CN110210110A - 一种面向船用柴油机机身加工过程工艺可靠性的建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面向船用柴油机机身加工过程工艺可靠性的建模方法，用于准确评估船用柴油机机身加工工艺可靠性。机身作为船用柴油机零、组、部件的装配基础，其加工质量对船用柴油机的装配与使用存在直接影响。研究船用柴油机机身加工工艺可靠性对提升柴油机质量具有重要意义。基于此，对机身加工工艺流程展开分析，确定了机身加工关键工序，通过PFMECA分析确定了机身加工关键特征，建立了考虑误判的船用柴油机机身加工工艺可靠性模型。该方法可有效评估船用柴油机机身的加工工艺可靠性，提高加工质量、降低生产成本。

Description

一种面向船用柴油机机身加工过程工艺可靠性的建模方法

技术领域

本发明属生产过程控制技术领域，具体涉及一种面向船用柴油机机身加工过程工艺可靠性的建模方法

背景技术

船用柴油机因其使用环境的特殊性要求其必须满足严格的可靠性要求。经合理设计的柴油机零部件需要经加工制造出来才能投入使用，保证零件加工的工艺可靠性对提升柴油机质量具有重要意义。机身作为船用柴油机零、组、部件的装配基础，其加工质量对船用柴油机的装配与使用存在直接影响。船用柴油机机身的尺寸大、结构复杂、特征众多，并且机身加工质量的要求极为严格，精度要求高，因此可能发生的失效形式多且复杂。如何准确有效地对船用柴油机机身的加工工艺可靠性进行评估，从而提高机身的加工质量，已成为工程人员面临的棘手难题。目前，对于机械制造可靠性的研究主要集中在对加工设备或制造系统自身可靠性问题以及对加工任务的影响，但是该类研究并没有从产品的角度出发对加工工艺可靠性展开研究。基于此，提出了一种面向船用柴油机机身加工过程工艺可靠性的建模方法。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种面向船用柴油机机身加工过程工艺可靠性的建模方法，综合考虑了机身关键特征加工可靠性和关键特征可能存在误判的情况，提供了一整套分析与选择关键特征的方法和流程，理论简单，求解准确性高。

本发明采用的技术方案：提供一种面向船用柴油机机身加工过程工艺可靠性的建模方法，包括以下步骤：

步骤1：根据船用柴油机机身加工工艺流程，确定机身加工的关键工序，具体过程为：

①填写船用柴油机机身加工工艺流程表：

船用柴油机结构复杂，工序众多，建立船用柴油机机身加工工艺流程表，以直观的表示出各工序相关的过程特性和结果；

②填写船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”：

船用柴油机机身特征众多，填写船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”以直观表示机身部件特性与各加工工序之间的关系；

③选择机身加工的关键工序：

根据船用柴油机机身加工工艺流程表和船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”表，挑选出显著影响机身加工质量的工序作为关键工序，挑选的原则为：某道工序中可能存在对后续加工或对最终客户造成较大影响的特征；某道工序中存在难以检测加工质量的特征；某道工序中存在加工难度较大的特征；

为保证后加工的各主要表面有合适的加工余量并且能保证装入机身的运动件例如曲轴、连杆等与机身内壁有足够的间隙，常常将两端的曲轴孔以及气缸孔作为机身加工的粗基准；另外，对于船用柴油机机身来说，其主要加工表面是机身顶面、底面、曲轴孔、气缸孔和凸轮轴孔，涉及到这几个特征的加工工序作为关键工序；

步骤2：对各关键工序开展PFMECA分析，具体过程为：

①确定各工序所有可能发生的故障模式；

②确定所有可能导致某一故障模式发生的故障原因；

③描述各故障模式对下道工序、组件以及装备的影响；

④评估各故障模式发生的严酷度等级；

⑤评估各故障模式的每一故障原因的发生概率等级和探测度等级；

⑥将严酷度等级、发生概率等级和探测度等级三者的乘积作为风险顺序数；

⑦挑选出风险顺序数值极高的故障模式，将发生该故障模式的特征选为关键特征；

步骤3：建立船用柴油机机身加工工艺可靠性模型，具体过程为：

船用柴油机机身具有复杂的曲轴孔系、凸轮轴孔系、缸孔系和油路孔系结构，且各孔系具有严格的尺寸精度要求和很高的形位要求，如果加工出来的机身不符合其中的一个或多个要求，该机身就有属于报废品或者需要重新加工；依据船用柴油机机身设计的要求，将加工质量未达到设计要求的特征判断为故障；机身加工故障形式众多，选择使用串联模型对能够影响柴油机机身加工质量特征的加工可靠性加以综合；

