【摘要】：針對(duì)我國(guó)機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量長(zhǎng)期存在的精度差、精度壽命短、性能波動(dòng)大、故障頻出等諸多問(wèn)題,本文以機(jī)電產(chǎn)品為研究對(duì)象,以元?jiǎng)幼鲉卧?Meta-action Unit,MU)系統(tǒng)定義和全方位建模為基礎(chǔ),以精度、精度壽命、性能穩(wěn)定性和可靠性(Precision,Accuracy Life,Performance Stablility and Reliability,PAPR)四大關(guān)鍵質(zhì)量特性的預(yù)測(cè)控制為核心,采用“分解—分析—綜合”的復(fù)雜大系統(tǒng)研究方法系統(tǒng)地研究了元?jiǎng)幼鲉卧亩x及建模、關(guān)鍵質(zhì)量特性形成機(jī)理、質(zhì)量特性融合控制機(jī)制以及基于元?jiǎng)幼鲉卧恼麢C(jī)質(zhì)量特性耦合解耦技術(shù)、預(yù)測(cè)控制模型等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題,以數(shù)控機(jī)床作為典型案例進(jìn)行了理論驗(yàn)證和應(yīng)用,面向機(jī)電產(chǎn)品提出一套基于元?jiǎng)幼鲉卧年P(guān)鍵質(zhì)量特性分析與預(yù)測(cè)控制方法,為從本質(zhì)上保障機(jī)電產(chǎn)品整機(jī)質(zhì)量提供理論和技術(shù)支撐。具體研究?jī)?nèi)容主要包括五個(gè)部分:(1)機(jī)電產(chǎn)品元?jiǎng)幼鲉卧x及建模。確定了以元?jiǎng)幼鲉卧獮榛A(chǔ)的機(jī)電產(chǎn)品質(zhì)量控制策略;介紹了“功能—運(yùn)動(dòng)—?jiǎng)幼鳌?Function-Motion-Action,FMA)結(jié)構(gòu)化分解方法,對(duì)機(jī)電產(chǎn)品元?jiǎng)幼鲉卧M(jìn)行了系統(tǒng)的定義和分類(lèi),借助FMA樹(shù)對(duì)整機(jī)質(zhì)量特性向元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量特性進(jìn)行了映射,以某國(guó)產(chǎn)加工中心托盤(pán)交換架為例進(jìn)行了功能分析和FMA結(jié)構(gòu)化分解,給出了整個(gè)加工中心的FMA樹(shù);對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧ぷ鬟^(guò)程和關(guān)鍵零件的性能退化過(guò)程進(jìn)行了分析,給出了元?jiǎng)幼鲉卧膹V義算子模型和基于質(zhì)量特性退化的可靠性模型,并從運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的角度對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧M(jìn)行了建模;在分析了不確定性概念和不確定性影響因素的基礎(chǔ)上,對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧哂械摹皾u進(jìn)不確定性”和“突發(fā)不確定性”這兩類(lèi)質(zhì)量特性的不確定性進(jìn)行了定義及建模,并對(duì)質(zhì)量波動(dòng)和誤差傳遞進(jìn)行了分析和建模。(2)動(dòng)作單元關(guān)鍵質(zhì)量特性形成機(jī)理研究。對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧獕勖芷谫|(zhì)量特性表征技術(shù)進(jìn)行了研究,將質(zhì)量功能展開(kāi)(Quality Function Deployment,QFD)、失效模式及影響分析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis,FMECA)和模糊理論相結(jié)合構(gòu)造出科學(xué)有效的提取模型提取出元?jiǎng)幼鲉卧年P(guān)鍵質(zhì)量特性;對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧木�、精度壽命、性能穩(wěn)定性和可靠性四個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量特性的形成機(jī)理進(jìn)行了深入研究,從運(yùn)動(dòng)的角度提取出各個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量特性的表征指標(biāo),并分別對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧膸缀尉取⑦\(yùn)動(dòng)精度、精度壽命、動(dòng)態(tài)跟蹤誤差、穩(wěn)態(tài)誤差、信噪比、振動(dòng)、間隙、可靠度、可靠性?xún)?chǔ)備系數(shù)等質(zhì)量特性指標(biāo)進(jìn)行了建模分析;采用模糊物元的方法對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧M(jìn)行了數(shù)學(xué)定義,以關(guān)鍵質(zhì)量特性指標(biāo)作為相似條件,通過(guò)計(jì)算元?jiǎng)幼鲉卧g的距離確定元?jiǎng)幼鲉卧南嗨瞥潭?用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和對(duì)比,證明了方法的正確性和可行性,為本文實(shí)例分析中的數(shù)據(jù)提供了保障。(3)元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量特性融合控制機(jī)制研究。