【正文】 申請上海交通大學(xué)學(xué)士學(xué)位上海交通大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模研究專 業(yè)：工業(yè)工程本科生：****導(dǎo) 師：**** 教授學(xué) 號：****上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2009年6月B A. Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong UniversityQUALITYRELIABILITY INTEGRATED MODELING IN MULTISTATION MA CHINING SYSTEMSSpecialty: Industrial EngineeringAuthor: ****Advisor: ****Student ID: 5****2School of Mechanical EngineeringShanghai Jiao Tong UniversityJune, 200951 / 59多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模研究摘要加工系統(tǒng)可靠性是保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。在多工序加工系統(tǒng)中，系統(tǒng)的停工可由系統(tǒng)要素故障或產(chǎn)品質(zhì)量不合格引起，因此多工序加工系統(tǒng)的可靠性應(yīng)當(dāng)同時(shí)考慮系統(tǒng)要素和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。目前很多學(xué)者在可靠性分析方面已有大量研究成果，但大多僅考慮了加工系統(tǒng)要素方面的因素，而未考慮產(chǎn)品質(zhì)量對各加工系統(tǒng)要素的影響以及相互之間的作用。Chen Y. 等提出了“質(zhì)量可靠性交互作用”的理論，建立了多工序加工系統(tǒng)的質(zhì)量可靠性集成模型，有效的描述了多工序加工系統(tǒng)中產(chǎn)品質(zhì)量和加工系統(tǒng)要素可靠性之間的交互作用。但是在Chen ，忽略了要素間的相互影響，沒有考慮系統(tǒng)要素衰退對系統(tǒng)要素故障的影響。本文擬通過研究系統(tǒng)要素間的相互作用，改進(jìn)了質(zhì)量可靠性交互作用的理論，完善了多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模研究。本文通過MATLAB編程，實(shí)現(xiàn)了多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模，并通過蒙特卡洛模擬得到系統(tǒng)可靠性的定量分析。另外，本文以Visual C++，開發(fā)了“多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成預(yù)測系統(tǒng)”，該系統(tǒng)包括“質(zhì)量可靠性分析”、“性能分析”和“過程控制”三個(gè)模塊，可對多工序加工系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行預(yù)測，并分析系統(tǒng)可靠性對質(zhì)量可靠性交互作用的敏感程度。同時(shí)，該系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)周期結(jié)束后對加工系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)分析和在生產(chǎn)過程中對系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制等功能。關(guān)鍵詞：多工序加工系統(tǒng)，質(zhì)量可靠性交互作用，性能衰退，故障，系統(tǒng)可靠性 QUALITYRELIABILITY INTEGRATED MODELING IN MULTISTATION MACHINING SYSTEMSABSTRACTSystem reliability is a vital factor in ensuring product quality and productivity in a production process. The downtime of a machining system is caused by both machining system ponent failures and nonconforming products produced by a degraded system. Therefore, system reliability of a multistation machining system should address not only the effects of machining system ponents but also the effects of the product quality.Various research effects have been made to study system reliability in the ponent and system stage. But most of methods consider only the effects of system ponents, and overlook the effects of product quality and the interaction between the product quality and the system ponents. Chen Y. proposed the theory of “the interaction between product quality and ponent reliability”, and developed the qualityreliabilityintegrated model, which can effectively describe the product