在建立船用柴油机机身加工工艺可靠性模型时，由统计分析计算出关键特征加工故障占机身加工故障的比例，随后对关键特征加工可靠性加以换算得到机身加工工艺可靠性；假设经分析后确定机身加工的关键特征有n个，建立机身加工工艺可靠性模型为：

式中，P_i为这n个特征的加工可靠度，P_j为各特征对应的无错判概率，a为由这n个特征导致的故障占机身加工故障的比例；

将所有关键特征导致的故障占机身加工故障的比例、各关键特征的加工可靠度及其对应的无错判概率带入到建立的加工工艺可靠性模型中即可完成对船用柴油机机身加工工艺可靠性的评估。

有益效果:本发明提出的船用柴油机机身加工工艺可靠性建模方法，具有通用性和高效性，适用于大型零件或贵重零件加工可靠性的评估，通过PFMECA分析结果建立船用柴油机机身加工工艺可靠性模型，理论简单，求解效率高，具有较高的工程应用价值。

附图说明

图1为船用柴油机机身加工工艺可靠性建模流程图；

图2为某型船用柴油机机身结构示意图；

图3为PFMECA分析流程图；

图4为某型船用柴油机机身加工工艺可靠性框图；

图5为船用柴油机机身加工工艺流程表；

图6为船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”表；

图7为某型船用柴油机机身的PFMECA表；

图8为某型船用柴油机机身结构侧视图。

具体实施方式

本实施例以某型船用柴油机机身加工工艺可靠性评估为例，整体评估过程如图1所示。该型船用柴油机机身示意图如图2和图8所示，其中a为顶面，b为凸轮轴孔，c为曲轴孔，d为底面，e为气缸孔。

步骤1：根据船用柴油机机身加工工艺流程，确定机身加工的关键工序，具体过程为：

①填写船用柴油机机身加工工艺流程表：

船用柴油机结构复杂，工序众多，建立如表图5所示的某型船用柴油机机身加工工艺流程表以直观的表示出各工序相关的过程特性和结果；

图5为某型船用柴油机机身加工工艺流程表

②填写船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”：

船用柴油机机身特征众多，填写该型船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”以直观表示该型机身部件特性与各加工工序之间的关系；

图6某型船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”表

③选择机身加工的关键工序：

由图6可知机身部件特性主要体现在曲轴孔、气缸孔、凸轮轴孔以及顶面的公差与精度要求上，选择涉及部件特性较多且能综合反映机身加工质量的工序作为关键工序，因此选择工序10、工序11和工序12作为关键工序；

步骤2：对各关键工序开展PFMECA分析，具体过程为：

①确定各工序所有可能发生的故障模式；

②确定所有可能导致某一故障模式发生的故障原因；

③描述各故障模式对下道工序、组件以及装备的影响；

④评估各故障模式发生的严酷度等级；

⑤评估各故障模式的每一故障原因的发生概率等级和探测度等级；

⑥将严酷度等级、发生概率等级和探测度等级三者的乘积作为风险顺序数；

将上述过程填入如图7所示的某型船用柴油机机身的PFMECA表：

图7某型船用柴油机机身的PFMECA表

⑦挑选出风险顺序数值极高的故障模式，将发生该故障模式的特征选为关键特征：

根据PFMECA分析结果，曲轴孔同轴度超差和气缸孔对曲轴孔垂直度超差两者的风险顺序数值较其他故障模式大得多，两者的风险顺序数最高值分别为189和168，将曲轴孔同轴度以及气缸孔对曲轴孔垂直度选为柴油机机身加工的关键特征。