研究了元?jiǎng)幼鲉卧獌?nèi)部質(zhì)量特性融合關(guān)系及融合機(jī)制,分別對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量特性結(jié)構(gòu)域形成機(jī)制、過(guò)程域映射機(jī)制和時(shí)間域演化機(jī)制進(jìn)行了分析;構(gòu)建了元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量波動(dòng)預(yù)測(cè)模型,利用最小二乘支持向量機(jī)(Least Squares Support Vector Machine,LS-SVM)和質(zhì)量波動(dòng)傳遞函數(shù)對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧喙ば蛑圃爝^(guò)程的質(zhì)量波動(dòng)進(jìn)行了綜合預(yù)測(cè);分析了元?jiǎng)幼鲉卧P(guān)鍵質(zhì)量特性之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,運(yùn)用相對(duì)熵的方法計(jì)算了其相互關(guān)聯(lián)程度,得出了質(zhì)量特性關(guān)聯(lián)關(guān)系矩陣,為進(jìn)行元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量溯源提供了依據(jù);研究了元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量追蹤溯源技術(shù),分析了元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量追溯流程,對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧|(zhì)量追溯系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括功能模塊設(shè)計(jì)和總體結(jié)構(gòu)框架設(shè)計(jì)。(4)基于元?jiǎng)幼鲉卧恼麢C(jī)質(zhì)量特性耦合解耦技術(shù)研究。將機(jī)電產(chǎn)品整機(jī)質(zhì)量特性的復(fù)雜耦合約束關(guān)系分解為各單元間質(zhì)量特性的耦合約束關(guān)系,基于FMA樹(shù)質(zhì)量特性映射圖得到FMA樹(shù)質(zhì)量特性耦合關(guān)系圖及其簡(jiǎn)化模型,分析了單元質(zhì)量特性之間的相互耦合作用,對(duì)單元質(zhì)量特性的同代匹配特性和異代匹配特性進(jìn)行了研究,構(gòu)建了整機(jī)質(zhì)量特性耦合約束模型;通過(guò)分別計(jì)算單元的同代匹配耦合強(qiáng)度、異代匹配耦合強(qiáng)度,最后得出了單元間質(zhì)量特性的綜合耦合強(qiáng)度;在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了基于元?jiǎng)幼鲉卧恼麢C(jī)質(zhì)量特性解耦規(guī)劃,將單元質(zhì)量特性綜合耦合強(qiáng)度引入到設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(Design Structure Matrix,DSM)中,處理后得到基于耦合強(qiáng)度的模糊DSM,再采用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)(Multidisplanary Design Optimization,MDO)的思想對(duì)質(zhì)量特性進(jìn)行規(guī)劃,得出了質(zhì)量特性?xún)?yōu)化控制順序。(5)基于元?jiǎng)幼鲉卧恼麢C(jī)質(zhì)量特性預(yù)測(cè)控制技術(shù)研究。從元?jiǎng)幼鲉卧獙拥馁|(zhì)量預(yù)測(cè)控制入手,通過(guò)預(yù)測(cè)控制單元級(jí)的質(zhì)量實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電產(chǎn)品整機(jī)質(zhì)量的控制,采用自適應(yīng)變步長(zhǎng)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Adaptive Variable Step Size Back Propagation Network,ABPM)預(yù)測(cè)方法通過(guò)輸入下層單元質(zhì)量特性對(duì)上層單元質(zhì)量特性滿(mǎn)意度進(jìn)行了預(yù)測(cè),構(gòu)建了質(zhì)量特性ABPM預(yù)測(cè)模型及預(yù)測(cè)流程,利用MATLAB對(duì)實(shí)例進(jìn)行了分析計(jì)算,證明了方法的有效性;對(duì)質(zhì)量特性狀態(tài)空間預(yù)測(cè)控制的基本原理進(jìn)行了分析,建立了單元質(zhì)量特性狀態(tài)空間模型,以“分解—聯(lián)合”的方式構(gòu)建了基于元?jiǎng)幼鲉卧恼麢C(jī)大系統(tǒng)多重廣義算子模型和整機(jī)質(zhì)量特性多層狀態(tài)空間模型;設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)了基于元?jiǎng)幼鲉卧臋C(jī)電產(chǎn)品故障分析診斷系統(tǒng),可以對(duì)機(jī)電產(chǎn)品運(yùn)行質(zhì)量特性狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)估并對(duì)元?jiǎng)幼鲉卧收线M(jìn)行分析診斷,以數(shù)控機(jī)床為例,給出了系統(tǒng)運(yùn)行界面,證明了系統(tǒng)的實(shí)用性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TH-39;TH186

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2375207