考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法技术

考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，包括：步骤一、识别装配过程的关键质量特性，采集各工序关键过程质量特性的数据；步骤二、获得各工序产生的过程质量偏差，拟合各工序过程质量偏差的边际分布，判断各工序的过程质量偏差间是否存在耦合关系，若存在耦合关系，进行步骤三，若不存在耦合关系，进行步骤四；步骤三、分析相邻装配工序产生的过程质量偏差间的耦合作用规律，建立适用于描述该耦合效应的模型，使用过程质量偏差数据估计模型参数，计算两相邻装配工序产生的过程质量偏差的联合密度函数；步骤四、建立多工序过程质量偏差累积模型，获得装配过程产生的总质量偏差分布；步骤五、根据总质量偏差分布，计算装配工艺可靠度。艺可靠度。艺可靠度。

【技术实现步骤摘要】
考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法


[0001]本专利技术涉及装配工艺可靠性建模与评估，具体地涉及一种考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法。

技术介绍

[0002]装配工艺可靠性是指装配工艺使最终产品的某一关键质量特性满足要求的能力。装配工艺可靠性建模与评估结果是对装配系统进行生产调度、预测性维护及工艺参数优化等活动的重要依据。
[0003]在多工序装配过程中，各工序产生的过程质量偏差间往往存在复杂的非线性耦合关系。特别是组装、焊接等装配过程，各工序均会对最终产品的圆跳动度、直线度或平行度等关键质量特性产生直接影响，不同工序产生的影响随着装配过程不断传递、耦合、累积，并形成了最终产品的关键质量特性。然而，传统的装配工艺可靠性建模与评估方法通常建立在工序间相互独立或线性相关的假设之上，难以获得准确的结果。因此，在多工序装配系统的工艺可靠性建模与评估中，充分考虑各工序过程质量偏差的非线性耦合关系，对提高装配工艺可靠性模型的合理性与评估结果的准确性具有重要意义。
[0004]对于不同工序过程质量偏差间的非线性耦合关系，传统的线性相关系数难以对其进行准确描述。Copula函数是一种用于描述随机变量间相关关系的重要工具，其可以刻画目标随机变量间大量的非线性相关信息，适用于对不同工序过程质量偏差间的相关关系进行描述。然而，Copula函数在装配过程中的应用仍存在一定的局限性。一方面，已有的参数Copula函数参数数量较少、灵活性不足，难以准确刻画装配过程中特殊的相关关系。另一方面，非参数Copula函数需要大量的生产数据，不适用于小批量、高成本产品的装配过程相关性分析。
[0005]因此，在降低对大量数据依赖性的同时，尽可能准确地刻画多工序过程质量偏差间复杂的耦合关系，对实现装配系统工艺可靠性的准确建模与评估具有重要意义。针对这一问题，本专利技术构造了一种用于描述不同工序装配偏差间非线性耦合关系的混合Copula函数，并提供了一种考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法。

