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技术方案

本发明专利技术提供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，具体步骤是：一、分析制造系统的耦合运行机理及对功能健康的影响；二、识别用户需求并确定关键质量特征；三、建立工件持续磨损下的机器可靠性模型；四、分析机器的任务执行状态并计算工件输出合格率；五、分析机器的加工能力与工序子需求的关系；六、基于机器故障分析加工能力状态的概率分布；七、估算工序的各级别子任务需求的概率分布；八、计算各道工序的功能健康状态；九、构建多工序制造系统的功能健康动态量化模型。该方法能够更全面、综合地评价多工位制造系统的复杂退化机制，在制造系统的生产调度和预测性维修方面具有良好的使用价值。预测性维修方面具有良好的使用价值。预测性维修方面具有良好的使用价值。

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术提供了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， 属于系统健康状态分析与建模


技术介绍

[0002]随着大数据和数字化建模技术的成熟，德国工业4.0等一系列规划相继被提出， 为制造业的高速发展注入了活力。智能化的提升使制造系统的复杂性日益提高，现代 制造系统是一个典型多态多工序的复杂系统，持续稳定的产出高可靠的产品是其核心 任务及功能。因此，评估制造系统的健康状态不再以制造设备的故障诊断为核心，而 是将实现用户价值作为整体运行的焦点。这意味着需要从功能实现的角度展开，将内 部的一系列耦合运行因素纳入整体预测的范畴。严格的质量与可靠性分析已经成为制 造系统设计、运行及维护管理所必须考虑的一项重要工作。但传统的状态建模技术受 限于从单一的维度进行考虑，导致对其运行过程中功能健康状态的分析能力有限，不 能科学、准确地满足当今对复杂系统整体的故障预测与健康管理的运维需求。
[0003]多工序制造系统是指在规定的任务下，通过多道加工工序对输入物料本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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。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。5.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。6.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5中所述的“分析机器的加工能力与工序子需求的关系”，是指将机器的加工能力划分为有限个离散级别E＝[E1,E2,E3,

【专利技术属性】
技术研发人员：何益海，李尧，王文卓，张安琪，杨秀珍，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：