一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法：1)多尺度裝配耦合網絡模型的構建，用于分析復雜產品裝配零部件之間的多尺度誤差傳遞關系，實現對復雜產品裝配關系的形式化描述；2)多尺度誤差累積效應分析，通過分析網絡內部不同尺度上節(jié)點間的耦合關系，建立復雜產品裝配過程的誤差累積效應方程，定量地分析過程誤差對產品裝配質量的影響；3)誤差敏感性分析與控制，建立裝配過程誤差的敏感效應方程，通過識別影響產品裝配質量的誤差敏感方向，并執(zhí)行相應的誤差補償措施，實現對復雜產品裝配質量問題的分析與控制，提高產品質量。
【專利說明】一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于制造過程質量控制領域，涉及一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法。
【背景技術】
[0002]復雜產品裝配過程中存在著多種誤差傳遞效應，如裝配零部件的加工誤差通過裝配關系演化成裝配誤差，以及裝配過程由于定位、約束、基準關系新產生的裝配誤差都會影響最終產品的裝配質量。針對裝配過程的質量改進問題，國內外學術界從不同的角度進行了廣泛的研究，并提出了相應的解決方案:1)許本勝等人通過構建裝配功能相對于各零件裝配特征變動的雅克比矩陣，并結合特征自由度和變動理論，提出了基于特征自由度變動的裝配誤差累積建模方法[許本勝，黃美發(fā)，鐘艷如等.基于特征自由度變動的裝配誤差累積建模研究[J]，現代制造工程，2006，1:7-9]。2)周思杭等人為了準確有效地評價不同裝配序列中累積偏差對產品裝配質量的影響，在構建裝配特征鄰接關系矩陣和幾何特征公差矩陣的基礎上，提出了基于尺寸變動度的裝配序列偏差傳遞模型及質量評價方法[周思杭，劉振宇，譚建榮.基于尺寸變動度的裝配序列偏差傳遞模型及質量評價方法[J].機械工程學報，2011，47(2):1-8]。3) Zhu等人通過集成產品多樣性與裝配工藝信息定義了評價過程復雜性的指標-操作抉擇復雜度，對混合裝配生產線進行建模，從而達到減少裝配過程誤差累積的目的[Zhu X, Hu S，Koren Y et al.Modeling of manufacturingcomplexity in mixed-model assembly lines[J], Journal of Manufacturing Scienceand Engineering, Transactions of the ASME, 2008，130(5):0510131-05101310]。4) Ding等人通過分析產品設計信息以及工藝信息對最終產品質量的影響，提出了面向過程公差的多工序裝配過程質量控制方法[Ding Y, Jin J, Ceglarek D et al.Process-orientedtolerancing for mult1-station assembly systems[J], HE Transactions, 2005, 37(6):493-508]。
[0003]現有的針對復雜產品裝配質量控制方法的研究主要集中于系統(tǒng)層面上以及設計階段，并沒有提供一套針對復雜產品裝配過程的質量控制與改進方法以用于指導實際裝配過程。誤差累積建模主要聚焦于過程中最終誤差累積效應對產品質量的影響，未能給出影響產品質量的誤差敏感方向，而提出的混合裝配生產線的建模與配置研究主要從系統(tǒng)層面對過程配置進行合理優(yōu)化，以減少過程誤差的累積，但由于過程誤差不可避免且具有不可預見性，并不能有效地改進產品質量。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法，通過構建多尺度裝配耦合網絡模型，量化分析復雜產品裝配過程的誤差敏感性，以識別影響產品質量的誤差敏感方向，進而確定裝配質量改進的目標。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案:[0006](I)多尺度裝配耦合網絡模型構建:將復雜產品進行多尺度分解得到不同尺度下構成復雜產品的裝配零部件；通過分析復雜產品裝配零部件之間的相互關系，按照裝配過程誤差傳遞的耦合效應，將不同尺度內的裝配零部件進行抽取并建立描述復雜產品裝配零部件之間相互關系的多尺度裝配耦合網絡，實現對復雜產品裝配過程的形式化描述；
[0007](2)多尺度誤差累積效應分析:通過分析多尺度裝配耦合網絡中不同尺度節(jié)點之間的耦合關系，采用多尺度理論對復雜產品裝配過程的誤差累積效應進行建模，推導出裝配過程的誤差累積效應方程，實現對多尺度裝配耦合網絡模型權重的更新；
[0008](3)誤差敏感效應分析與控制:根據多尺度裝配耦合網絡模型，并在定義裝配過程的空間坐標系的基礎上建立裝配過程的誤差敏感效應函數，通過對所述誤差敏感效應函數進行求解，識別出復雜產品裝配過程誤差敏感方向。
[0009]所述步驟(3)還包括以下步驟:根據所述誤差敏感方向制定相應的誤差補償措施，實現對復雜產品裝配質量的控制。
[0010]所述多尺度裝配耦合網絡模型構建具體包括以下步驟:
[0011]①根據復雜產品的結構特性，將復雜產品按照粗尺度到細尺度的遞進過程分解成不同尺度層次的裝配零部件，細尺度下裝配零部件表示單個零件，粗尺度下裝配零部件表示若干個零件裝配而成的組件；
[0012]②分析裝配過程的誤差傳遞關系，若裝配零部件之間存在誤差傳遞關系，則該裝配零部件之間有耦合效應，否則，無耦合效應，其中耦合效應包括定位耦合、基準耦合或演化耦合；定位耦合指由于裝配過程中定位夾具的安裝誤差引起的裝配誤差，基準耦合指由于裝配零部件的基準特征的加工誤差引起的裝配誤差，演化耦合指由裝配零部件的定位特征的加工誤差引起的裝配誤差；
[0013]③定義多尺度裝配耦合網絡元素的提取規(guī)則，包括網絡節(jié)點、邊以及權重的物理意義；節(jié)點是指裝配零部件，其中包括由單個零件映射得到的細尺度節(jié)點和組件映射得到的粗尺度節(jié)點，邊是指裝配零部件之間的裝配關系，權重是指所述裝配誤差的大??；
[0014] ④確定所述邊的初始權重矩陣，并生成多尺度裝配耦合網絡模型。
[0015]所述多尺度誤差累積效應分析具體包括以下步驟:
[0016]令同一尺度內任意兩個存在裝配關系的裝配零部件表示為Ni和Nj,則尺度內誤差傳遞函數表示為:
【權利要求】
1.一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)多尺度裝配耦合網絡模型構建:將復雜產品進行多尺度分解得到不同尺度下構成復雜產品的裝配零部件；通過分析復雜產品裝配零部件之間的相互關系，按照裝配過程誤差傳遞的耦合效應，將不同尺度內的裝配零部件進行抽取并建立描述復雜產品裝配零部件之間相互關系的多尺度裝配耦合網絡，實現對復雜產品裝配過程的形式化描述； (2)多尺度誤差累積效應分析:通過分析多尺度裝配耦合網絡中不同尺度節(jié)點之間的耦合關系，采用多尺度理論對復雜產品裝配過程的誤差累積效應進行建模，推導出裝配過程的誤差累積效應方程，實現對多尺度裝配耦合網絡模型權重的更新； (3)誤差敏感效應分析與控制:根據多尺度裝配耦合網絡模型，并在定義裝配過程的空間坐標系的基礎上建立裝配過程的誤差敏感效應函數，通過對所述誤差敏感效應函數進行求解，識別出復雜產品裝配過程誤差敏感方向。
2.根據權利要求1所述一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法，其特征在于:所述步驟⑶還包括以下步驟:根據所述誤差敏感方向制定相應的誤差補償措施，實現對復雜產品裝配質量的控制。
3.根據權利要求1所述一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法，其特征在于:所述多尺度裝配耦合網絡模型構建具體包括以下步驟: ①根據復雜產品的結構特性，將復雜產品按照粗尺度到細尺度的遞進過程分解成不同尺度層次的裝配零部件，細尺度下裝配零部件表示單個零件，粗尺度下裝配零部件表示若干個零件裝配而成的組件； ②分析裝配過程的誤差傳遞關系，若裝配零部件之間存在誤差傳遞關系，則該裝配零部件之間有耦合效應，否則，無耦合效應，其中耦合效應包括定位耦合、基準耦合或演化耦合；定位耦合指由于裝配過程中定位夾具的安裝誤差引起的裝配誤差，基準耦合指由于裝配零部件的基準特征的加工誤差引起的裝配誤差，演化耦合指由裝配零部件的定位特征的加工誤差引起的裝配誤差； ③定義多尺度裝配耦合網絡元素的提取規(guī)則，包括網絡節(jié)點、邊以及權重的物理意義；節(jié)點是指裝配零部件，其中包括由單個零件映射得到的細尺度節(jié)點和組件映射得到的粗尺度節(jié)點，邊是指裝配零部件之間的裝配關系，權重是指所述裝配誤差的大??； ④確定所述邊的初始權重矩陣，并生成多尺度裝配耦合網絡模型。
4.根據權利要求1所述一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法，其特征在于:所述多尺度誤差累積效應分析具體包括以下步驟: 令同一尺度內任意兩個存在裝配關系的裝配零部件表示為Ni和Nj，則尺度內誤差傳遞函數表示為:仏=兩為(2) 式(2)中:HS表示過程誤差在s尺度內的傳遞函數，Ni (t)、Nj (t)分別表示Ni和Nj在t時刻的狀態(tài)向量，Ni (O)、Nj (O)分別表示Ni和％的初始狀態(tài)向量，E (.)表示Ni和％狀態(tài)向量變化的均值，。1、分別表示Ni和％狀態(tài)向量變化的方差；采用關聯理論分析不同尺度間的誤差傳遞關系，則尺度間誤差傳遞函數表示為:
5.根據權利要求1所述一種復雜產品裝配質量的誤差敏感性分析與控制方法，其特征在于:所述誤差敏感效應分析具體包括以下步驟:首先，建立復雜產品裝配過程的空間坐標系，通過空間坐標轉換推導出等效誤差轉換矩陣，實現誤差敏感方向的映射；然后構建裝配過程誤差敏感方向的識別函數:
【文檔編號】G05B19/418GK103984331SQ201410240271
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月30日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】趙麗萍, 刁廣州, 要義勇 申請人:西安交通大學