一種面向缸蓋零件的加工質量控制方法
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于先進制造與自動化技術領域，具體涉及一種面向缸蓋零件的加工質量 控制方法。
【背景技術】：
[0002] 船舶工業是關乎國民經濟發展和國防安全的戰略性產業，是現代化大工業的縮 影。歷經數十年的發展，我國船舶工業取得了令人矚目的成果。當前，我國船舶工業正處在 由大到強轉變的關鍵時期，作為船舶的"心臟"，船用柴油發動機面臨著"大功率、低排放、低 油耗、高可靠性、智能化"的新要求。同時，國際海事組織（頂〇)等國際組織出臺了一系列國 際造船的新規范和新標準，船東對造船質量要求越來越高，船廠交船難度明顯增加，我國船 舶業面臨著嚴峻的挑戰。缸蓋作為船用柴油發動機核心零部件，其被用于密封氣缸頂部，與 活塞頂及氣缸內壁共同組成發動機的燃燒空間。在發動機工作過程中，缸蓋要承受很大的 機械負荷和熱負荷，是發動機中工作條件最為惡劣的零部件之一，其加工質量直接影響船 用柴油機的工作性能。
[0003] 然而，缸蓋零件自身的特點使傳統質量控制過程面臨較大困難：
[0004] (1)缸蓋零件結構復雜、加工特征眾多、工藝路線長，工序間誤差累積傳遞效應明 顯，單獨保證最終加工質量實施起來較為困難，但另一方面，對生產過程實施每步檢驗效率 低且成本高，不符合生產實際。
[0005] (2)缸蓋零件采用精密臥式加工中心進行加工，設備精度高，加工過程偏差較小， 但是普通控制圖對小偏差敏感性較差。
[0006] (3)傳統控制圖僅從統計學角度對控制界限進行設計，并未考慮控制圖的實施過 程對加工成本的影響，導致質量成本高企業利潤減少。
[0007] 由于以上三個問題的存在，傳統質量控制方法難以有效的監控缸蓋零件的加工過 程，導致生產的低效與成本的增加。

【發明內容】
：
[0008] 本發明的目的在于提供一種面向缸蓋零件的加工質量控制方法，用于提升質量控 制過程的效率與經濟性。
[0009] 為達到上述目的，本發明采取如下的技術方案予以實現：
[0010] -種面向缸蓋零件的加工質量控制方法，包括如下步驟：
[0011] 1)建立缸蓋基于質量特征的誤差傳遞網絡模型：
[0012] 提取缸蓋加工工藝，將缸蓋加工工藝各工序加工特征對應質量特征抽象為網絡節 點，依據各工序間的基準、演化關系確定網絡節點之間的網絡連邊，基于互信息為網絡連邊 賦權，完成缸蓋基于質量特征的誤差傳遞網絡模型的建立，隨后采用復雜網絡分析方法確 定對缸蓋加工質量影響最大的關鍵特征；
[0013]2)基于Bayesian-VSSI控制圖的關鍵特征質量監控：
[0014] 確定抽樣策略，采用遺傳算法以單位時間質量成本最小為目標對控制界限進行經 濟設計，基于確定的控制界限對關鍵特征加工過程進行監控。
[0015] 本發明進一步的改進在于，步驟1)的具體實現方法如下：
[0016] 101)確定缸蓋加工過程易超差特征作為目標特征，并提取與該目標特征相關的加 工工藝流程；
[0017] 102)將加工工藝各工序加工特征抽象為網絡節點，基于加工特征間的基準演化關 系確定網絡節點連邊，生成基于加工特征的誤差傳遞網絡；
[0018] 103)針對基于加工特征的誤差傳遞網絡中的每個加工特征節點，選定相應質量特 征對其進行描述，在給每個加工特征結點選定相應的質量特征之后，將該加工特征節點替 換為相應的質量特征節點組，完成加工特征節點的細分；
[0019] 104)完成加工特征結點的細分后，基于加工特征的誤差傳遞網絡圖中的節點由加 工特征結點變成了質量特征節點，依據質量特征間的基準和演化關系，確定加工特征對應 質量特征之間的誤差影響關系以確定節點連邊，得到基于質量特征的誤差傳遞網絡；
[0020] 105)在基于質量特征的誤差傳遞網絡中選擇所有能夠到達目標特征節點的節點， 將其余節點刪除，并保留所選節點間的連邊，形成目標節點相關子網絡；
[0021] 106)采用互信息描述子網絡節點間的統計相關性大小來表示權重，得到子網絡節 點連邊的權重，得到目標節點相關子網絡的加權誤差傳遞網絡；
[0022] 107)針對步驟106)確定的加權誤差傳遞網絡，對其進行復雜網絡分析確定對缸 蓋加工質量影響最大的關鍵特征。
[0023] 本發明進一步的改進在于，步驟106)中，子網絡節點連邊的權重w的計算公式如 下：
[0024]
泛)：
