二級分公司配件廠質(zhì)量預(yù)計(jì)提方案(試運(yùn)行)及多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模探討

二級分公司/配件廠質(zhì)量預(yù)計(jì)提執(zhí)行方案（試運(yùn)行）1、目的:通過對屬于二級分公司/配件廠的來料零部件質(zhì)量問題給一級公司造成的質(zhì)量損失金額的計(jì)算，并從二級分公司/配件廠利潤中提起該部分費(fèi)用，用以支付已發(fā)生或未來發(fā)生的質(zhì)量損失，同時(shí)促進(jìn)二級分公司/配件廠提升來料零部件產(chǎn)品質(zhì)量改善的效率。2、范圍：適用于新寶電器各二級分公司/配件廠因零部件產(chǎn)品質(zhì)量問題導(dǎo)致的質(zhì)量預(yù)計(jì)提的執(zhí)行。3、職責(zé)：3.1品質(zhì)保證中心：負(fù)責(zé)制定、完善質(zhì)量預(yù)計(jì)提方案；負(fù)責(zé)產(chǎn)品訂單質(zhì)量預(yù)計(jì)提的審核及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)；負(fù)責(zé)產(chǎn)品訂單質(zhì)量預(yù)計(jì)提金額計(jì)算；負(fù)責(zé)編制每周、月的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提周報(bào)、月分析報(bào)告；負(fù)責(zé)各二級分公司/配件廠質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提的提報(bào)和發(fā)布；負(fù)責(zé)處理裁決一級分公司與二級分公司/配件廠因產(chǎn)品零部件質(zhì)量責(zé)任劃分的爭議；負(fù)責(zé)對各單位執(zhí)行方案情況監(jiān)督，并對違規(guī)情況進(jìn)行處理。3.2產(chǎn)品驗(yàn)證中心：負(fù)責(zé)按要求對型式試驗(yàn)、短期測試、OQC驗(yàn)貨等方面的數(shù)據(jù)進(jìn)行提報(bào)；負(fù)責(zé)型式試驗(yàn)、短期測試、驗(yàn)貨、客戶投訴問題等改善措施的驗(yàn)證。3.3各一級分公司：負(fù)責(zé)對二級分公司/配件廠產(chǎn)品質(zhì)量問題CAP的發(fā)出、跟蹤和改善措施驗(yàn)證；負(fù)責(zé)對二級分公司/配件廠質(zhì)量預(yù)計(jì)提資料的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和提交；負(fù)責(zé)與二級分公司/配件廠確認(rèn)，并將書面確認(rèn)結(jié)果提供給質(zhì)量管理部；3.4各二級分公司/配件廠：負(fù)責(zé)對一級分公司提報(bào)質(zhì)量預(yù)計(jì)提數(shù)據(jù)的責(zé)任劃分結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)；負(fù)責(zé)對因?yàn)楸舅井a(chǎn)品零部件而引起的質(zhì)量問題采取有效的改善措施，從而減少質(zhì)量預(yù)計(jì)提；3.5財(cái)務(wù)管理中心：負(fù)責(zé)執(zhí)行總裁辦審批后的質(zhì)量預(yù)計(jì)提費(fèi)用的扣除。4、定義：4.1質(zhì)量預(yù)計(jì)提：是指生產(chǎn)中、測試時(shí)或者在來料產(chǎn)品發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，預(yù)計(jì)將來某一時(shí)段在市場上可能產(chǎn)生的質(zhì)量損失，將質(zhì)量隱患可能造成的質(zhì)量損失預(yù)估并計(jì)提出來。（下面簡稱：預(yù)計(jì)提）4.2K值：是指產(chǎn)品質(zhì)量損失系數(shù),以每個(gè)二級分公司/配件廠近一年已在一級分公司產(chǎn)生的預(yù)計(jì)提金額、來料合格率和產(chǎn)品單價(jià)按公式核算出的值。（以每年一次的頻率進(jìn)行K值核算）4.3追溯訂單：是指同型號、同規(guī)格、同批次、同供應(yīng)商零部件的產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題。從問題發(fā)生之日起，至改善有效日期或者CAP關(guān)閉確認(rèn)實(shí)施改善訂單止，期間所有出貨的零部件產(chǎn)品。4.4產(chǎn)品單價(jià)：指由總裁辦成本管理部提供的產(chǎn)品單價(jià)。（以每年一次的頻率進(jìn)行單價(jià)更新）4.5預(yù)計(jì)提金額：指產(chǎn)品已發(fā)生和檢驗(yàn)時(shí)已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，依據(jù)方案進(jìn)行計(jì)算得出的金額，即產(chǎn)品可能因?yàn)橘|(zhì)量問題產(chǎn)生的外部額外費(fèi)用。（外部含一級分公司）4.6預(yù)計(jì)提考核金額：指產(chǎn)品已發(fā)生和檢驗(yàn)時(shí)已發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，依據(jù)方案計(jì)算得出產(chǎn)品的金額，列入分公司當(dāng)月核算的費(fèi)用。4.7檢驗(yàn)結(jié)果判定：為使分公司檢驗(yàn)狀態(tài)達(dá)成統(tǒng)一，便于預(yù)計(jì)提的執(zhí)行操作。檢驗(yàn)結(jié)果規(guī)定如下；合格：零部件質(zhì)量經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)到規(guī)定的要求標(biāo)準(zhǔn)。在AQL允收范圍內(nèi)而采取的判定。挑選使用：檢驗(yàn)來料不合格，可通過人直觀檢查（眼、手、耳聽等）從來料中找出適合標(biāo)準(zhǔn)要求的叫挑選使用；讓步接受：在材料檢驗(yàn)判定不合格時(shí)，能夠基本保證產(chǎn)品的質(zhì)量的狀況下，在商定的時(shí)間或數(shù)量內(nèi)對這些不合格的材料部分缺陷有限度有評審的接收；加工/處理：本身來料有缺陷，但通過簡單人為加工或處理后，可以使用的處理方式叫加工/處理；退貨：零部件質(zhì)量經(jīng)檢驗(yàn)達(dá)不到規(guī)定的要求標(biāo)準(zhǔn)。超出AQL允收范圍而采取的判定。5、預(yù)計(jì)提流程：5.1數(shù)據(jù)提報(bào)核對：負(fù)責(zé)部門：1－7分公司品管部，按《二級分公司/配件廠預(yù)計(jì)提確認(rèn)一覽表》要求，經(jīng)部門經(jīng)理或相關(guān)負(fù)責(zé)人審批，連同確認(rèn)記錄，每天上午10點(diǎn)前，及時(shí)提報(bào)到品質(zhì)保證中心質(zhì)量管理部；5.2來料不合格預(yù)計(jì)提：在IQC檢驗(yàn)來料時(shí)，經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)來料零部件產(chǎn)品不合格，經(jīng)分公司MRB評審小組評定，以挑選使用/讓步接受/加工/處理等方式收貨使用，依據(jù)來料零部件不合格的比例、批次進(jìn)行質(zhì)量預(yù)計(jì)提。對于因?yàn)閬砹狭悴考黄谟绊懟蛘邅砹狭悴考|(zhì)量問題影響的貨期金額損失，不納入預(yù)計(jì)提范疇。按公司其它相關(guān)文件規(guī)定處理。5.2.1納入預(yù)計(jì)提范圍第一：經(jīng)MRB評定，對讓步接收、挑選使用、加工/處理的物料，納入質(zhì)量預(yù)計(jì)提；第二：來料零部件經(jīng)抽樣送產(chǎn)品驗(yàn)證中心做ROHS、食品衛(wèi)生、成份分析、塑膠材料阻燃測試等測試不合格，納入質(zhì)量預(yù)計(jì)提。不納入預(yù)計(jì)提范圍第一：對讓步接收、挑選使用的物料，經(jīng)二級分公司/配件廠自行處理后，重新交付檢驗(yàn)合格不納入質(zhì)量預(yù)計(jì)提；第二：對于來料零部件質(zhì)量問題責(zé)任屬于一級分公司責(zé)任的，不納入質(zhì)量預(yù)計(jì)提；5.2.3預(yù)計(jì)提金額公式計(jì)算如下：預(yù)計(jì)提金額=K×抽樣產(chǎn)品不合格品數(shù)量×來料數(shù)量×零部件單價(jià)抽樣產(chǎn)品數(shù)量問題比例：分公司在來料以公司標(biāo)準(zhǔn)AQL值對來料進(jìn)行抽樣，以抽樣產(chǎn)品中，發(fā)現(xiàn)的不合格產(chǎn)品的數(shù)量，再除以抽樣產(chǎn)品的數(shù)量。訂單數(shù)量：是指本次驗(yàn)貨對應(yīng)的具體數(shù)量（訂單/批次）5.3制程質(zhì)量異常預(yù)計(jì)提：5.3.1CAP發(fā)出：當(dāng)制程中發(fā)現(xiàn)因來料零部件而引起的質(zhì)量問題（單項(xiàng)）超過5%比例時(shí)，經(jīng)調(diào)查分析問題客觀存在。由總裝品管發(fā)出CAP給分公司IQC科，由IQC發(fā)往二級分公司/配件廠并同時(shí)超送品質(zhì)保證中心質(zhì)量管理部和質(zhì)量工程部。5.3.2CAP確認(rèn)和處理：二級分公司/配件廠在收到一級分公司發(fā)出CAP后4小時(shí)內(nèi)必須作出確認(rèn)和處理。一級分公司必須以郵件和電話的方式通知二級分公司/配件廠，超過規(guī)定時(shí)間一級分公司可以視為默認(rèn)進(jìn)行預(yù)計(jì)提提報(bào)。 5.3.1納入預(yù)計(jì)提范圍第一：對造成生產(chǎn)停拉或?qū)ιa(chǎn)造成嚴(yán)重影響的來料零部件，經(jīng)評估通過正常檢驗(yàn)無法檢出，且問題經(jīng)調(diào)查分析客觀存在屬于二級分公司/配件廠的原因物料，納入預(yù)計(jì)提。