步骤3：建立船用柴油机机身加工工艺可靠性模型，具体过程为：

根据PFMECA分析结果，建立该型船用柴油机机身加工工艺可靠性模型为：

R＝1-{1-[1-(1-P_Φ)(1-P_k)][1-(1-P_⊥)(1-P_q)]}×b^-1

式中，P_Φ为曲轴孔同轴度加工可靠度，P_k为曲轴孔同轴度无错判概率，P_⊥为气缸孔对曲轴孔垂直度加工可靠度，P_q为气缸孔对曲轴孔垂直度无错判概率，b为曲轴孔同轴度超差以及气缸孔对曲轴孔垂直度超差占机身加工故障的比例。

由统计分析计算出曲轴孔同轴度超差和气缸孔对曲轴孔垂直度超差占机身加工故障的比例分别为30％和56.67％；经分析，曲轴孔同轴度在置信度为90％的条件下的加工可靠性为90.82％、气缸孔对曲轴孔垂直度在置信度为90％的条件下的加工可靠性为86.42％；将上述数据带入建立的机身加工工艺可靠性模型中，计算出该型船用柴油机机身加工工艺可靠度R为97.388％。

综上所述，在本发明中，通过对船用柴油机机身加工工艺进行分析，并已知关键故障模式的发生概率、机身关键特征加工可靠度及其无错判概率，就可以对该型船用柴油机机身加工工艺可靠性加以评估，求解理论简单，准确性高，具有较高的工程应用价值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种面向船用柴油机机身加工过程工艺可靠性的建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据船用柴油机机身加工工艺流程，确定机身加工的关键工序，具体过程为：

①填写船用柴油机机身加工工艺流程表：

船用柴油机结构复杂，工序众多，建立船用柴油机机身加工工艺流程表，以直观的表示出各工序相关的过程特性和结果；

②填写船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”：

船用柴油机机身特征众多，填写船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”以直观表示机身部件特性与各加工工序之间的关系；

③选择机身加工的关键工序：

根据船用柴油机机身加工工艺流程表和船用柴油机机身加工的“零部件—工艺关系矩阵”表，挑选出显著影响机身加工质量的工序作为关键工序，挑选的原则为：某道工序中可能存在对后续加工或对最终客户造成较大影响的特征；某道工序中存在难以检测加工质量的特征；某道工序中存在加工难度较大的特征；

为保证后加工的各主要表面有合适的加工余量并且能保证装入机身的运动件例如曲轴、连杆与机身内壁有足够的间隙，将两端的曲轴孔以及气缸孔作为机身加工的粗基准；另外，对于船用柴油机机身来说，其主要加工表面是机身顶面、底面、曲轴孔、气缸孔和凸轮轴孔，涉及到这几个特征的加工工序作为关键工序；

步骤2：对各关键工序开展PFMECA分析，具体过程为：

①确定各工序所有可能发生的故障模式；

②确定所有可能导致某一故障模式发生的故障原因；

③描述各故障模式对下道工序、组件以及装备的影响；

④评估各故障模式发生的严酷度等级；

⑤评估各故障模式的每一故障原因的发生概率等级和探测度等级；

⑥将严酷度等级、发生概率等级和探测度等级三者的乘积作为风险顺序数；

⑦挑选出风险顺序数值极高的故障模式，将发生该故障模式的特征选为关键特征；

步骤3：建立船用柴油机机身加工工艺可靠性模型，具体过程为：

船用柴油机机身具有复杂的曲轴孔系、凸轮轴孔系、缸孔系和油路孔系结构，且各孔系具有严格的尺寸精度要求和很高的形位要求，如果加工出来的机身不符合其中的一个或多个要求，该机身就有属于报废品或者需要重新加工；依据船用柴油机机身设计的要求，将加工质量未达到设计要求的特征判断为故障；机身加工故障形式众多，选择使用串联模型对能够影响柴油机机身加工质量特征的加工可靠性加以综合；

在建立船用柴油机机身加工工艺可靠性模型时，由统计分析计算出关键特征加工故障占机身加工故障的比例，随后对关键特征加工可靠性加以换算得到机身加工工艺可靠性；假设经分析后确定机身加工的关键特征有n个，建立机身加工工艺可靠性模型为：

式中，P_i为这n个特征的加工可靠度，P_j为各特征对应的无错判概率，a为由这n个特征导致的故障占机身加工故障的比例；

将所有关键特征导致的故障占机身加工故障的比例、各关键特征的加工可靠度及其对应的无错判概率带入到建立的加工工艺可靠性模型中即可完成对船用柴油机机身加工工艺可靠性的评估。