[0025] 式中：X和Y分別為子網絡節點連邊的兩個節點信源，且為兩個隨機變量，且子網 絡節點連邊的方向由節點X指向節點Y，H(X)表示節點信源X的信息熵，I(X;Y)為節點信 源X和Y之間的互信息，且有
[0026]
⑴
[0027] 式中：x，y分別為隨機變量X和Y的樣本值，p(x，y)為隨機變量X和Y的聯合概率 分布，p(x)為隨機變量X的邊緣概率分布，p(y)為隨機變量Y的邊緣概率分布。
[0028] 本發明進一步的改進在于，步驟107)中，具體實現步驟如下：
[0029] 對比各節點故障后目標節點的SPI變化值A/，將變化值#最大的節點作為需進 行重點監控的關鍵特征節點，其中SPI變化值△/的計算公式如下：
[0030]
(6)
[0031] 式中士為節點i變化前節點j的SPI值；為節點i變化后節點j的SPI值； spi_$9計算公式如下：
[0032] SPIj= g j?fj
[0033] 其中，其中gj表示節點對誤差的放大效應，計算公式如下：
[0034]
[0035] 式中：Wlj為邊ij的權重；wm為邊ji的權重；
[0036] &表示節點在網絡中進行誤差傳遞機會的大小，計算公式如下：
[0037]
⑴
[0038] 其中kj表示節點j的度，k_和kmin分別為k.j的最大值和最小值，c.j表示節點j的 聚集系數，cmax和cmin分別為c的最大值和最小值，b表示節點j的介數，b_和bmin分別為 bj的最大值和最小值。
[0039] 本發明進一步的改進在于，步驟2)中，抽樣策略為每經過時間h，抽取n件產品進 行檢測，然后決定停產檢修或繼續生產；其中h和n不固定，由上一次的抽樣結果確定，即變 抽樣間隔變樣本容量。
[0040] 本發明進一步的改進在于，步驟2)中，采用遺傳算法以單位時間質量成本最小為 目標對控制界限pxl、psl、咸和S進行經濟設計，其中，控制界限pxl、psl、與:和#：：之間存在 以下約束條件：
[0041] \ ± 61
X ^
[0042] 其中，單位時間質量成本最小的目標函數為：G=min(ECT)，ECT為單位時間質量 成本，其采用如下仿真方法進行求解：
[0043] 201)染色體編碼
[0044] 采用實數編碼方式：
[0045] X= (x1;x2,x3,x4)
[0046] 其中，Xi,x2,x3,叉4分別對應控制界限ft.、/'、psl和pxl;
[0047] 202)適應度函數
[0048] 采用如下反比例函數作為適應度函數：
[0049]
[0050] 203)進化操作
[0051] 采用輪盤賭選擇，中間交叉操作，其中，中間交叉子個體按下列公式產生：
[0052] 子個體=父個體1+aX(父個體2-父個體1)
[0053] 其中，a是一個比例因子，由[-d，1+d]上均勻分布隨機數產生，選擇d= 0. 25 ;
[0054] 采用如下變異算子：
[0055] X，=X±0.5LA
[0056] 其中，
a⑴以概率1/m取值1，以概率l-1/m取值0 ;L為 變量取值范圍；X'為變異后的個體，X為變異前的個體；
[0057] 通過步驟201)至203)實現單位時間質量成本最小的控制界限pxl、psl、/^和朽。.
[0058] 本發明與現有技術相比，其優點在于：
[0059] 1、缸蓋零件加工特征眾多、工藝路線長，普通質量控制方法難以監控到影響零件 質量的關鍵工序，若進行大范圍的監控則成本高，效率低。本發明對缸蓋零件加工過程誤差 傳遞現象進行了建模與分析，確定了對最終加工質量影響最大的關鍵特征，從而對缸蓋加 工過程進行有針對性的監控，避免了全面監控造成的生產過程的低效與成本的增加。
[0060] 2、普通控制圖對小偏差敏感性較差，識別精密臥式加工中心進行加工的缸蓋零件 偏差的效率低。本發明中選用的控制圖對于質量數據信息具有更高的利用效率，能在短時 間內快速監測到過程的異常變化，對小偏差較普通控制圖敏感。同時傳統控制圖僅從統計 學角度對控制界限進行設計，如果控制界限過嚴會導致頻繁停工，而控制界限過松又會導 致加工過程失控，不利于企業利潤最大化，本發明選用的控制圖加入了經濟設計，考慮了控 制圖實施過程中的各種質量成本，相比普通控制圖具有明顯的成本優勢。
【附圖說明】：
[0061] 圖1為質量控制方法實施流程圖。
[0062] 圖2為基于質量特征的誤差傳遞網絡建模流程圖。
[0063] 圖3為基準關系圖。
[0064] 圖4為演化關系圖。
[0065] 圖5為基準關系下質量特征