quality and ponent reliability dependency in the multistation machining system. But the model they proposed overlooked the effects between the system ponents and did not consider the effects between system ponents degradation and system ponents failures. This paper, considering the interactions between system ponents, proposes an improved concept of qualityreliability interaction effect, and develops a new qualityreliability integrated model. Through MATLAB programming, the new qualityreliability integrated model of the multistation machining system is achieved and an analytical solution for the system reliability is obtained by doing Monte Carlo simulation. In addition, this paper, using Visual C + + as a platform, develops a multistation machining system qualityreliabilityintegrated forecasting system, which includes three modules: “qualityreliability analysis module, performance Analysis module and process control module. This system can predict the system reliability of a multistation machining system and analysis the sensitivity of qualityreliability interaction effect. At the same time, the software system can achieve static analysis after production cycles and make dynamic controls during the production process.KEY WORDS：Multistation Machining System, QualityReliability Interaction, Degradation, Failure, System Reliability目 錄第一章 緒論 1 1 1 1 2 3第二章 多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模 4 4 4 6 6 7 8 9 10 10 10 13 14 15第三章 多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性實(shí)例研究 16 16 16 19 20 20 22 23第四章 多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成預(yù)測系統(tǒng)軟件開發(fā) 24 24 24 C++ 24 C++ 25 C++ 26“多工序加工系統(tǒng)可靠性集成預(yù)測系統(tǒng)”軟件開發(fā) 26 26“可靠性分析”模塊 28“性能分析”模塊 33“過程控制”模塊 40 45第五章 結(jié)論 46參考文獻(xiàn) 47謝辭 49譯文及原文 50第一章 緒論隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，零件的形狀越來越復(fù)雜，精度要求越來越高，零件的加工往往需要多個(gè)工序才能完成。在工業(yè)生產(chǎn)中，多工序加工系統(tǒng)的運(yùn)用已經(jīng)非常普遍，例如機(jī)械加工、汽車制造和裝配、半導(dǎo)體制造等行業(yè)。多工序加工系統(tǒng)是指產(chǎn)品制造過程采用多個(gè)工序的加工系統(tǒng)，其產(chǎn)品質(zhì)量受到多個(gè)誤差源（如機(jī)床、刀具、夾具等）影響。多工序加工系統(tǒng)往往由多個(gè)系統(tǒng)要素串行或并行相結(jié)合，不同工序間存在著復(fù)雜的耦合關(guān)系，由于各個(gè)工序輸入輸出關(guān)系復(fù)雜，產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性也不斷變化，以某種方式相互關(guān)聯(lián)。多工序加工系統(tǒng)可靠性不僅取決于加工系統(tǒng)要素（包含多個(gè)工序的機(jī)床、刀具和夾具等）的可靠性，還取決于在制產(chǎn)品的質(zhì)量。加工系統(tǒng)要素性能故障反映了加工系統(tǒng)可靠性，關(guān)鍵產(chǎn)品特征測量偏差反映了產(chǎn)品質(zhì)量，而且兩者均與加工系統(tǒng)要素的衰退狀態(tài)有關(guān)。針對多工序加工系統(tǒng)多輸入多輸出、時(shí)變、離散、概率化等特點(diǎn)，提高系統(tǒng)可靠性和維護(hù)水平，不僅需要先進(jìn)的自動(dòng)化裝備，還要對系統(tǒng)可靠性評價(jià)和維護(hù)管理的科學(xué)性提出更高的要求；不僅需要先進(jìn)的可靠性建模、分析技術(shù)，而且需要各種維護(hù)策略優(yōu)化應(yīng)用以保證多工序加工系統(tǒng)可靠性、生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量水平。