一种仿真预测和实际生产相集成的闭环质量控制仿真方法
【专利摘要】本发明属于零件加工过程误差控制领域，涉及一种预测和实际生产相集成的闭环质量控制仿真方法。该方法的步骤为：1)进行零件加工过程多工序多误差源分析与表述；2)设计现场多工序多误差源数据一体化实时采集方法和装置；3)基于动态误差源耦合模型的综合误差预测仿真预测；4)基于动态误差仿真预测的质量预控制方法；5)依据质量监控情况对失控过程进行调整，实现闭环质量控制。本发明提出的方法在进行零件多工序加工过程质量控制时，突破了已有方法的思路束缚，先进行加工过程误差的预测，然后在误差预测的基础上进行质量预控制和过程调整。该方法能够将传统的事后质量控制转换为质量的事前预控制，是一种理想的质量控制方法。
【专利说明】一种仿真预测和实际生产相集成的闭环质量控制仿真方法 【【技术领域】】
[0001]本发明涉及零件制造过程闭环质量控制领域，特别涉及一种仿真预测和实际生产 相集成的闭环质量控制仿真方法。 【【背景技术】】
[0002]随着市场对产品质量的要求越来越高，企业在实际生产中越来越意识到产品质量 控制的重要性。零件加工过程受到多种误差源影响，上下游工序之间存在传递累积效应7每 道工序除了本工序结点的引入误差以外，还要考虑关联工序传播的累积误差，这些误差源 都可能造成零件加工质量的波动，必须要对这些误差源进行分析，从源头上控制质量波动 的发生，同时这些误差源在加工过程中是不断变化的，它们对零件质量的影响也是不断变 化的，要对零件质量进行准确预测就需要考虑这些误差源的实际生产状态的变化情况。而 目前的质量控制方法是通过加工后的检测与分析进行后面零件质量事故的预防，对质量控 制和监控都是事后控制和监控，只能起到后面质量事故的预防，并且没有和实际生产状态 即时联系起来，使得质量监控和分析不准确，并且难以实现过程的调整。 【
【发明内容】
】
[0003] 本发明要解决的问题是通过本闭环仿真质量控制方法可以实现在数字化仿真环 境中对制造过程的质量波动问题进行预测、监控和调整，避免实际加工中的质量事故，提高 加工效率，实现事前质量控制。
[0004] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0005] 一种仿真预测和实际生产相集成的闭环质量控制仿真方法，包括以下步骤：1)将 零件加工过程产生的误差源转换到微元坐标系下进行耦合，然后根据耦合后的误差，同时 考虑实际生产状态对误差源的影响，建立预测模型；2)采集误差信息，将其作为预测模型 的输入；3)将预测模型转换为动态S0V模型，建立与S0V模型对应的0SFE方程，得到独立 同分布的偏差；4)根据独立同分布的偏差设计预测模型的控制图；5)建立线性调整模型和 MGWMA控制器；6)根据MGWMA控制器求解控制器的协方差阵；7)使MGWMA控制图在初始误差 源的基础上引入一个偏差，使控制图失控，然后调整误差源，直至该统计量小于该控制限。
[0006] 所述步骤4)中，设计预测模型的控制图的方法为：4. 1)根据S0V模型计算独立同 分布偏差的均值向量和协方差矩阵的估计值；4. 2)根据独立同分布偏差的均值向量和协 方差矩阵的估计值计算统计量；4. 3)根据统计量服从的分布求解多元统计过程的控制限。
[0007] 所述步骤4. 1)根据以下公式计算：
【权利要求】