第二：IQC在對來料抽樣檢驗(yàn)判定合格后，在生產(chǎn)線發(fā)現(xiàn)來料零部件質(zhì)量問題（單項(xiàng)）超5%比例時(shí)，由品管員發(fā)出CAP，IQC通知二級分公司/配件廠責(zé)任單位確認(rèn)屬實(shí)，納入預(yù)計(jì)提。5.3.2不納入預(yù)計(jì)提范圍：第一：對于來料零部件質(zhì)量問題責(zé)任屬于一級分公司責(zé)任的，不納入質(zhì)量預(yù)計(jì)提；5.3.3預(yù)計(jì)提金額公式計(jì)算如下：預(yù)計(jì)提金額=K×抽樣產(chǎn)品不合格品數(shù)量×來料數(shù)量×零件單價(jià)抽樣產(chǎn)品數(shù)量問題比例：分公司在來料以公司標(biāo)準(zhǔn)AQL值對來料進(jìn)行抽樣，以抽樣產(chǎn)品中，發(fā)現(xiàn)的不合格產(chǎn)品的數(shù)量，再除以抽樣產(chǎn)品的數(shù)量。訂單數(shù)量：是指本次驗(yàn)貨對應(yīng)的具體數(shù)量（訂單/批次），5.4成品質(zhì)量異常預(yù)計(jì)提：對于一級分公司產(chǎn)生的預(yù)計(jì)提考核金額，經(jīng)調(diào)查分析屬于二級分公司/配件廠責(zé)任的，將直接從一級分公司劃撥給二級分公司/配件廠，納入當(dāng)月預(yù)計(jì)提。5.4.1納入預(yù)計(jì)提范圍第一：一級分公司預(yù)計(jì)提數(shù)據(jù)中，經(jīng)分析屬于二級分公司/配件廠責(zé)任的訂單，納入預(yù)計(jì)提。5.4.2不納入預(yù)計(jì)提范圍：在產(chǎn)品質(zhì)量出現(xiàn)問題分析時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量問題有多個(gè)原因或者零部件產(chǎn)生，無法進(jìn)行責(zé)任劃分時(shí)，一級分公司不得轉(zhuǎn)給二級分公司/配件廠。5.4.3預(yù)計(jì)提金額公式計(jì)算如下：預(yù)計(jì)提金額=一級分公司預(yù)計(jì)提訂單金額×責(zé)任比例說明：一級分公司成品直接產(chǎn)生預(yù)計(jì)提金額的，經(jīng)確定屬于二級分公司/配件廠責(zé)任的。在確定問題比例后，從一級分公司劃出直接納入預(yù)計(jì)提考核。5.5預(yù)計(jì)提關(guān)閉：5.5.1CAP驗(yàn)證有效：當(dāng)CAP發(fā)出后，二級分公司/配件廠責(zé)任單位，必須針對問題進(jìn)行組織改善。回復(fù)一級分公司發(fā)出的CAP，一級分公司應(yīng)組織人員對二級分公司/配件廠責(zé)任單位的改善措施進(jìn)行驗(yàn)證。（在需要的情況下）以IQC來料再次檢驗(yàn)結(jié)果作為輸出。驗(yàn)證結(jié)果合格即關(guān)閉CAP。5.5.2CAP驗(yàn)證無效：當(dāng)對二級分公司/配件廠責(zé)任單位的改善措施進(jìn)行驗(yàn)證不合格，或者IQC來料再次檢驗(yàn)結(jié)果不合格。則預(yù)計(jì)提持續(xù)進(jìn)行，直至驗(yàn)證結(jié)果合格關(guān)閉CAP。5.5.3CAP問題出現(xiàn)3次以上：當(dāng)同型號、同規(guī)格、同問題零部件的產(chǎn)品出現(xiàn)質(zhì)量問題。在1年時(shí)間內(nèi)部出現(xiàn)3次，除預(yù)計(jì)提本單以外，原已關(guān)閉CAP重新打開計(jì)算，追溯從第1單問題發(fā)生之日起，至改善有效日期或者CAP關(guān)閉確認(rèn)實(shí)施改善訂單止，期間所有出貨的零部件產(chǎn)品納入預(yù)計(jì)提。同時(shí)質(zhì)量管理部發(fā)出預(yù)警通報(bào)。5.6預(yù)計(jì)提的確認(rèn)：5.6.1預(yù)計(jì)提日常確認(rèn)：一級分公司在來料、生產(chǎn)過程、驗(yàn)貨、短期/型試測試中發(fā)現(xiàn)的屬于二級分公司/配件廠原因的產(chǎn)品質(zhì)量問題，應(yīng)立即通知責(zé)任單位現(xiàn)場分析確認(rèn)。來料、生產(chǎn)過程發(fā)現(xiàn)問題由IQC在工作日4小時(shí)內(nèi)發(fā)出CAP（CAP上清晰注明問題發(fā)生的比例）,列入二級分公司/配件廠預(yù)計(jì)提確認(rèn)表，并交由二級分公司/配件廠品管部確認(rèn)。5.6.2預(yù)計(jì)提的每周核對：一級分公司品管部以每周一次的頻率，對上周所發(fā)生的屬于二級分公司/配件廠原因的預(yù)計(jì)提訂進(jìn)行核算，以郵件的形式，發(fā)送至二級分公司/配件廠總經(jīng)辦/廠辦和品管部負(fù)責(zé)人。由二級分公司/配件廠品管部進(jìn)行確認(rèn)后，并于1個(gè)工作日內(nèi)回復(fù)一級分公司品管部。確認(rèn)完成后，一級分公司品管部將確認(rèn)結(jié)果發(fā)送品質(zhì)保證中心質(zhì)量管理部。對雙方存在爭議無法達(dá)成一致，交由品質(zhì)保證中心裁決。品質(zhì)保證中心裁決結(jié)果為最終評定。此作為月度核算的數(shù)據(jù)輸入。5.6.3預(yù)計(jì)提的每月核對：品質(zhì)保證中心質(zhì)量管理部根據(jù)一級分公司的提報(bào)，每月1號前，發(fā)出相關(guān)數(shù)據(jù)給一、二級分公司/配件廠核對。各單位必須在每月3號前對質(zhì)量管理部發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行核對。對數(shù)據(jù)有異議部分及時(shí)提出修改。過期視同默認(rèn)。5.7預(yù)計(jì)提的執(zhí)行：5.7.1當(dāng)在兩個(gè)或以上環(huán)節(jié)，同一訂單或者批次發(fā)生預(yù)計(jì)提，該訂單或批次只作一次預(yù)計(jì)提，以最高比例進(jìn)行輸入。例如：A訂單在來料IQC檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)AQL超出允收值，不良率為3%，而在制程環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)來料零部件不良率10%，則以10%納入預(yù)計(jì)提統(tǒng)計(jì)核算。5.7.2經(jīng)一級分公司和二級分公司/配件廠確認(rèn)當(dāng)月數(shù)據(jù)后，質(zhì)量管理部將整理匯總預(yù)計(jì)提資料交總裁辦審批，審批生效后的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提金額，由品質(zhì)保證中心每月8日前提交財(cái)務(wù)管理中心執(zhí)行，從各二級分公司/配件廠當(dāng)月的利潤中扣除質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提費(fèi)用。品質(zhì)保證中心同時(shí)將質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提金額計(jì)提結(jié)果向二級分公司/配件廠公司總經(jīng)辦通報(bào)。6質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提面談制度：6.1大于5萬元面談因零部件質(zhì)量問題預(yù)計(jì)提金額超過5萬元人民幣以上（含），由品質(zhì)保證中心質(zhì)量管理部發(fā)出預(yù)計(jì)提風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警通報(bào)。由品質(zhì)保證中心質(zhì)量工程部組織面談會議，分公司責(zé)任單位經(jīng)理必須準(zhǔn)備相應(yīng)資料向品質(zhì)保證中心總監(jiān)面對面匯報(bào)改善措施和進(jìn)度。6.2大于10萬元面談因產(chǎn)品質(zhì)量問題預(yù)計(jì)提金額超過10萬元人民幣以上（含），由品質(zhì)保證中心質(zhì)量管理部發(fā)出預(yù)計(jì)提風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警通報(bào)。由品質(zhì)保證中心質(zhì)量工程部組織面談會議，分公司總經(jīng)辦第一責(zé)任人必須準(zhǔn)備相應(yīng)資料向總裁辦副總裁面對面匯報(bào)改善措施和進(jìn)度。6.3面談?lì)l次面談的頻率以每個(gè)分公司每月/次的頻率進(jìn)行。7、違反制度處罰：在質(zhì)量預(yù)計(jì)提操作關(guān)閉過程中，發(fā)現(xiàn)有弄虛作假行為，如提供虛假資料、篡改相關(guān)日期、在核查中發(fā)現(xiàn)改善措施沒有實(shí)施的。除按方案追溯該有問題產(chǎn)品訂單的質(zhì)量預(yù)計(jì)提外，同時(shí)按公司《總裁禁令》等相關(guān)文件執(zhí)行處理。說明：對于成品的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提，參照《質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提執(zhí)行方案》相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。品質(zhì)保證中心視實(shí)際操作可適當(dāng)修改此方案，具體執(zhí)行以審批日期為準(zhǔn)。品質(zhì)保證中心對以上條款有最終解釋權(quán)，總裁辦有最終審批權(quán)。