系统中所遇到的典型质量问题,采用GQMM、证据理论、模糊理论、马尔科夫链等方法对制造系统质量问题的结构化分析、建模、控制图的设计及应用等问题展开研究。全文共有八章:第1章论文首先分析了制造系统质量控制技术的研究背景和意义。接着,简要介绍轴承制造过程并分析了制造系统及其质量控制技术的基本特点。在分析制造系统质量控制技术研究现状的基础上,提出了制造系统质量控制技术面临的关键问题。最后,介绍了本文的研究内容和组织结构。第2章提出了以质量控制中的目标、问题、指标、措施等基本要素为主线,以结构化原理为指导,以制造系统为载体,以控制和改进制造系统质量为目标的多层次、知识型质量问题结构化分析。论文首先介绍了GQMM(目标-问题-指标-措施)方法,并对它们之间的映射关系进行形式化描述。接着,给出了制造系统质量问题结构化分析框架,为质量控制模式的决策、统计过程控制技术的开展奠定基础。最后,成功地将上述方法应用于轴承制造系统的质量问题结构化展开。第3章针对制造系统的质量问题层出不穷而企业常常疲于救火式管理、难以从根本上解决质量问题的现状,提出了一种包含反应式、预防式、预报式和先行式的多级质量控制模式。首先,论文分析了质量问题层次结构性、因果性和动态性的特点,进而提出了多级质量控制模式。接着,分析和比较了反应式、预防式、预报式和先行式质量控制模式的特点。最后,提出了反应式、预防式、预报式和先行式质量控制模式的流程,并对多级质量控制模式的框架进行了研究。第4章结合模糊认知图理论和证据理论,提出了一种包含反应式、预防式、.预报式和先行式等多级质量控制模式的决策方法。在分析四种典型的质量控制模式及其决策因素的基础上,构建基于模糊认知图的决策网络。针对决策网络中多个专家所建立模糊认知图的合成问题,结合证据理论,以专家知识作为证据,节点间的因果强度的可能取值空间构成识别框架,对多个专家知识进行合成。在此基础上,成功地将上述方法应用于解决某轴承企业深沟球轴承沟形误差超标的质量问题。第5章针对常规控制图无法有效应用于单变量模糊质量特性的控制问题,结合模糊理论,提出了模糊单变量控制图。首先,将模糊质量特性指标转化为代表性的统计量,基于泊松分布设计了控制图。分别将模糊质量特性指标转化为模糊众数、α截集模糊区间值、α截集模糊中位数,并分析了不同统计量的特点。然后,在分析将模糊质量特性指标转化为代表性的统计量可能存在信息被遗漏的弊端的基础上,提出了一种直接模糊控制图。该方法利用落在控制限内的面积比,说明相对失控和相对受控的问题。通过Matlab仿真的方式分析了所设计控制图的性能。最后,通过案例说明所提方法的科学性和有效性。第6章针对制造系统中难以定量测量、但可以分级量化的多变量质量特性,在实施质量控制所遇到的检出力受限的问题展开讨论,提出了一种模糊多变量指数加权移动平均控制图F-MEWMA(Fuzzy multivariate exponentially weighted moving average control chart)方法。该方法借助于模糊理论,对分级量化特征进行模糊化处理。针对不同α截集包含信息量多寡的问题,提出应用加权α截集模糊区间值来构造统计量,并分别针对模糊单变量和模糊多变量质量特性进行了数学表征与比较分析。基于马尔科夫链方法确定不同权重系数λ和不同维数p下的控制限H,完成F-EWMA、F-MEWMA的设计。采用Matlab仿真的方法,以识别变异的概率为评价指标对F-MEWMA的监控效果进行了分析。在此基础上,成功地将上述方法应用于电能表潜动和起动特性的质量控制。第7章针对轴承磨削,研究反应式、预防式、预报式质量控制技术的应用。反应式质量控制技术的应用是针对轴承套圈出现某些质量问题后采取的具体处置方法;预防式质量监控技术的应用是轴承套圈尺寸、表面粗糙度和圆度SPC(Statistical Process Control,统计过程控制)自动监控技术;预报式质量监控技术的应用是对轴承套圈磨削的过程质量特性参数砂轮横向进给位移、砂轮振动、主电机功率、磨削区声发射信号的监控。在此基础上,对监控的过程质量特性砂轮横向进给位移、砂轮振动、主电机功率、磨削区声发射信号与产品质量特性轴承套圈尺寸、表面粗糙度和圆度的映射关系进行分析,所建立的映射关系为判断磨削过程质量提供依据,从而及时调整过程质量特性参数,以管控和提升产品质量。第8章给出了本学位论文的研究结论,展望了本领域的进一步研究方向。


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