[发明专利]一种建立产品制造过程中质量波动源解释结构模型的方法

摘要

本发明涉及一种建立产品制造过程中质量波动源解释结构模型的方法，该方法基于对产品制造过程波动传递和累积模式、波动影响因素之间关系的分析，运用图论方法将制造过程影响关系拓扑结构简化为有向图和邻接矩阵，基于布尔代数方法编程计算可达矩阵，建立解释结构模型开展产品制造过程质量波动源的分层分类，确定改进优先次序，可以弥补经典SPC技术在波动控制过程中只能报警、不能诊断的不足，以及因果图、故障树等传统分析工具在诊断质量问题原因时缺乏量化模型和算法支撑的不足。本发明关于“复杂拓扑结构→有向图→邻接矩阵→可达矩阵→解释结构模型→工程应用”的建模方法和思路，适用于解决复杂系统的波动溯源问题，形成的工程应用案例具有一定的推广价值。

主权项

一种建立产品制造过程中质量波动源解释结构模型的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：步骤一：基于产品的结构、特性类型、装配方式，建立质量波动沿着产品结构树，依照“系统‑分系统‑组件‑部件‑零件”的路径进行分解传递的流程和积累方式；所述的特性类型包括产品的计量特性、计数特性、单一特性和多元特性；步骤二：基于对工艺要素、工艺过程、工艺输出参数、产品性能参数和产品可靠性5个维度，建立多参数、多工序的工艺系统的质量波动影响关系的拓扑结构模型；所述工艺要素包括5M1E，即人、机、料、法、环、测要素；所述工艺过程包括机械加工、化学过程、胶接、表面处理、装配过程；所述工艺输出参数包括几何尺寸、形位公差、表面质量、残余应力、强度、金相组织参数；所述产品性能参数包括抗腐蚀性、疲劳强度、互换性、耐磨性参数所述产品可靠性的衡量指标包括产品寿命、平均故障间隔时间MTBF、平均维修时间MMT指标；步骤三：基于质量波动影响关系的拓扑结构模型，利用因果图、故障树结构化质量工具建立有向图，进一步建立质量波动源邻接矩阵A；所述的波动源邻接矩阵A，其元素aij对应不考虑循环的有向图节点之间的关系，定义如下：如果i＝j，则aij＝0；如果i≠j，则式中，Si,Sj∈因素集S＝{S1,S2,…,Sn}，aij表示波动因素Si(i＝1,2,…,n)与Sj(j＝1,2,…,n)两两之间的关系；步骤四，基于波动源邻接矩阵A，利用布尔代数运算规则，建立质量波动源可达矩阵；所述的布尔代数运算规则包括：布尔加：0+0＝0，1+1＝1，1+0＝1，0+1＝1；布尔乘：0×0＝0，l×1＝1，1×0＝0，0×1＝0；所述的波动源邻接矩阵的求解过程如下：令A1＝(A+I)，这里，A为波动源邻接矩阵、I为单位矩阵；计算A2＝A12；以此类推，直到得到：A1≠A2≠…≠Ar‑1＝Ar,r≤n‑1，这里n为矩阵A的阶数，则Ar‑1＝(A+I)＝R，矩阵R是一个n阶的0‑1矩阵，称为波动源可达矩阵，其元素rij非0即1，是有向图可达路径的代数表征；步骤五，基于波动因素Si的可达集R(Si)、前因集A(Si)，求出多级递阶结构各层级的最高级要素集(L0,L1,L2,L3,…)，按照级间划分依次排列各要素，绘制有向图，建立波动源的结构模型；所述的可达集R(Si)＝{可达矩阵R的Si行中所有rij＝1的列对应的要素，j＝1,2,…,n}；所述的前因集A(Si)＝{可达矩阵R的Si列中所有rij＝1的行对应的要素，j＝1,2,…,n}；所述的最高要素集：如果则R(Si)为多级递阶结构的最高级要素集；所述的多级递阶结构各层级的最高级要素集的求解步骤如下：对于任一波动因素Sj的最高要素集L0，将L0各要素对应的行、列从可达矩阵R中删除，在剩下的可达矩阵中重新求得各要素的可达集、前因集、最高要素集(L1)；依次类推，求得各层级(L2,L3,…)所包含的要素集。