8、附件：《一級分公司質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)金預(yù)計(jì)提執(zhí)行方案》《二級分公司/配件廠預(yù)計(jì)提確認(rèn)一覽表》《各二級分公司/配件廠產(chǎn)品豁免明細(xì)表》擬制：質(zhì)量管理部陳敦敏審核：審批：時(shí)間：20**-7-19抄送：新寶總裁辦發(fā)至：各一級分公司、各二級分公司/配件廠、產(chǎn)品驗(yàn)證中心、財(cái)務(wù)管理中心HYPERLINK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BA.DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityQUALITY-RELIABILITYINTEGRATEDMODELINGINMULTI-STATIONMA CHININGSYSTEMSSpecialty:IndustrialEngineeringAuthor:****Advisor:****StudentID:5****2SchoolofMechanicalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityJune,2009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。ChenY.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ChenY.等提出的模型中，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VisualC++6.0為平臺，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QUALITY-RELIABILITYINTEGRATEDMODELINGINMULTI-STATIONMACHININGSYSTEMSABSTRACTSystemreliabilityisavitalfactorinensuringproductqualityandproductivityinaproductionprocess.Thedowntimeofamachiningsystemiscausedbybothmachiningsystemcomponentfailuresandnonconformingproductsproducedbyadegradedsystem.Therefore,systemreliabilityofamulti-stationmachiningsystemshouldaddressnotonlytheeffectsofmachiningsystemcomponentsbutalsotheeffectsoftheproductquality.Variousresearcheffectshavebeenmadetostudysystemreliabilityinthecomponentandsystemstage.Butmostofmethodsconsideronlytheeffectsofsystemcomponents,andoverlooktheeffectsofproductqualityandtheinteractionbetweentheproductqualityandthesystemcomponents.ChenY.proposedthetheoryof“theinteractionbetweenproductqualityandcomponentreliability”,anddevelopedthequality-reliability-integratedmodel,whichcaneffectivelydescribetheproductqualityandcomponentreliabilitydependencyinthemulti-stationmachiningsystem.Butthemodeltheyproposedoverlookedtheeffectsbetweenthesystemcomponentsanddidnotconsidertheeffectsbetweensystemcomponentsdegradationandsystemcomponentsfailures.Thispaper,consideringtheinteractionsbetweensystemcomponents,proposesanimprovedconceptofquality-reliabilityinteractioneffect,anddevelopsanewquality-reliabilityintegratedmodel.ThroughMATLABprogramming,thenewquality-reliabilityintegratedmodelofthemulti-stationmachiningsystemisachievedandananalyticalsolutionforthesystemreliabilityisobtainedbydoingMonteCarlosimulation.Inaddition,thispaper,usingVisualC++6.0asaplatform,developsa"multi-stationmachiningsystemquality-reliability-integratedforecastingsystem",whichincludesthreemodules:“quality-reliabilityanalysismodule","performanceAnalysismodule"and"processcontrolmodule".Thissystemcanpredictthesystemreliabilityofamulti-stationmachiningsystemandanalysisthesensitivityofquality-reliabilityinteractioneffect.Atthesametime,thesoftwaresystemcanachievestaticanalysisafterproductioncyclesandmakedynamiccontrolsduringtheproductionprocess.KEYWORDS：Multi-stationMachiningSystem,Quality-ReliabilityInteraction,Degradation,Failure,SystemReliability目錄TOC\h\z\t"一級,1,二級,2,三級,3"第一章緒論 11.1課題研究背景及意義 11.1.1研究背景 11.1.2研究意義 11.1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 21.2論文主要內(nèi)容 3第二章多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模 42.1引言 42.2質(zhì)量可靠性交互作用介紹 42.2.1加工系統(tǒng)要素與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系 62.2.2加工系統(tǒng)要素衰退建模 62.2.3下游產(chǎn)品偏差建模 72.2.4加工系統(tǒng)要素故障建模 82.3多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模 92.3.1建模面臨的問題 102.3.2質(zhì)量可靠性集成建模步驟 102.3.3質(zhì)量可靠性集成建模過程 102.3.4蒙特卡洛法求解 132.3.5質(zhì)量可靠性集成建模優(yōu)化 142.4本章小結(jié) 15第三章多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性實(shí)例研究 163.1引言 163.2模型建立 163.3基于MATLAB蒙特卡洛法的實(shí)現(xiàn) 193.4結(jié)果分析 203.4.1質(zhì)量可靠性預(yù)測 203.4.2質(zhì)量可靠性敏感度分析 223.5本章小結(jié) 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) 244.1開發(fā)軟件平臺 244.1.1MATLAB簡介 244.1.2VisualC++6.0簡介 244.1.3MATLAB與VisualC++6.0混合編程方法介紹 254.1.4MATLAB與VisualC++6.0混合編程方法選擇 264.2“多工序加工系統(tǒng)可靠性集成預(yù)測系統(tǒng)”軟件開發(fā) 264.2.1軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 264.2.2“可靠性分析”模塊 284.2.3“性能分析”模塊 334.2.4“過程控制”模塊 404.3本章小結(jié) 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1.1課題研究背景及意義1.1.1研究背景隨著現(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。1.1.2研究意義加工系統(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。1.1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀系統(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（FaultTreeAnalysis,FTA）、故障模式與影響分析（FailureModeandEffectAnalysis,FMEA）、可靠性框圖（BlockReliabilityDiagram,BRD）、馬爾科夫鏈（Markovchain,MC）、Petri網(wǎng)（PetriNet）等[2-6]。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[7-9]。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，即使可以其計(jì)算量也大的驚人。如果系統(tǒng)要素和它們之間相互關(guān)系已知，用傳統(tǒng)方法在設(shè)計(jì)階段可以對系統(tǒng)可靠性進(jìn)行建模。但是，對于多工序加工系統(tǒng)復(fù)雜的工序間偏差傳遞關(guān)系和各種系統(tǒng)要素的相互影響，傳統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性分析理論不再適合或不能直接用于多工序加工系統(tǒng)可靠性分析。