1. 一种仿真预测和实际生产相集成的闭环质量控制仿真方法，其特征在于，包括以下 步骤： 1) 将零件加工过程产生的误差源转换到微元坐标系下进行耦合，然后根据耦合后的误 差，同时考虑实际生产状态对误差源的影响，建立预测模型； 2) 采集误差信息，将其作为预测模型的输入； 3) 将预测模型转换为动态SOV模型，建立与SOV模型对应的OSFE方程，得到独立同分 布的偏差； 4) 根据独立同分布的偏差设计预测模型的控制图； 5) 建立线性调整模型和MGWMA控制器； 6) 根据MGWM控制器求解控制器的协方差阵； 7) 使MGWM控制图在初始误差源的基础上引入一个偏差，使控制图失控，然后调整误 差源，直至该统计量小于该控制限。
2. 根据权利要求1所述的一种仿真预测和实际生产状态相集成的闭环质量控制仿真 方法，其特征在于，所述步骤4)中，设计预测模型的控制图的方法为： 4. 1)根据SOV模型计算独立同分布偏差的均值向量和协方差矩阵的估计值； 4. 2)根据独立同分布偏差的均值向量和协方差矩阵的估计值计算统计量； 4. 3)根据统计量服从的分布求解多元统计过程的控制限。
3. 根据权利要求2所述的一种仿真预测和实际生产状态相集成的闭环质量控制仿真 方法，其特征在于，所述步骤4. 1)根据以下公式计算： 一 4 -4一山- Tdk €k = \&kl &kl...Sks]
其中：
表示的是误差源产生的偏差在工序k的独立同分布偏差 的均值向量。
4. 根据权利要求3所述的一种仿真预测和实际生产状态相集成的闭环质量控制仿真 方法，其特征在于，所述步骤4. 2)的具体方法为： 假定^是一个新的独立同分布偏差的向量，且:和Sk是独立的向量； 则第k道工序的Tk2统计量的表达式为：
5. 根据权利要求4所述的一种仿真预测和实际生产状态相集成的闭环质量控制仿真 方法，其特征在于，步骤4. 3)的具体方法为： 假定第一类误差的概率为a，则多元统计过程的控制限为：
6. 根据权利要求1所述的一种仿真预测和实际生产状态相集成的闭环质量控制仿真 方法，其特征在于，所述步骤1)中的预测模型为： P- ^jfmUjfmJ FM+BwfmUwfmWfm, 其中，Aifm表示几何偏差源随时间动态变化的修正系数，是静态系数Uifm的雅克比矩阵，Bwfm表示物理误差源随时间动态变化的修正系数，Uifm表示几何误差源的静态雅克比矩阵系 数，Uwfm表不物理误差源的静态雅克比矩阵系数，Jfm表不几何偏差，Wfm表不物理偏差。
7. 根据权利要求1所述的一种仿真预测和实际生产状态相集成的闭环质量控制仿真 方法，其特征在于，步骤3)中的动态SOV模型为：
尽4表示的是测量系统的坐标转换，CE表示测量系统随实际生产状态变化的修正系 数。
8. 根据权利要求1所述的一种仿真预测和实际生产状态相集成的闭环质量控制仿真 方法，其特征在于，所述线性模型有m个输入误差源，p个输出特性值，根据SOV模型，多输 入多输出加工过程的调整模型描述如下：
其中，#是一（pX1)的向量，代表输出的质量特性；a是一个（pX1)向 量，代表每个输出特性的补偿参数；纪是一个（PXm)向量，代表系数矩阵； +CA是一个（m*l)向量，代表工艺系统的误差源；Vk是 2=1 一（pXI)的向量，表不过程中的噪声干扰。
9. 根据权利要求1所述的一种仿真预测和实际生产状态相集成的闭环质量控制仿真 方法，其特征在于，假定SOV模型中的Vk是一个均值向量为0,协方差阵为E的白噪声序列， 则所述步骤5)中的MGWM控制器描述如下：
上式中gi是一个（PXl)向量（gQ =0)，设计参数q是一常数且（0<q〈l)，调整参数b是人为给定值。
【文档编号】G06F17/50GK104268350SQ201410522205
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】王佩, 李翌辉, 苏晓毅, 张镁 申请人:中国西电电气股份有限公司