[发明专利]基于耦合运行因素的多工序制造系统功能健康状态建模方法

权利要求书

1.一种基于耦合运行因素的多工序制造系统功能健康状态建模方法，设置条件如下：

条件1、该多工序制造系统为串联结构；

条件2、每道工序只有一台主要制造设备，其余均为辅助设备；

条件3、每道工序所加工的对应关键质量特征视为互相独立；

条件4、每道工序后有一个绝对可靠的检查点，用于检验输出产品的质量状态；

条件5、机器在物理上相互独立并且性能退化服从维纳过程；

条件6、机器的加工能力具有有限个离散状态，并且对应概率成比例；

条件7、处于缺陷状态的在制品，在该工序的任务完成后重新返工一次，若仍然不合格，则按报废处理；

条件8、制造过程不考虑人为因素影响；

基于上述条件，其特征在于：步骤如下：

步骤1、分析制造系统的耦合运行机理及对功能健康的影响；

步骤2、识别用户需求并确定关键质量特征；

步骤3、建立工件持续磨损下的机器可靠性模型；

步骤4、分析机器的任务执行状态并计算工件输出合格率；

步骤5、分析机器的加工能力与工序子需求的关系；

步骤6、基于机器故障分析加工能力状态的概率分布；

步骤7、估算工序的各级别子任务需求的概率分布；

步骤8、计算各道工序的功能健康状态；

步骤9、构建多工序制造系统的功能健康动态量化模型；

在步骤4中所述的“分析机器的任务执行状态并计算工件输出合格率”，是指根据制造机器的实际生产特性，将工件的质量状态划分为合格品、可返工缺陷品、报废品；其中输出合格率的计算是定量分析机器任务执行状态的关键，表示为其中a_i为失效阈值，具体等于

其具体作法如下：对于一般工序有对于能返工工序有式中：O_i1是工序i输出的合格工件数，O_i2是具有缺陷能返工的工件数，O_i3是报废的工件数；ρ_i1、ρ_i2和ρ_i3分别指工件的合格率、缺陷率和报废率，表示具有状态j的产品中输入到工序i的比例，根据具体任务而定；表示工序i-1的合格品中输入到工序i中的比例。

2.根据权利要求1所述的一种基于耦合运行因素的多工序制造系统功能健康状态建模方法，其特征在于：在步骤1中所述的“分析制造系统的耦合运行机理及对功能健康的影响”，是指制造机器、生产过程、输出工件间的偏差传递、相互作用的耦合效应会导致制造系统呈现复杂的退化机制；功能健康状态是扩展的制造系统可靠性内涵，深度依赖于作为输出结果的工件的质量状态，机器仅仅是生产出工件的物理载体；具体作法如下：首先对制造机器、生产过程、输出工件各自可能存在退化过程进行分析，其次根据三者的内在联系定性地探讨意外偏差的传递机制，进而以耦合运行为前提定义制造系统的功能健康状态内涵。

3.根据权利要求1所述的一种基于耦合运行因素的多工序制造系统功能健康状态建模方法，其特征在于：在步骤2中所述的“识别用户需求并确定关键质量特征”，是指根据用户给定的一系列产品要求，通过需求映射对最终产品的尺寸、功能进行分解，确定复数个影响程度大的关键质量特征作为各工序的加工质量标准；具体作法如下：详细分析用户给定的订单，基于产品的知识背景和专家经验，将目标产品整体分解映射为实现目标预期功能所必须的关键质量特征集合，并以此确定各个工序的任务标准。

4.根据权利要求1所述的一种基于耦合运行因素的多工序制造系统功能健康状态建模方法，其特征在于：在步骤3中所述的“建立工件持续磨损下的机器可靠性模型”，是指将机器故障率分为自身老化的固有故障率与上游输入的缺陷工件对机器组件磨损造成的附加故障率，而工件的缺陷程度又和机器性能退化紧密相关；最终的机器可靠性为二者的耦合结果：式中：为机器的固有故障率，其符合维纳过程，μ_i(t)为工件磨损造成的附加故障率。