眾多學(xué)者在產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)要素可靠性相互影響方面，做出了很多有意義的研究[11-13]。為了解決了單工序加工系統(tǒng)產(chǎn)品質(zhì)量和加工系統(tǒng)要素之間存在的復(fù)雜關(guān)系，JinJ.等提出了質(zhì)量可靠性交互作用理論，建立了質(zhì)量可靠性鏈模型[14],指出上游工序加工系統(tǒng)要素的故障或性能衰退會導(dǎo)致下游的產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，同時(shí)下游工序加工系統(tǒng)要素的可靠性也受到來自上游工序的產(chǎn)品質(zhì)量的影響。如果不考慮質(zhì)量與可靠性的相互作用關(guān)系，系統(tǒng)可靠性將被過高估計(jì)。但是僅考慮了單工序系統(tǒng)中的質(zhì)量可靠性交互作用，沒有擴(kuò)展到多工序加工系統(tǒng)。在多工序系統(tǒng)中產(chǎn)品偏差的傳遞使得產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)要素可靠性的這種交互作用也在工序間傳遞。這種產(chǎn)品質(zhì)量的相關(guān)性傳遞引起了系統(tǒng)要素故障和不合格產(chǎn)品之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，這是區(qū)別于單工序加工系統(tǒng)的重要特性。ChenY.等在對汽車車身裝配過程的裝配部件質(zhì)量與夾具可靠性的關(guān)系進(jìn)行了探討，并將單工序的質(zhì)量可靠性交互作用理論擴(kuò)展到多個(gè)工序[15]。但是未考慮系統(tǒng)要素衰退對系統(tǒng)可靠性的影響，另外裝配系統(tǒng)和加工系統(tǒng)的差異使得該方法無法直接用于加工系統(tǒng)。在另一篇文獻(xiàn)中，ChenY.等研究了質(zhì)量可靠性交互作用及其在多工序加工系統(tǒng)的傳遞作用，提出基于產(chǎn)品質(zhì)量和加工系統(tǒng)要素性能衰退的多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成模型[16]。該模型集成了綜合反映多多工序加工系統(tǒng)可靠性信息的系統(tǒng)要素故障和性能衰退、產(chǎn)品質(zhì)量信息以及它們之間的緊密聯(lián)系和作用。該方法可以針對多工序加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不同的工序及設(shè)備組態(tài)進(jìn)行系統(tǒng)可靠性評價(jià)，還可用于選擇經(jīng)濟(jì)的加工系統(tǒng)要素磨損率或故障率，選擇合適的設(shè)備或刀具材料能直接降低制造成本、提高維護(hù)效率，控制系統(tǒng)可靠性水平。但是同樣未考慮系統(tǒng)要素衰退對系統(tǒng)可靠性的影響。1.2論文主要內(nèi)容本文以多工序加工系統(tǒng)為研究對象，在揭示產(chǎn)品質(zhì)量和加工系統(tǒng)要素的變化規(guī)律和它們之間的關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過增加考慮系統(tǒng)要素衰退對系統(tǒng)要素可靠性的影響，完善產(chǎn)品質(zhì)量與加工系統(tǒng)要素故障之間的質(zhì)量可靠性交互作用理論，改進(jìn)質(zhì)量可靠性集成模型，定性和定量的分析多工序加工系統(tǒng)可靠性。本文主要的研究工作如下：（1）研究多工序加工系統(tǒng)工序間產(chǎn)品質(zhì)量和各加工系統(tǒng)要素對系統(tǒng)可靠性的影響方式，探討加工系統(tǒng)要素與產(chǎn)品質(zhì)量之間的復(fù)雜關(guān)系，完善質(zhì)量可靠性交互作用理論。通過對加工系統(tǒng)要素的衰退、產(chǎn)品的偏差和加工系統(tǒng)要素的故障的研究，建立和改進(jìn)了加工系統(tǒng)要素可靠性模型和產(chǎn)品質(zhì)量合格率模型，最終得到多工序加工系統(tǒng)系統(tǒng)可靠性集成模型。（2）利用蒙特卡洛法對系統(tǒng)可靠性集成模型進(jìn)行求解。首先將相關(guān)參數(shù)輸入MATLAB，然后將系統(tǒng)可靠性中的多維積分轉(zhuǎn)化為多元正態(tài)隨機(jī)變量概率密度函數(shù)形式，利用MATLAB強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力和統(tǒng)計(jì)分析能力進(jìn)行建模和計(jì)算，對不同情況下系統(tǒng)可靠性隨生產(chǎn)周期的變化進(jìn)行了預(yù)測，同時(shí)分析了系統(tǒng)可靠性對質(zhì)量可靠性交互系數(shù)的敏感程度。（3）以VisualC++6.0為平臺，通過與MATLAB的聯(lián)合編程，開發(fā)“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)除了包含上述“質(zhì)量可靠性分析”模塊，還增加了“性能分析”和“過程控制”模塊，可分析加工系統(tǒng)的加工性能和對加工過程進(jìn)行控制，基本實(shí)現(xiàn)了對多工序加工系統(tǒng)的分析、控制和可靠性預(yù)測。第二章多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模2.1引言機(jī)械加工過程中產(chǎn)品質(zhì)量的主要表征是零件尺寸偏差，它代表了產(chǎn)品質(zhì)量水平的高低。零件尺寸偏差是指在產(chǎn)品在加工過程中受各種因素的影響，偏差不斷地產(chǎn)生、累積和傳遞，最終形成產(chǎn)品的實(shí)際尺寸相對于設(shè)計(jì)尺寸的偏離差值。多工序制造過程中產(chǎn)品質(zhì)量的變化具有時(shí)域和空間的雙重屬性。時(shí)域上表現(xiàn)為在歷經(jīng)多個(gè)工序后質(zhì)量偏差不斷變換累積，空間上則根據(jù)產(chǎn)品特征樹或裝配特征樹自底向上的傳遞。多工序加工系統(tǒng)中產(chǎn)品偏差傳遞具有很大的復(fù)雜性，因?yàn)槌嗽趩蝹€(gè)工序上的各種誤差之外，不同工序之間存在復(fù)雜的相互聯(lián)系，工序之間可能引入各種誤差，導(dǎo)致產(chǎn)品偏差隨工序不斷積累[11]。加工系統(tǒng)要素性能衰退和發(fā)生故障的機(jī)理及變化規(guī)律也是錯(cuò)綜復(fù)雜的，不僅有來自有本工序加工系統(tǒng)要素本身的影響，也有上游工序產(chǎn)品質(zhì)量的影響。質(zhì)量可靠性交互作用正是一種用來描述產(chǎn)品質(zhì)量和加工系統(tǒng)要素可靠性復(fù)雜關(guān)系的有效工具。多工序加工系統(tǒng)中產(chǎn)品偏差的傳遞使得產(chǎn)品質(zhì)量和加工系統(tǒng)要素可靠性的這種交互作用也在工序間傳遞。這種產(chǎn)品質(zhì)量的相關(guān)性傳遞引起了加工系統(tǒng)要素故障和不合格產(chǎn)品之間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系，這是區(qū)別于單工序加工系統(tǒng)的重要特性。通過研究某個(gè)工序上游產(chǎn)品質(zhì)量輸入如何影響該工序的加工系統(tǒng)要素可靠性；某個(gè)工序加工系統(tǒng)要素可靠性和上游產(chǎn)品質(zhì)量輸入的如何共同影響該工序的產(chǎn)品質(zhì)量輸出；影響加工系統(tǒng)要素可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量的因素沿工序傳遞、耦合作用等可將產(chǎn)品、過程設(shè)計(jì)、加工系統(tǒng)要素可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量融合在一起。2.2質(zhì)量可靠性交互作用介紹所謂多工序加工系統(tǒng)（Multi-stationMachiningsystem，MMS）是指包含多個(gè)工序產(chǎn)品加工系統(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。加工系統(tǒng)要素（MachiningsystemComponent，MMC）代表了多工序加工系統(tǒng)中多個(gè)工序的加工系統(tǒng)組成成分的集合，包括機(jī)床設(shè)備、刀具、夾具等，這些加工系統(tǒng)要素可靠性的提高對產(chǎn)品質(zhì)量控制和改進(jìn)具有關(guān)鍵作用。加工系統(tǒng)要素的故障（ComponentFailure）是指加工系統(tǒng)要素發(fā)生性能突變，無法完成預(yù)定功能的狀態(tài)和事件；加工系統(tǒng)要素的性能衰退（ComponentDegradation）則主要由設(shè)備老化、刀具和夾具磨損而引發(fā)，通常不易察覺，其表現(xiàn)為制造能力的減弱，無法按時(shí)保質(zhì)的完成預(yù)定功能的狀態(tài)和事件。加工系統(tǒng)可靠性（SystemReliability）是在特定時(shí)間段內(nèi)加工系統(tǒng)正常工作的概率，用于描述加工系統(tǒng)制造過程中無重大故障、產(chǎn)品質(zhì)量也符合要求的能力。加工系統(tǒng)要素可靠性（ComponentReliability）指各個(gè)加工系統(tǒng)要素沒有發(fā)生故障的概率，用于描述加工系統(tǒng)要素可以完成預(yù)定功能的狀態(tài)和事件。多工序加工系統(tǒng)可靠性（MMSSystemReliability）不僅取決于加工系統(tǒng)要素的可靠性，還取決于生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量。許多制造過程，如機(jī)械加工、裝配和沖壓成型等，都存在上游工序加工系統(tǒng)要素的故障或性能衰退會導(dǎo)致下游的產(chǎn)品質(zhì)量的好壞；同時(shí)，下游工序加工系統(tǒng)要素的可靠性也受到來自上游工序的產(chǎn)品質(zhì)量的影響。