一种面向缸盖零件的加工质量控制方法
【技术领域】：
[0001] 本发明属于先进制造与自动化技术领域，具体涉及一种面向缸盖零件的加工质量 控制方法。
【背景技术】：
[0002] 船舶工业是关乎国民经济发展和国防安全的战略性产业，是现代化大工业的缩 影。历经数十年的发展，我国船舶工业取得了令人瞩目的成果。当前，我国船舶工业正处在 由大到强转变的关键时期，作为船舶的"心脏"，船用柴油发动机面临着"大功率、低排放、低 油耗、高可靠性、智能化"的新要求。同时，国际海事组织（頂〇)等国际组织出台了一系列国 际造船的新规范和新标准，船东对造船质量要求越来越高，船厂交船难度明显增加，我国船 舶业面临着严峻的挑战。缸盖作为船用柴油发动机核心零部件，其被用于密封气缸顶部，与 活塞顶及气缸内壁共同组成发动机的燃烧空间。在发动机工作过程中，缸盖要承受很大的 机械负荷和热负荷，是发动机中工作条件最为恶劣的零部件之一，其加工质量直接影响船 用柴油机的工作性能。
[0003] 然而，缸盖零件自身的特点使传统质量控制过程面临较大困难：
[0004] (1)缸盖零件结构复杂、加工特征众多、工艺路线长，工序间误差累积传递效应明 显，单独保证最终加工质量实施起来较为困难，但另一方面，对生产过程实施每步检验效率 低且成本高，不符合生产实际。
[0005] (2)缸盖零件采用精密卧式加工中心进行加工，设备精度高，加工过程偏差较小， 但是普通控制图对小偏差敏感性较差。
[0006] (3)传统控制图仅从统计学角度对控制界限进行设计，并未考虑控制图的实施过 程对加工成本的影响，导致质量成本高企业利润减少。
[0007] 由于以上三个问题的存在，传统质量控制方法难以有效的监控缸盖零件的加工过 程，导致生产的低效与成本的增加。
【发明内容】
：
[0008] 本发明的目的在于提供一种面向缸盖零件的加工质量控制方法，用于提升质量控 制过程的效率与经济性。
[0009] 为达到上述目的，本发明采取如下的技术方案予以实现：
[0010] -种面向缸盖零件的加工质量控制方法，包括如下步骤：
[0011] 1)建立缸盖基于质量特征的误差传递网络模型：
[0012] 提取缸盖加工工艺，将缸盖加工工艺各工序加工特征对应质量特征抽象为网络节 点，依据各工序间的基准、演化关系确定网络节点之间的网络连边，基于互信息为网络连边 赋权，完成缸盖基于质量特征的误差传递网络模型的建立，随后采用复杂网络分析方法确 定对缸盖加工质量影响最大的关键特征；
[0013]2)基于Bayesian-VSSI控制图的关键特征质量监控：
[0014] 确定抽样策略，采用遗传算法以单位时间质量成本最小为目标对控制界限进行经 济设计，基于确定的控制界限对关键特征加工过程进行监控。
[0015] 本发明进一步的改进在于，步骤1)的具体实现方法如下：
[0016] 101)确定缸盖加工过程易超差特征作为目标特征，并提取与该目标特征相关的加 工工艺流程；
[0017] 102)将加工工艺各工序加工特征抽象为网络节点，基于加工特征间的基准演化关 系确定网络节点连边，生成基于加工特征的误差传递网络；
[0018] 103)针对基于加工特征的误差传递网络中的每个加工特征节点，选定相应质量特 征对其进行描述，在给每个加工特征结点选定相应的质量特征之后，将该加工特征节点替 换为相应的质量特征节点组，完成加工特征节点的细分；
[0019] 104)完成加工特征结点的细分后，基于加工特征的误差传递网络图中的节点由加 工特征结点变成了质量特征节点，依据质量特征间的基准和演化关系，确定加工特征对应 质量特征之间的误差影响关系以确定节点连边，得到基于质量特征的误差传递网络；
[0020] 105)在基于质量特征的误差传递网络中选择所有能够到达目标特征节点的节点， 将其余节点删除，并保留所选节点间的连边，形成目标节点相关子网络；
[0021] 106)采用互信息描述子网络节点间的统计相关性大小来表示权重，得到子网络节 点连边的权重，得到目标节点相关子网络的加权误差传递网络；
[0022] 107)针对步骤106)确定的加权误差传递网络，对其进行复杂网络分析确定对缸 盖加工质量影响最大的关键特征。
[0023] 本发明进一步的改进在于，步骤106)中，子网络节点连边的权重w的计算公式如 下：
[0024]
泛)：
