[发明专利]一种质量控制与可靠性分析的制造系统预防性维修方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种质量控制与可靠性分析的制造系统预防性维修方法，即一种集成质量控制与任务可靠性分析的制造系统预防性维修方法，属于生产管理领域。

背景技术

制造业是一个国家的经济命脉，随着德国的“工业4.0国家战略”，美国的“国家制造业创新网络计划”，日本的“工业价值链计划”，以及我国的“中国制造2025”和“互联网+”等智能制造理念的提出，先进制造技术无疑成为提高制造业核心竞争的必然要求。在高度自动化的环境下，制造系统的维修策略在生产中的地位越来越重要，其科学性对生产任务的按时完成、制造产品的质量等有关键的影响。因此，合理的制造系统维修策略逐渐成为决定制造产品市场竞争力的主要因素之一。

消费模式决定着生产模式，目前市场对产品的需求越来越追求个性化、高性能化。因此制造过程具有明显的任务多变性特点，而且产品质量的市场决定性作用越来越明显。在宏观角度上，制造系统的直接服务对象是生产任务，系统维护的最终目标应该是保证生产任务的按时完成，并获得最大的收益。因此，生产任务在维修决策中是不可忽视的，而当前任务要求的多变性更加决定了其不可忽视性。产品质量控制一直是制造过程的研究重点，在产品无设计缺陷的前提下，加工设备的稳定性决定着输出产品质量水平，而产品质量决定着产品的市场竞争力。因此，维修策略、生产计划以及产品质量控制三者之间具有紧密的相互影响关系，而对它们的综合优化是一个极具挑战性的研究课题。在智能制造的“预测+制造”理念背景下，如何表述预测生产任务的执行情况以及输出产品的质量水平，并在维修策略的制定过程中综合考虑生产计划和产品质量控制，是制造领域公认的科学难题。

现阶段，工程上常用的制造系统维修方式主要包括事后维修、定期维修、视情维三类。事后维修的滞后性及其对生产活动的较大干扰使其难以满足当前社会背景下的生产要求。定期维修是工程上应用较为广泛的维修策略，但其具有明显的盲目性，常常导致设备运行初期的维修过剩以及设备老化后的维修不足。当前视情维修常以设备组件可靠性状态为中心，又称为面向可靠性的维修，是基于组件基本可靠性状态建立的制造系统维修策略，这种方法不考虑来自生产任务及产品质量的要求和限制，缺乏全面性和科学性。针对以上现有方法的局限性，本专利提出了一种集成质量控制与任务可靠性分析的制造系统预防性维修方法：通过任务可靠性(即R_d)指标科学地表征设备性能状态满足任务要求的能力，对设备生产状态进行综合描述；然后以设备运行的过程变量来量化制造产品质量，定义合格品质量偏差指标(即q(t))以保证制造产品的质量水平；进而以最小综合费用为准则，结合制造系统各组成设备之间的任务相关性，依次分析了制造系统各设备的最佳维修策略，该方法从根本上弥补了传统定期维修和视情维修方法的不足。本发明给出的一种集成质量控制与任务可靠性分析的制造系统预防性维修方法，集成了生产过程中的生产任务要求、质量控制，从总体上关注了整个制造系统的生产状态，更全面的考虑了生产过程中的各种因素。以这种理论指导制造系统设备维护活动的实施，既能满足保证设备的稳定运行，尽可能避免生产事故，又能对生产任务的执行情况和输出产品的质量水平进行科学的预测和控制，降低了生产过程的不确定性，进而保证了生产效益。

发明内容

(1)本发明的目的：

针对制造系统传统定期维修和视情维修方法的不足，本发明提供一种新的制造系统维修策略制定方法——一种集成质量控制与任务可靠性分析的制造系统预防性维修方法。基于智能制造中“预测+制造”的生产理念，以在规定时间段内考虑具体生产任务要求和输出产品质量水平的制造系统集成预测性维修策略的制定为视角，分析过程变量对制造产品质量的影响，并将过程变量的波动集成到设备性能退化状态的动态建模和预测中，以设备不可用度指标为媒介建立任务可靠性与设备退化状态的关联关系，进而分析在不同的任务可靠性阈值下，规定任务时间段内产生的纠正性维修费用、计划维修费用、不合格品导致的产品显性质量损失、合格品不同程度的质量偏差导致的产品隐性质量损失以及无法按时完成生产任务导致的间接经济损失费用的变化趋势，进而得到在不同任务可靠性阈值下，规划周期内产生的综合费用的变化曲线，以最小综合费用为准则确定设备最佳维修策略。进一步的，根据制造系统组成设备之间的任务相关性，建立多工位制造系统的维修策略。最终实现对制造系统生产状态的科学预测与准确维修。

(2)技术方案：

本发明一种质量控制与可靠性分析的制造系统预防性维修方法，即一种集成质量控制与任务可靠性分析的制造系统预防性维修方法，提出的基本假设如下：