這種產(chǎn)品質(zhì)量和加工系統(tǒng)要素可靠性之間的復(fù)雜關(guān)系稱為質(zhì)量可靠性交互作用（Quality&Reliabilityinteraction,QRinteraction）。質(zhì)量可靠性交互作用示意如圖2-1所示。圖2-1多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性交互作用示意圖在一個(gè)多工序加工系統(tǒng)（MMS）中，每一個(gè)加工工序都由若干個(gè)加工系統(tǒng)要素（MSC）完成，在本文中，所有的加工系統(tǒng)要素視為串聯(lián)運(yùn)行，如果其中一個(gè)要素發(fā)生故障，則整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)發(fā)生故障。系統(tǒng)可靠性（SystemReliability）是指生產(chǎn)系統(tǒng)可以正常運(yùn)行（加工系統(tǒng)要素機(jī)床、刀具、夾具等沒有發(fā)生故障）同時(shí)生產(chǎn)出合格產(chǎn)品（關(guān)鍵產(chǎn)品特征合格）的概率。如果加工系統(tǒng)要素發(fā)生故障，或生產(chǎn)的產(chǎn)品不合格，均視為系統(tǒng)可靠性為零。質(zhì)量可靠性交互作用（Quality&Reliabilityinteraction,QRinteraction）包含兩方面：一是RQ-effect，是指加工系統(tǒng)要素性能衰退對下游產(chǎn)品質(zhì)量的影響，產(chǎn)品受到加工系統(tǒng)要素的性能衰退的影響產(chǎn)生質(zhì)量問題，如夾具定位、刀具磨損等對關(guān)鍵產(chǎn)品特征點(diǎn)產(chǎn)生加工偏差或測量基準(zhǔn)變化等；二是QR-effect，是指上游產(chǎn)品質(zhì)量作為該工序的輸入對加工系統(tǒng)要素故障的影響，上游產(chǎn)品的偏差在加工過程中增加了產(chǎn)品部件和加工系統(tǒng)要素的相互關(guān)系，如上游關(guān)鍵產(chǎn)品特征點(diǎn)偏差過大導(dǎo)致刀具或夾具配合問題，損毀或削弱刀具或夾具。質(zhì)量可靠性交互作用導(dǎo)致產(chǎn)品偏差隨工序累積作用如圖。圖2-2質(zhì)量可靠性交互作用在工序間的傳遞本文在建立質(zhì)量可靠性集成模型之前，需要做出了如下假設(shè)：（1）在多工序加工系統(tǒng)中，把完成一個(gè)批次零件的生產(chǎn)加工，看作一個(gè)生產(chǎn)周期。（2）加工系統(tǒng)要素（MSC）隨著生產(chǎn)周期的衰退看作一個(gè)離散的過程，衰退速率符合一定的分布，其期望與生產(chǎn)周期線性相關(guān)，方差為常值。（3）加工系統(tǒng)要素在單個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)的衰退符合多元正態(tài)分布。（4）不失一般性，用來表示加工系統(tǒng)要素的狀態(tài)。加工系統(tǒng)要素處于理想狀態(tài)時(shí)記為，加工系統(tǒng)要素經(jīng)過衰退后的狀態(tài)記為。（5）加工系統(tǒng)要素都是隨著生產(chǎn)周期的增加而逐漸衰退。（6）產(chǎn)品質(zhì)量用關(guān)鍵產(chǎn)品特征與規(guī)定值的方差來表示。（7）加工系統(tǒng)要素在當(dāng)前生產(chǎn)周期沒有故障的條件下，下一生產(chǎn)周期發(fā)生故障的條件概率與上游產(chǎn)品的尺寸偏差有關(guān)。（8）不同產(chǎn)品的關(guān)鍵產(chǎn)品特征對加工系統(tǒng)要素故障的影響是獨(dú)立的。2.2.1加工系統(tǒng)要素與產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系 在多工序加工系統(tǒng)中，產(chǎn)品的加工質(zhì)量受加工系統(tǒng)要素的衰退狀態(tài)影響[17]。當(dāng)加工系統(tǒng)狀態(tài)處于理想狀態(tài)時(shí)，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量合格率高，反之，當(dāng)加工系統(tǒng)狀態(tài)衰退時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量合格率會相應(yīng)的下降。加工系統(tǒng)要素磨損、衰退的情況用“狀態(tài)變量”來描述，狀態(tài)變量隨要素性能衰退而增加。產(chǎn)品的質(zhì)量還受其他一些因素的影響，如上游原材料的差異、廠房的環(huán)境變化、工人操作水平的差異等，這些不是由加工系統(tǒng)要素決定的因素稱為“噪聲變量”。一般來說，噪聲變量與生產(chǎn)周期無關(guān)?？紤]到產(chǎn)品質(zhì)量還受到狀態(tài)變量和噪聲變量兩者同時(shí)的影響，可得到如下過程模型： （1）其中，是生產(chǎn)周期，為描述產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵產(chǎn)品特征，為反映加工系統(tǒng)要素狀態(tài)的狀態(tài)變量，為描述噪聲情況的噪聲變量，與生產(chǎn)周期無關(guān)，服從期望為方差為的分布。矩陣和為相應(yīng)的系數(shù)，矩陣為狀態(tài)變量和噪聲變量同時(shí)作用的作用系數(shù)，是一個(gè)常量。公式（1）所提出的過程模型在魯棒性設(shè)計(jì)中稱為“響應(yīng)建模法”[18],[19]。在參數(shù)設(shè)計(jì)中，狀態(tài)變量稱為控制因子的主效應(yīng)，噪聲變量成為噪聲因子的主效應(yīng)。根據(jù)參數(shù)設(shè)計(jì)的原理，控制因子的主效應(yīng)，噪聲因子的主效應(yīng)和控制因子噪聲因子的交叉作用為主要影響因素，因此可用上述三個(gè)因素的線性組合來進(jìn)行過程建模。該過程模型的系數(shù)可由實(shí)際的加工系統(tǒng)獲得，另外，也可通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和歷史數(shù)據(jù)回歸的方法獲得。2.2.2加工系統(tǒng)要素衰退建模加工系統(tǒng)要素性能衰退因素對系統(tǒng)可靠性具有潛在的巨大影響，加工系統(tǒng)要素性能衰退尚未到達(dá)閾值而未造成系統(tǒng)故障，但已經(jīng)造成系統(tǒng)可靠性的降低。加工系統(tǒng)要素狀態(tài)隨生產(chǎn)周期所經(jīng)歷的時(shí)間變化，加工系統(tǒng)要素初始狀態(tài)具有一定的衰退率，對刀具或夾具來說是初始磨損率。通常刀具或夾具初始磨損率較大，隨著制造過程的進(jìn)行，磨損有所減慢，但整個(gè)過程總磨損量是單調(diào)增加，減少的磨損沒有實(shí)際意義。加工系統(tǒng)要素性能衰退過程通常服從一定的統(tǒng)計(jì)分布，如指數(shù)分布。通過初始衰退率和衰退分布，可以獲得生產(chǎn)進(jìn)行過程中任意時(shí)間的衰退率，從而得出加工系統(tǒng)要素性能衰退對系統(tǒng)可靠性的影響。一般來所，由于加工系統(tǒng)要素隨時(shí)間連續(xù)的發(fā)生衰退，公式（1）中的也應(yīng)該隨時(shí)間連續(xù)的變化。為了便于計(jì)算，把連續(xù)的時(shí)間分成同等的長度為h的時(shí)間段，每一個(gè)時(shí)間段為一個(gè)生產(chǎn)周期，表示一個(gè)批次零件的完成。整個(gè)生產(chǎn)任務(wù)時(shí)間為，共有個(gè)生產(chǎn)周期。那么狀態(tài)變量表示的是每一個(gè)生產(chǎn)周期結(jié)束時(shí)加工系統(tǒng)要素的狀態(tài)，既表示時(shí)的加工系統(tǒng)要素狀態(tài)。一個(gè)廣泛應(yīng)用的衰退模型如下： （2）其中，當(dāng)、與、無關(guān)時(shí)，根據(jù)假設(shè)2，公式（2）可以簡化為： （3）其中，，。由公式（3）可知，在加工系統(tǒng)要素在當(dāng)前周期的衰退狀態(tài)只與前一周期的衰退狀態(tài)有關(guān)，而與前一周期之前的衰退狀態(tài)無關(guān)，所以加工系統(tǒng)要素的衰退為一個(gè)馬爾可夫過程。在多工序加工系統(tǒng)中，如果加工系統(tǒng)要素在每一個(gè)周期的衰退增量是一個(gè)獨(dú)立的隨機(jī)變量，那么根據(jù)中心極限定理，那么加工系統(tǒng)要素的衰退服從多元正態(tài)分布。通過假設(shè)4和假設(shè)5可知，和可以忽略不計(jì)。實(shí)際上，如果在生產(chǎn)過程中沒有維修、更新過加工系統(tǒng)要素的話，系統(tǒng)要素的衰退只會逐漸加重，而不會逐漸減輕。2.2.3下游產(chǎn)品偏差建模產(chǎn)品質(zhì)量可以用關(guān)鍵產(chǎn)品特征KPC點(diǎn)測量偏差的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差來評價(jià)。每個(gè)KPC點(diǎn)都有其產(chǎn)品設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相對應(yīng)，作為該KPC點(diǎn)的閾值。給定時(shí)刻所有KPC在閾值范圍內(nèi)的狀態(tài)表明生產(chǎn)中并未出現(xiàn)不合格品，即產(chǎn)品質(zhì)量因素未對加工系統(tǒng)可靠性造成影響（可靠性降低），從而確定了產(chǎn)品質(zhì)量對系統(tǒng)可靠性的影響。 根據(jù)上一節(jié)給出的模型，當(dāng)在第個(gè)生產(chǎn)周期時(shí)，公式（1）可以寫成： （4）當(dāng)?shù)玫郊庸は到y(tǒng)要素的狀態(tài)變量后，由于噪聲變量的不確定性，產(chǎn)品質(zhì)量依然是一個(gè)不確定的隨機(jī)變量。作為評價(jià)加工系統(tǒng)的指標(biāo)，產(chǎn)品質(zhì)量可用在已知狀態(tài)變量的條件下的期望和方差來表示。