[0025] 式中：X和Y分别为子网络节点连边的两个节点信源，且为两个随机变量，且子网 络节点连边的方向由节点X指向节点Y，H(X)表示节点信源X的信息熵，I(X;Y)为节点信 源X和Y之间的互信息，且有
[0026]
⑴
[0027] 式中：x，y分别为随机变量X和Y的样本值，p(x，y)为随机变量X和Y的联合概率 分布，p(x)为随机变量X的边缘概率分布，p(y)为随机变量Y的边缘概率分布。
[0028] 本发明进一步的改进在于，步骤107)中，具体实现步骤如下：
[0029] 对比各节点故障后目标节点的SPI变化值A/，将变化值#最大的节点作为需进 行重点监控的关键特征节点，其中SPI变化值△/的计算公式如下：
[0030]
(6)
[0031] 式中士为节点i变化前节点j的SPI值；为节点i变化后节点j的SPI值； spi_$9计算公式如下：
[0032] SPIj= g j?fj
[0033] 其中，其中gj表示节点对误差的放大效应，计算公式如下：
[0034]
[0035] 式中：Wlj为边ij的权重；wm为边ji的权重；
[0036] &表示节点在网络中进行误差传递机会的大小，计算公式如下：
[0037]
⑴
[0038] 其中kj表示节点j的度，k_和kmin分别为k.j的最大值和最小值，c.j表示节点j的 聚集系数，cmax和cmin分别为c的最大值和最小值，b表示节点j的介数，b_和bmin分别为 bj的最大值和最小值。
[0039] 本发明进一步的改进在于，步骤2)中，抽样策略为每经过时间h，抽取n件产品进 行检测，然后决定停产检修或继续生产；其中h和n不固定，由上一次的抽样结果确定，即变 抽样间隔变样本容量。
[0040] 本发明进一步的改进在于，步骤2)中，采用遗传算法以单位时间质量成本最小为 目标对控制界限pxl、psl、咸和S进行经济设计，其中，控制界限pxl、psl、與:和#：：之间存在 以下约束条件：
[0041] \ ± 61
X ^
[0042] 其中，单位时间质量成本最小的目标函数为：G=min(ECT)，ECT为单位时间质量 成本，其采用如下仿真方法进行求解：
[0043] 201)染色体编码
[0044] 采用实数编码方式：
[0045] X= (x1;x2,x3,x4)
[0046] 其中，Xi,x2,x3,叉4分别对应控制界限ft.、/'、psl和pxl;
[0047] 202)适应度函数
[0048] 采用如下反比例函数作为适应度函数：
[0049]
[0050] 203)进化操作
[0051] 采用轮盘赌选择，中间交叉操作，其中，中间交叉子个体按下列公式产生：
[0052] 子个体=父个体1+aX(父个体2-父个体1)
[0053] 其中，a是一个比例因子，由[-d，1+d]上均匀分布随机数产生，选择d= 0. 25 ;
[0054] 采用如下变异算子：
[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为 变量取值范围；X'为变异后的个体，X为变异前的个体；
[0057] 通过步骤201)至203)实现单位时间质量成本最小的控制界限pxl、psl、/^和朽。.
[0058] 本发明与现有技术相比，其优点在于：
[0059] 1、缸盖零件加工特征众多、工艺路线长，普通质量控制方法难以监控到影响零件 质量的关键工序，若进行大范围的监控则成本高，效率低。本发明对缸盖零件加工过程误差 传递现象进行了建模与分析，确定了对最终加工质量影响最大的关键特征，从而对缸盖加 工过程进行有针对性的监控，避免了全面监控造成的生产过程的低效与成本的增加。
[0060] 2、普通控制图对小偏差敏感性较差，识别精密卧式加工中心进行加工的缸盖零件 偏差的效率低。本发明中选用的控制图对于质量数据信息具有更高的利用效率，能在短时 间内快速监测到过程的异常变化，对小偏差较普通控制图敏感。同时传统控制图仅从统计 学角度对控制界限进行设计，如果控制界限过严会导致频繁停工，而控制界限过松又会导 致加工过程失控，不利于企业利润最大化，本发明选用的控制图加入了经济设计，考虑了控 制图实施过程中的各种质量成本，相比普通控制图具有明显的成本优势。
【附图说明】：
[0061] 图1为质量控制方法实施流程图。
[0062] 图2为基于质量特征的误差传递网络建模流程图。
[0063] 图3为基准关系图。
[0064] 图4为演化关系图。
[0065] 图5为基准关系下质量特征