能源、運(yùn)載、國防及裝備制造業(yè)的關(guān)鍵零部件都是在多工序加工系統(tǒng)環(huán)境下制造的，多工序加工系統(tǒng)可靠性評價(jià)和維護(hù)管理技術(shù)已成為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高精度化制造的核心技術(shù)，是制造科學(xué)的重要前沿領(lǐng)域之一。當(dāng)前以質(zhì)量、成本、市場響應(yīng)時(shí)間的綜合能力為核心競爭力的國際市場環(huán)境下，提高多工序加工系統(tǒng)可靠性和維護(hù)水平，確保產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)成為制造企業(yè)生存的必要條件。系統(tǒng)可靠性評價(jià)分析和維護(hù)管理是加工系統(tǒng)理論的重要組成，是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。企業(yè)為了在市場競爭中脫穎而出，就必須想辦法在多工序加工系統(tǒng)中減少產(chǎn)品缺陷，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證較高的加工系統(tǒng)可靠性。因此，必須通過研究系統(tǒng)要素和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系，對實(shí)際制造過程進(jìn)行建模，實(shí)現(xiàn)多工序加工系統(tǒng)可靠性的量化的描述，才能最終達(dá)到控制產(chǎn)品質(zhì)量和提高系統(tǒng)可靠性的目的。加工系統(tǒng)可靠性水平對于產(chǎn)品生產(chǎn)率和質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響?，F(xiàn)代加工系統(tǒng)是具有高度柔性和復(fù)雜性的網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)，既包括機(jī)械設(shè)備，又含有電子產(chǎn)品，既有多種硬件，又有多種軟件，既有物流，又有信息流以及人的參與，易發(fā)生故障。國內(nèi)外的加工系統(tǒng)都不同程度地存在可靠性問題，嚴(yán)重影響了加工系統(tǒng)的推廣應(yīng)用和投資效益的正常發(fā)揮。為了提高系統(tǒng)整體的可靠性水平，以發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)加工系統(tǒng)的全部效能，必須通過分析建模、監(jiān)控預(yù)測復(fù)雜生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的各種故障和異常。因此，迫切需要對加工系統(tǒng)的可靠性問題展開研究。多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性研究是對于可靠性問題研究的一個(gè)重要方面，本論文立足于對多工序加工系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量及系統(tǒng)可靠性等相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了質(zhì)量可靠性交互作用的理論，完善了多工序加工系統(tǒng)建質(zhì)量可靠性集成建模理論及研究。通過建立質(zhì)量可靠性集成模型，可以精確的預(yù)測系統(tǒng)的可靠性，根據(jù)可靠性的衰減規(guī)律，指定合理的系統(tǒng)維修計(jì)劃。結(jié)合當(dāng)前制造業(yè)的實(shí)際情況，探索多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模方面的研究，對于發(fā)展多工序加工系統(tǒng)，提高加工系統(tǒng)的可靠性水平和產(chǎn)品質(zhì)量有著積極的意義。系統(tǒng)可靠性是指系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力[1]。加工系統(tǒng)可靠性是加工過程中保障產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要因素之一。以往研究往往集中在分析制造過程的設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)加工系統(tǒng)要素故障和他們之間的相互關(guān)系上。目前對加工系統(tǒng)的可靠性分析方法已經(jīng)進(jìn)行了許多研究，歸納起來主要分為解析方法和仿真方法兩大類。常用的解析方法有故障樹（Fault Tree Analysis, FTA）、故障模式與影響分析（Failure Mode and Effect Analysis, FMEA）、可靠性框圖（Block Reliability Diagram, BRD）、馬爾科夫鏈（Markov chain, MC）、Petri網(wǎng)（Petri Net）等[26]。許多學(xué)者提出了不同的可靠性模型和分析方法，大多對機(jī)床、刀具、夾具故障對整個(gè)加工系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了研究，指出了故障的顯著影響，但很少提及磨損或性能衰退的影響，即使考慮了系統(tǒng)故障是由加工系統(tǒng)要素故障或磨損所引起的性能衰退決定，也沒有考慮產(chǎn)品質(zhì)量對加工系統(tǒng)可靠性的影響[79]。還有研究即使考慮了質(zhì)量與可靠性之間的相互關(guān)系，也僅僅定性地描述了兩種的關(guān)系[10]，仍然沒有解決系統(tǒng)可靠性影響因素等問題。傳統(tǒng)模型都不適合描述包含質(zhì)量與可靠性交互作用的多工序加工系統(tǒng)可靠性問題。故障樹方法不適合描述包含了產(chǎn)品質(zhì)量、加工系統(tǒng)要素故障和性能衰退的復(fù)雜關(guān)系；多工序加工系統(tǒng)包含了數(shù)十、甚至上百個(gè)加工系統(tǒng)要素，這些要素之間的關(guān)系相對復(fù)雜，馬爾科夫鏈模型不適合描述這樣大量的要素狀態(tài)變化信息，即使