公式（4）中，由于項(xiàng)，隨生產(chǎn)周期的變化會導(dǎo)致均值的移動(dòng)；由于項(xiàng)，的變化會導(dǎo)致方差的變化。因?yàn)楫a(chǎn)品的方差對于反映產(chǎn)品質(zhì)量更為重要，所以必須研究表示狀態(tài)變量和噪聲變量的交叉作用這一項(xiàng)。產(chǎn)品質(zhì)量更加廣泛的定義為，關(guān)鍵產(chǎn)品特征距離規(guī)定目標(biāo)值的遠(yuǎn)近程度，根據(jù)假設(shè)6，在已知狀態(tài)變量下，定義如下產(chǎn)品質(zhì)量指數(shù)（ProductQualityIndex）（5）其中，為關(guān)鍵產(chǎn)品特征的規(guī)定目標(biāo)值。 根據(jù)假設(shè)4，當(dāng)時(shí)，關(guān)鍵特征尺寸可達(dá)到目標(biāo)值。因此，由公式（4）可得： （6） （7） 由公式（4）和公式（6）可得：（8） 由公式（5）、公式（7）和公式（8）可知，是關(guān)于的二次函數(shù)，因此得： （9）其中，為半正定矩陣，。 當(dāng)關(guān)鍵產(chǎn)品特征在規(guī)格范圍內(nèi)時(shí)，視為產(chǎn)品合格。對于產(chǎn)品質(zhì)量指數(shù)來說，產(chǎn)品合格的一個(gè)等價(jià)表示是，存在一個(gè)閾值，使。令表示在生產(chǎn)周期時(shí)，所有的關(guān)鍵產(chǎn)品特征均在規(guī)格范圍內(nèi)（產(chǎn)品合格）的事件，那么有： （10）其中，可由公式（9）中求期望得出。 閾值可通過產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格和質(zhì)量管理中常用的過程能力指數(shù)[20]得到： （11）USL和LSL為產(chǎn)品的公差范圍，MSE為產(chǎn)品關(guān)鍵特征的方差。由公式（5）、公式（10）可知，MSE即為。2.2.4加工系統(tǒng)要素故障建模加工系統(tǒng)要素故障本身對系統(tǒng)可靠性的影響不言而喻。加工系統(tǒng)要素在某一時(shí)刻不發(fā)生故障的概率是其故障率的函數(shù)。引入非負(fù)的質(zhì)量與可靠性交互作用系數(shù)，由于不同產(chǎn)品質(zhì)量特征對于系統(tǒng)要素故障的作用一般相互獨(dú)立，各時(shí)刻的故障率是初始故障率和質(zhì)量與可靠性交互作用系數(shù)的函數(shù)，從而得出加工系統(tǒng)要素故障對系統(tǒng)可靠性的影響。 根據(jù)假設(shè)7，可得加工系統(tǒng)要素在當(dāng)前生產(chǎn)周期沒有故障的條件下，下一生產(chǎn)周期發(fā)生故障的條件概率與上游輸入產(chǎn)品尺寸偏差有關(guān)。同時(shí)加工系統(tǒng)要的故障率也與該要素的衰退狀態(tài)有關(guān)，如果系統(tǒng)要素磨損、疲勞等衰退狀況不嚴(yán)重，那么發(fā)生故障的概率就相對低，如果系統(tǒng)要素衰退嚴(yán)重，那么則發(fā)生故障的概率相對就高。（12）其中為初始故障率。為非負(fù)的質(zhì)量可靠性交互系數(shù)，描述上游產(chǎn)品質(zhì)量對加工系統(tǒng)要素故障率的影響作用。為衰退可靠性系數(shù)，描述加工系統(tǒng)要素的衰退對其故障率的影響。為關(guān)鍵產(chǎn)品特征的規(guī)定目標(biāo)值，當(dāng)時(shí)，既關(guān)鍵產(chǎn)品特征為規(guī)定目標(biāo)值時(shí)，要素故障率最小。根據(jù)假設(shè)8，不同關(guān)鍵產(chǎn)品特征對加工系統(tǒng)要素故障的影響相互獨(dú)立，通過對公式（12）求期望，可得到要素i在生產(chǎn)周期t的故障率為：（13）其中，。令表示對于所有p個(gè)加工系統(tǒng)要素到生產(chǎn)周期t為止，沒有發(fā)生要素故障的事件。2.3多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模對于多工序加工系統(tǒng)復(fù)雜的工序間偏差傳遞關(guān)系，傳統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性分析理論僅僅考慮了各要素之間的相互關(guān)系，沒有考慮產(chǎn)品質(zhì)量和各要素的交互作用，不再適合于多工序加工系統(tǒng)可靠性分析。加工系統(tǒng)要素故障反映了加工要素的可靠性，關(guān)鍵產(chǎn)品特征反映了產(chǎn)品質(zhì)量，針對兩者的交互作用及其在多工序加工系統(tǒng)環(huán)境下的傳遞關(guān)系，提出了質(zhì)量可靠性集成模型（QualityReliabilityIntegratedModel,QRIM）。系統(tǒng)可靠性（SystemReliability）是指生產(chǎn)系統(tǒng)可以正常運(yùn)行（加工系統(tǒng)要素機(jī)床、刀具、夾具等沒有發(fā)生故障）同時(shí)生產(chǎn)出合格產(chǎn)品（關(guān)鍵產(chǎn)品特征合格）的概率，表達(dá)式為：對系統(tǒng)可靠性建模如圖所示。由下圖可以看出，加工系統(tǒng)要素可靠性模型和產(chǎn)品質(zhì)量合格率模型除了分別和上一節(jié)提到的加工系統(tǒng)要素故障模型和下游產(chǎn)品偏差模型有關(guān)，還都與加工系統(tǒng)要素的衰退模型有關(guān)。圖2-3多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模框架結(jié)構(gòu)2.3.1建模面臨的問題 由于質(zhì)量可靠性交互作用中有多種因素的影響，質(zhì)量可靠性集成建模面臨著如下幾個(gè)相互不獨(dú)立的隨機(jī)過程：（1）隨機(jī)事件和相互不獨(dú)立：隨機(jī)事件和都和系統(tǒng)要素的狀態(tài)變量有關(guān)，因此兩者不是相互獨(dú)立的隨機(jī)事件，既。 （2）系統(tǒng)要素的狀態(tài)變量和相互不獨(dú)立：通常來說，一個(gè)系統(tǒng)要素在當(dāng)前生產(chǎn)周期的狀態(tài)變量，不僅與該要素前一周期的狀態(tài)變量有關(guān)，還與其他系統(tǒng)要素有關(guān)。因此系統(tǒng)要素的衰退過程不是相互獨(dú)立的。 （3）不同系統(tǒng)要素的發(fā)生故障的事件相互不獨(dú)立：當(dāng)前工序的系統(tǒng)要素故障率取決于上游輸入產(chǎn)品的關(guān)鍵產(chǎn)品特征，而上游產(chǎn)品的關(guān)鍵特征尺寸又取決于上游不同系統(tǒng)要素的狀態(tài)變量。同一個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品特征可影響不同的系統(tǒng)要素故障，同一個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品特征又受到上游不同的系統(tǒng)要素狀態(tài)的影響。因此不同系統(tǒng)要素之間發(fā)生故障的事件不相互獨(dú)立。 （4）系統(tǒng)要素故障的雙隨機(jī)過程：由公式（13）和公式（9）可得，系統(tǒng)要素的故障率和隨機(jī)變量上游產(chǎn)品質(zhì)量有關(guān)，而上游產(chǎn)品質(zhì)量又和隨機(jī)變量上游系統(tǒng)要素狀態(tài)有關(guān)，因此質(zhì)量可靠性集成建模中的系統(tǒng)要素的故障是一個(gè)“雙重隨機(jī)泊松過程”[21]。2.3.2質(zhì)量可靠性集成建模步驟為了解決上節(jié)所提到的幾個(gè)相互不獨(dú)立的隨機(jī)過程，本文將質(zhì)量可靠性的集成建模過程分三個(gè)步驟完成。步驟（1），假定所有系統(tǒng)要素在全部生產(chǎn)周期的狀態(tài)變量為確定事件，因此系統(tǒng)要素故障由一個(gè)雙重隨機(jī)泊松過程變成一個(gè)非齊次泊松過程，從而消除隨機(jī)事件和的相關(guān)性。步驟（2），通過對系統(tǒng)要素狀態(tài)變量求期望，由第一步得到的條件概率，得到隨機(jī)事件和的概率，進(jìn)而得到系統(tǒng)可靠性的概率。步驟（3），將第二步得到的表達(dá)式轉(zhuǎn)換成多元正態(tài)隨機(jī)分布的概率密度函數(shù)形式，通過蒙特卡洛模擬得到相應(yīng)的值。2.3.3質(zhì)量可靠性集成建模過程步驟（1），確定狀態(tài)變量，消除隨機(jī)事件和的相關(guān)性。1）系統(tǒng)要素不發(fā)生故障的概率令，通過確定加工系統(tǒng)要素的衰退路徑，使隨機(jī)事件和相互獨(dú)立所以多工序加工系統(tǒng)可靠性為： （14） 由于確定了系統(tǒng)要素的衰退路線，要素的故障變?yōu)闉楠?dú)立的非齊次泊松過程。考慮到所有的要素串聯(lián)在一起，所以系統(tǒng)要素不發(fā)生故障的概率為： （15）由公式（13）和公式（9）可得：其中，將以上結(jié)果代入公式（15），可得到：令因?yàn)榫仃囍械脑鼐鶠榉秦?fù)值，并且矩陣為半正定矩陣，所以矩陣也為半正定矩陣。令。同時(shí)，令，可得:。 （16）又令，其中，為K×K的單位矩陣。由公式（15）和公式（16）可得： （17） 2）產(chǎn)品質(zhì)量合格的概率 如果出現(xiàn)質(zhì)量不合格產(chǎn)品，說明加工系統(tǒng)無法完成既定功能，根據(jù)本文系統(tǒng)可靠性的定義，視為該系統(tǒng)不可靠。定義一個(gè)域，當(dāng)系統(tǒng)要素狀態(tài)變量在這個(gè)域中時(shí)，對應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量合格，根據(jù)公式（9）和公式（10）可得： 如果記，否則，記。