技术实现思路

[0006]装配工艺可靠性建模与评估结果是生产调度、预测性维护及系统参数优化等工作的重要依据。传统的装配工艺可靠性模型依赖于工序间相互独立或线性相关的假设，而实际的装配过程中，各工序的过程质量偏差间往往存在复杂的非线性耦合关系，因此传统方法难以实现准确评估。此外，目前用于描述非线性相关关系的参数和非参数Copula函数在装配系统的应用中也存在一定的局限性。基于此，本专利技术的实施方式提供了一种考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，通过构造一种多参数混合Copula函数实现各工序过程质量偏差间非线性耦合作用的刻画，通过卷积公式实现装配过程总质量偏差分布的计算，并根据总质量偏差分布获得装配工艺可靠度。该方法提高了装配工艺可靠性模
型的合理性与评估结果的准确性。
[0007]根据本专利技术的实施方式提供了一种考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，包括以下步骤：步骤一、根据装配系统的客户需求识别装配过程的关键质量特性，并采集各工序关键过程质量特性的数据；步骤二、获得各工序产生的过程质量偏差，拟合各工序过程质量偏差的边际分布，并初步判断各工序的过程质量偏差间是否存在耦合关系，若存在耦合关系，则进行步骤三，若不存在耦合关系，则直接进行步骤四；步骤三、对相邻装配工序产生的过程质量偏差间的耦合作用规律进行分析，根据作用规律建立适用于描述该耦合效应的数学模型，使用过程质量偏差数据估计模型参数，并计算两相邻装配工序产生的过程质量偏差的联合密度函数；步骤四、建立多工序过程质量偏差累积模型，获得装配过程产生的总质量偏差分布；步骤五、根据装配过程产生的总质量偏差分布，计算装配工艺可靠度。
[0008]在可选的实施方式中，步骤一中所述装配系统的客户需求包括对最终产品的质量特性，对装配过程的时间、效率及成本的要求；步骤一中所述质量特性为广义质量特性，包括最终产品的尺寸精度与表面质量，以及装配过程的时间、效率及成本指标。
[0009]在可选的实施方式中，步骤二中所述工序的过程质量偏差是指关键质量特性在某道装配工序中产生的变化量，用于量化各工序对最终装配质量产生的影响，记为X
i
，其计算公式如下：
[0010]X
i
＝Q
i
‑
Q
i
‑1,2≤i≤n
[0011]其中，i为工序编号，n为该装配系统的工序数量，Q
i
为经第i道工序装配后装配单元的关键质量特性的数值。
[0012]在可选的实施方式中，步骤二中的边际分布拟合首先根据样本形态选择对应的初选分布
[0013][0014]其中，为装配工序i产生的过程质量偏差的初选边际密度函数，θ
i
为装配工序i产生的过程质量偏差初选密度函数的参数集合。
[0015]在可选的实施方式中，步骤二中使用最大似然法估计初选边际密度函数的参数θ
i
，其似然函数如下
[0016][0017]其中，t为过程质量偏差样本的编号，m为过程质量偏差样本的总数量，x
it
为第i道工序的第t个过程质量偏差样本值；
[0018]参数估计值计算方法为
[0019][0020]其中，为第i道工序的边际密度函数参数估计值，Θ
i
为参数空间，θ
i
为装配工序i产生的过程质量偏差初选密度函数的参数集合；
[0021]第i道工序产生的过程质量偏差的边际密度函数及边际分布函数为
[0022][0023][0024]其中，为联合密度函数，C
i,j
为刻画相邻装配工序耦合效应的混合Copula函数，分别为两工序过程质量偏差的边际分布函数。
[0025]在可选的实施方式中，步骤二中所述初步判断不同工序产生的过程质量偏差间是否存在非线性耦合关系通过作图观察法进行，其中作图观察法即作两工序过程质量偏差的散点图，根据各工序过程质量偏差的边际分布及散点图的形态进行判断，若当上一工序产生的过程质量偏差取任意值时，下一道工序过程质量偏差的散点分布均服从其边际分布，则两工序间不存在耦合作用，可直接进行步骤四，并使用步骤四中认为两工序独立的公式进行计算；若当上一工序产生的过程质量偏差取值在某一范围内时，下一道工序过程质量偏差的散点分布不服从其边际分布，则两工序间存在耦合作用，需通过步骤三建立的耦合效应模型进行描述。
[0026]在可选的实施方式中，步骤三中的耦合效应模型基于混合Copula函数建立，根据耦合作用规律构造的混合Copula函数为：
[0027]C
i，j
(u，v)＝w1C0+w2C90+w3C180+w4C270
[0028][0029][0030][0031][0032]其中，i，j为两相邻装配工序的编号，C
i,j
(u，v)为刻画工序i，j间耦合关系的Co本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、根据装配系统的客户需求识别装配过程的关键质量特性，并采集各工序关键过程质量特性的数据；步骤二、获得各工序产生的过程质量偏差，拟合各工序过程质量偏差的边际分布，并初步判断各工序的过程质量偏差间是否存在耦合关系，若存在耦合关系，则进行步骤三，若不存在耦合关系，则直接进行步骤四；步骤三、对相邻装配工序产生的过程质量偏差间的耦合作用规律进行分析，根据作用规律建立适用于描述该耦合效应的数学模型，使用过程质量偏差数据估计模型参数，并计算两相邻装配工序产生的过程质量偏差的联合密度函数；步骤四、建立多工序过程质量偏差累积模型，获得装配过程产生的总质量偏差分布；步骤五、根据装配过程产生的总质量偏差分布，计算装配工艺可靠度。2.如权利要求1所述的考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，其特征在于：步骤一中所述装配系统的客户需求包括对最终产品的质量特性，对装配过程的时间、效率及成本的要求；步骤一中所述质量特性为广义质量特性，包括最终产品的尺寸精度与表面质量，以及装配过程的时间、效率及成本指标。3.如权利要求1所述的考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，其特征在于：步骤二中所述工序的过程质量偏差是指关键质量特性在某道装配工序中产生的变化量，用于量化各工序对最终装配质量产生的影响，记为X
i
，其计算公式如下：X
i
＝Q
i
‑
Q
i
‑1,2≤i≤n其中，i为工序编号，n为该装配系统的工序数量，Q
i
为经第i道工序装配后装配单元的关键质量特性的数值。4.如权利要求3所述的考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，其特征在于：步骤二中的边际分布拟合首先根据样本形态选择对应的初选分布其中，为装配工序i产生的过程质量偏差的初选边际密度函数，θ
i
为装配工序i产生的过程质量偏差初选密度函数的参数集合。5.如权利要求4所述的考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，其特征在于：步骤二中使用最大似然法估计初选边际密度函数的参数θ
i
，其似然函数如下其中，t为过程质量偏差样本的编号，m为过程质量偏差样本的总数量，x
it
为第i道工序
的第t个过程质量偏差样本值；参数估计值计算方法为其中，为第i道工序的边际密度函数参数估计值，Θ
i
为参数空间，θ
i
为装配工序i产生的过程质量偏差初选密度函数的参数集合；第i道工序产生的过程质量偏差的边际密度函数及边际分布函数为为其中，为联合密度函数，C
i,j
为刻画相邻装配工序耦合效应的混合Copula函数，分别为两工序过程质量偏差的边际分布函数。6.如权利要求1所述的考虑工序间耦合效应的装配工艺可靠性建模与评估方法，其特征在于：步骤二中所述初步判断不同工序产生的过程质量偏差间是否存在非线性耦合关系通过作图观察法进行，其中作图观察法即作两工序过程质量偏差的散点图，根据各工序过程质量偏差的边际分布及散点图的形态进行判断，若当上一工序产生的过程质量偏差取任意值时，下一道工序过程质量偏差的散点分布均服从其边际分布，则两工序间不存在耦合作...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴伟，郑庆霖，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：