那么有： （18） 3）系統(tǒng)可靠性由前文定義可知，多工序加工系統(tǒng)系統(tǒng)可靠性指加工系統(tǒng)要素沒有故障同時(shí)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量合格，由公式（14）、公式（17）和公式（18）可得，當(dāng)確定了系統(tǒng)要素衰退路徑以后，系統(tǒng)可靠性為： （19）步驟（2），對系統(tǒng)要素狀態(tài)變量求期望，得到系統(tǒng)可靠性的表達(dá)式。對公式（19）求期望可得： （20） 由公式（3）可知，為多元正態(tài)分布。令，其期望矩陣和協(xié)方差矩陣可通過下列公式獲得。 存在一個(gè)常矩陣，使得 （21）其中，。由公式（21）得：， 為了表達(dá)方便，做如下標(biāo)記： 因?yàn)榫隙嘣龖B(tài)分布，所以可得： 由此可知，代入公式（20）可得：（22）步驟（3），通過概率密度函數(shù)轉(zhuǎn)換和蒙特卡洛模擬求得多工序加工系統(tǒng)可靠性的值。觀察公式(23)，尋找合適代換，將其轉(zhuǎn)換成多元正態(tài)分布概率密度函數(shù)的表達(dá)式。因?yàn)槭钦ň仃?，是半正定矩陣，所以為正定矩陣。令，，，所以有：?3） 令為一個(gè)符合元正態(tài)分布的隨機(jī)變量，那么根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)可知，的概率密度函數(shù)為： （24） 將公式（23）和公式（24）帶入公式（22），可得系統(tǒng)可靠性表達(dá)式為： （25）2.3.4蒙特卡洛法求解（1）蒙特卡洛法介紹蒙特卡洛法是通過隨機(jī)變量的統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)或隨機(jī)摸擬，求解數(shù)學(xué)、物理和工程技術(shù)問題近似解的數(shù)值方法，因此也稱為統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法或隨機(jī)模擬法。對求解問題本身就具有概率和統(tǒng)計(jì)性的情況，例如中子在介質(zhì)中的傳播，核衰變過程等，我們可以使用直接蒙特卡洛模擬方法。該方法是按照實(shí)際問題所遵循的概率統(tǒng)計(jì)規(guī)律，用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行直接的抽樣試驗(yàn)，然后計(jì)算其統(tǒng)計(jì)參數(shù)。直接蒙特卡洛模擬法最充分體現(xiàn)出蒙特卡洛方法無可比擬的特殊性和優(yōu)越性，因而在物理學(xué)的各種各樣問題中得到廣泛的應(yīng)用。該方法也就是通常所說的“計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)”。蒙特卡洛方法也可以人為地構(gòu)造出一個(gè)合適的概率模型，依照該模型進(jìn)行大量的統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，使它的某些統(tǒng)計(jì)參量正好是待求問題的解。當(dāng)問題可以抽象為某個(gè)確定的數(shù)學(xué)問題時(shí)，應(yīng)當(dāng)首先建立一個(gè)恰當(dāng)?shù)母怕誓Ｐ停创_定某個(gè)隨機(jī)事件A或隨機(jī)變量X，使得待求的解等于隨機(jī)事件出現(xiàn)的概率或隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)期望值。然后進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，即重復(fù)多次地模擬隨機(jī)事件A或隨機(jī)變量X。最后對隨機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均，求出A出現(xiàn)的頻數(shù)或X的平均值作為問題的近似解。這也就是所謂的間接蒙特卡洛方法。由于高速電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，蒙特卡洛方法在工程領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在可靠性設(shè)計(jì)中，蒙特卡洛方法可以確定復(fù)雜隨機(jī)變量的概率分布和數(shù)字特征，通過隨機(jī)模擬估算系統(tǒng)和零件的可靠度，模擬隨機(jī)過程、尋求系統(tǒng)最優(yōu)化參數(shù)等。它是以統(tǒng)計(jì)抽樣理論為基礎(chǔ)，用隨機(jī)數(shù)對有關(guān)獨(dú)立隨機(jī)變量進(jìn)行抽樣實(shí)驗(yàn)或隨機(jī)模擬，以求得隨機(jī)函數(shù)的函數(shù)值、統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征值(如均值、概率等)和分布，作為待解問題的數(shù)值解。可應(yīng)用于隨機(jī)函數(shù)服從任意分布，既可解決不確定的問題，也可以用于解決確定性的問題。概率論中的大數(shù)法則和中心極限定理是蒙特卡洛方法的基礎(chǔ)。大數(shù)法則反映了大量隨機(jī)數(shù)之和的性質(zhì)。大數(shù)法則保證了在抽取足夠多的隨機(jī)樣本后，計(jì)算得到的積分的蒙特卡洛估計(jì)值將收斂于該積分的正確結(jié)果。若要對收斂的程度進(jìn)行研究，并做出各種誤差估計(jì)，則要用到中心極限定理。中心極限定理告訴我們：在有足夠大，但又有限的抽樣數(shù)n的情況下，蒙特卡洛估計(jì)值是如何分布的。中心極限定理可以給出蒙特卡洛估計(jì)值的偏差（2）蒙特卡洛法求多元積分由于積分域的復(fù)雜性和積分的多元性，為了提高計(jì)算效率，采用蒙特卡洛法。首先，產(chǎn)生個(gè)符合期望為方差為的多元正態(tài)分布隨機(jī)變量，通過代入到推導(dǎo)出的概率模型，可得到其中的個(gè)變量在域中，因此即為積分的值。令為產(chǎn)生的隨機(jī)變量在域之內(nèi)的概率。根據(jù)相關(guān)研究[22]，的方差為，當(dāng)很大時(shí)，可得到置信水平為的的取值范圍為： （26）當(dāng)時(shí)，的取值區(qū)間最大。例如當(dāng)，，時(shí)，該積分的期望值和蒙特卡洛的估計(jì)值之差在范圍0.01之內(nèi)，既。如果時(shí)，誤差值會更小。另外，蒙特卡洛方法的誤差與抽樣數(shù)n有關(guān)。為了減小誤差，就應(yīng)當(dāng)選取最優(yōu)的隨機(jī)變量，使其方差最小。對同一個(gè)問題，往往會有多個(gè)可供選擇的隨機(jī)變量，這時(shí)就應(yīng)當(dāng)擇優(yōu)而用之。在方差固定時(shí)，增加模擬次數(shù)可以有效地減小誤差。如試驗(yàn)次數(shù)增加100倍，精度提高10倍。當(dāng)然這樣做就增加了計(jì)算的機(jī)時(shí)，提高了費(fèi)用。所以在考慮蒙特卡洛方法的精確度時(shí)，不能只是簡單地減少方差和增加模擬次數(shù)，還要同時(shí)兼顧計(jì)算費(fèi)用，即機(jī)時(shí)耗費(fèi)。通常以方差和費(fèi)用的乘積作為衡量方法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到公式（22）中的多維積分可視為一個(gè)重要抽樣方法[23]來降低蒙特卡洛模擬的復(fù)雜程度。觀察公式（22）可將積分轉(zhuǎn)化為多元正態(tài)隨機(jī)變量概率密度函數(shù)被積函數(shù)的形式，大大的提高了計(jì)算效率。2.3.5質(zhì)量可靠性集成建模優(yōu)化在公式（25）中的積分維數(shù)為，而且為與生產(chǎn)周期成正比，生產(chǎn)周期越長，積分維數(shù)就越多。在利用蒙特卡洛法計(jì)算時(shí)，需要產(chǎn)生非常多的隨機(jī)變量，運(yùn)算時(shí)間長，因此需要對模型進(jìn)行優(yōu)化，以提高運(yùn)算效率，減少運(yùn)算時(shí)間。當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量指數(shù)在生產(chǎn)周期減小時(shí)，表明產(chǎn)品質(zhì)量在該周期得到提升。根據(jù)公式（9），系統(tǒng)要素的衰退不會使加工系統(tǒng)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量得到提高，也就是說，隨著生產(chǎn)周期的延長，系統(tǒng)要素衰退的增加，產(chǎn)品質(zhì)量只會逐漸降低，而不會自我提高。當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量隨生產(chǎn)周期逐漸降低時(shí)，利用多元正態(tài)分布的性質(zhì)，系統(tǒng)可靠性模型的計(jì)算將會得到很大的優(yōu)化。由于公式（9）中的為半正定矩陣，根據(jù)假設(shè)4和假設(shè)5，當(dāng)矩陣中所有元素為正的時(shí)候，產(chǎn)品質(zhì)量隨生產(chǎn)周期逐漸降低。當(dāng)滿足產(chǎn)品質(zhì)量隨生產(chǎn)周期逐漸降低這個(gè)條件時(shí)，要保證產(chǎn)品質(zhì)量在所有生產(chǎn)周期均合格，只需保證產(chǎn)品質(zhì)量在最后一個(gè)生產(chǎn)周期合格。令：如果記，否則，記。那么有：。公式（25）可寫為： （27） 公式(27)可做進(jìn)一步的變換： （28）經(jīng)過優(yōu)化以后的系統(tǒng)可靠性的積分域只由決定，而與無關(guān)，也就是說，計(jì)算時(shí)只需要最后一個(gè)生產(chǎn)周期的要素狀態(tài)變量，而不需要所有周期的要素狀態(tài)變量。的分布可由的邊緣密度求得。維數(shù)為，而且與生產(chǎn)周期K無關(guān)，因此積分維數(shù)由原來的維減少為只有維。 隨機(jī)變量服從多元正態(tài)分布，，其中。將寫成如下形式： 由上式很容易的出，。所以公式（28）中的積分部分為 可利用蒙特卡洛法求得上式中的積分。2.4本章小結(jié)本章介紹了影響多工序加工系統(tǒng)可靠性的三個(gè)因素，既加工系統(tǒng)要素的性能衰退、加工系統(tǒng)要素的故障和產(chǎn)品質(zhì)量不合格，給出了新的系統(tǒng)可靠性的定義，創(chuàng)新性的提出了質(zhì)量可靠性交互作用對系統(tǒng)可靠性的影響。本章第二節(jié)詳細(xì)介紹了質(zhì)量可靠性交互作用和它的兩種表現(xiàn)形式，既RQ-effect和QR-effect，并做出了相應(yīng)的假設(shè)，建立了質(zhì)量可靠性交互作用模型。本章第三節(jié)多詳細(xì)介紹工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成建模，給出了質(zhì)量可靠性集成模型與底層模型加工系統(tǒng)要素故障模型、加工系統(tǒng)要素衰退模型和下游產(chǎn)品偏差模型以及相關(guān)參數(shù)的邏輯關(guān)系。通過分三個(gè)步驟，解決了加工系統(tǒng)要素故障模型與下游產(chǎn)品偏差模型關(guān)于要素狀態(tài)變量的耦合問題，得到系統(tǒng)要素不發(fā)生故障概率、產(chǎn)品質(zhì)量合格概率和質(zhì)量可靠性集成模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并利用蒙特卡洛法進(jìn)行求解。最后對模型進(jìn)行了優(yōu)化，極大的提高了運(yùn)算效率。

第三章多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性實(shí)例研究3.1引言根據(jù)第二章提出的質(zhì)量可靠性集成模型，本章以一個(gè)三個(gè)工序的加工系統(tǒng)為研究對象，分析和驗(yàn)證本文提出的研究方法。為了簡化計(jì)算，另每一個(gè)工序分別包含一個(gè)系統(tǒng)要素狀態(tài)變量和兩個(gè)系統(tǒng)要素噪聲變量。3.2模型建立 該加工系統(tǒng)有三個(gè)工序，分別記為工序1、工序2、工序3。在每一個(gè)工序中分別有一個(gè)系統(tǒng)要素狀態(tài)變量，反映加工加工系統(tǒng)要素的衰退狀態(tài)，記為。同時(shí)，加工系統(tǒng)存在六個(gè)噪聲變量，可影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量，記為。關(guān)鍵產(chǎn)品特征一共有四個(gè)，記為，其中在工序1完成后測的，在工序2完成后測得，和為完成工序3的最終關(guān)鍵產(chǎn)品特征。發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋加工工序示意圖如下：圖3-1三個(gè)工序加工系統(tǒng)示意圖 通過采集加工過程歷史數(shù)據(jù)，利用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，可得到變量相關(guān)關(guān)系。下游偏差模型，既系統(tǒng)要素狀態(tài)變量和噪聲變量對質(zhì)量特征的影響為： （29）（30）（31） （32）其中，噪聲變量的分布為：根據(jù)公式（1），對于任意關(guān)鍵產(chǎn)品特征令，參數(shù)可由公式（29）到公式（32）得到：根據(jù)公式（3）系統(tǒng)要素衰退模型為：其中，。系統(tǒng)要素狀態(tài)變量在生產(chǎn)周期的初始值，其中： 系統(tǒng)要素狀態(tài)變量每經(jīng)過一個(gè)生產(chǎn)周期的衰退量，其中：每一個(gè)生產(chǎn)周期生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)為：根據(jù)公式（9），產(chǎn)品質(zhì)量指數(shù)為： 通過公式（9）中和的定義，由公式（29）到公式（32）可知：產(chǎn)品質(zhì)量指數(shù)的閾值分別為：，，，，既對工序1和工序2的關(guān)鍵產(chǎn)品特征不設(shè)置質(zhì)量指數(shù)閾值，只對工序3完成后的關(guān)鍵產(chǎn)品特征設(shè)置閾值。根據(jù)系統(tǒng)要素故障模型，工序2的要素故障率受工序1生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量的影響，而工序3的要素故障率受到工序2生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量的影響，在本系統(tǒng)中，經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)觀察的出：和公式（13）比較得，系統(tǒng)要素的初始衰退率為：質(zhì)量可靠性交互系數(shù)為：其中。衰退可靠性系數(shù)為：其中。3.3基于MATLAB蒙特卡洛法的實(shí)現(xiàn)蒙特卡洛法(MonteCarloMethod)，又稱隨機(jī)抽樣技巧法或統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法。由概率定義可知，某事件的概率可以用大量試驗(yàn)中該事件發(fā)生的頻率來估算。因此，可以先對影響其可靠度的隨機(jī)變量進(jìn)行大量隨機(jī)抽樣，然后把這些抽樣值一組一組地代入功能函數(shù)式，確定質(zhì)量合格與否，最后求得質(zhì)量合格的概率。為了計(jì)算某些量，先造出概率模型，使它們的若干數(shù)值特征恰好重合于所需的計(jì)算量，從而求得所需的概率估量。蒙特卡洛法的優(yōu)點(diǎn)是其精度隨N次數(shù)增加而提高，當(dāng)N選取足夠大時(shí)，可以獲得概率的相對精確值。但是其缺點(diǎn)是計(jì)算量達(dá)，計(jì)算次數(shù)多，往往達(dá)到幾萬次或幾十萬次。利用MATLAB語言強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力和易于產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的特點(diǎn)，可大大縮短運(yùn)算時(shí)間，提高程序效率。因此本文利用MATLAB編寫多工序加工系統(tǒng)質(zhì)量可靠性計(jì)算程序。利用MATLAB強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算能力和隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生能力，新建一個(gè)M文件，輸入上述原始數(shù)據(jù)和公式。利用函數(shù)mvnrnd(mu,sigma,n)產(chǎn)生一個(gè)n行d列的多元正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)矩陣，其中期望為1行d列的矩陣mu，協(xié)方差為d行d列的矩陣sigma。蒙特卡洛法關(guān)鍵代碼如下：%狀態(tài)變量X(t0),X(t1),...,X(tk)服從參數(shù)(mu,sigma)的多元正態(tài)分布%其中mu為(3×(k+1),1)維矩陣,sigma為(3×(k+1),3×(k+1))維矩陣mu=zeros(3*(k+1),1);sigma=zeros(3*(k+1),3*(k+1));mu(1:3,1)=[0.10.10.1]';sigma(1:3,1:3)=1e-4*[2.500;02.50;002.5];%對mu和sigma賦值fori=1:kmu(3*i+1:3*(i+1),1)=A*mu(3*(i-1)+1:3*i)+G*mue;sigma(3*i+1:3*(i+1),3*i+1:3*(i+1))=A*sigma(3*(i-1)+1:3*i,3*(i-1)+1:3*i)*A'+G*q*G';forj=i:ksigma(3*j+1:3*(j+1),3*(i-1)+1:3*i)=A^(j-i+1)*sigma(3*(i-1)+1:3*i,3*(i-1)+1:3*i);sigma(3*(i-1)+1:3*i,3*j+1:3*(j+1))=sigma(3*j+1:3*(j+1),3*(i-1)+1:3*i)';endend%FX為生產(chǎn)周期t0到tk時(shí)產(chǎn)品的合格率FX=zeros(k,1);%蒙特卡洛模擬%x為當(dāng)前生產(chǎn)周期，總共k個(gè)生產(chǎn)周期forx=1:k%實(shí)驗(yàn)次數(shù)為NsNs=10000;%合格次數(shù)為N0N0=0;%tx時(shí)刻的過程變量X（tx）服從期望為mux，方差為sigmax的多元正態(tài)分布mux=mu(3*x+1:3*(x+1),1);sigmax=sigma(3*x+1:3*(x+1),3*x+1:3*(x+1));%產(chǎn)生多元正態(tài)隨機(jī)數(shù)X=mvnrnd(mux,sigmax,Ns)';%q為質(zhì)量指數(shù)q=zeros(4,Ns);fori=1:Ns%計(jì)算產(chǎn)品質(zhì)量，每個(gè)生產(chǎn)周期有4個(gè)關(guān)鍵產(chǎn)品特征，故有4個(gè)質(zhì)量指數(shù)forj=1:4q(j,i)=X(:,i)'*B(:,:,j)*X(:,i)+d(j);end%記錄Ns個(gè)實(shí)驗(yàn)中的第i個(gè)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品是否合格，如果合格N0加1if(q(:,i)<Q)N0=N0+1;endend%計(jì)算Ns次試驗(yàn)后，產(chǎn)品的合格率FX(x)=N0/Ns;End3.4結(jié)果分析3.4.1質(zhì)量可靠性預(yù)測分別設(shè)計(jì)四個(gè)方案，通過MATLAB編寫的程序計(jì)算系統(tǒng)可靠性的值，同時(shí)畫出相應(yīng)的圖像。分析比較圖像，可直觀的觀察出不同條件下系統(tǒng)可靠性的差別。方案（1）：不考慮質(zhì)量可靠性交互作用和系統(tǒng)要素故障的作用，考慮系統(tǒng)要素衰退的作用。方案（2）：不考慮質(zhì)量可靠性交互作用和系統(tǒng)要素衰退的作用，考慮系統(tǒng)要素故障的作用。方案（3）：不考慮質(zhì)量可靠性交互作用，考慮系統(tǒng)要素故障和系統(tǒng)要素衰退的