發(fā)布時(shí)間：2018-04-05 05:07

  本文選題：制造過(guò)程質(zhì)量控制　切入點(diǎn)：統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制　出處：《重慶大學(xué)》2013年博士論文

【摘要】：制造過(guò)程質(zhì)量控制是全面質(zhì)量管理（Total Quality Control，TQC）的核心內(nèi)容，是確保產(chǎn)品質(zhì)量的重要措施。在現(xiàn)代生產(chǎn)條件下，加工自動(dòng)化程度和復(fù)雜程度不斷提高，單純依靠統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（Statistical Process Control，SPC）方法已不能很好滿足制造過(guò)程質(zhì)量控制的要求。將人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)與SPC相結(jié)合實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程質(zhì)量的智能化控制，成為新的發(fā)展方向。近年出現(xiàn)的支持向量機(jī)（SupportVector Machine，SVM）技術(shù)，與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Artificial Neural Networks，ANN）等較早出現(xiàn)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法相比，具有多方面優(yōu)勢(shì)。將SVM用于實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程質(zhì)量控制智能化成為目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本文結(jié)合國(guó)家重大專項(xiàng)課題“齒輪加工自動(dòng)生產(chǎn)線網(wǎng)絡(luò)化現(xiàn)場(chǎng)管理與智能監(jiān)控系統(tǒng)”（編號(hào)：2011ZX04001-041-06）需要，對(duì)基于SVM的自動(dòng)加工過(guò)程質(zhì)量智能化控制方法進(jìn)行了系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容如下： 1）研究了一種將控制圖模式的原始特征、形狀特征及統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行融合構(gòu)建分類特征集，并以SVM作為分類工具的控制圖模式識(shí)別方法。在該方法的特征融合中，分別采用了KNNC和ReliefF兩種特征約簡(jiǎn)算法來(lái)消除特征合集中的冗余和無(wú)關(guān)特征分量；其中，約簡(jiǎn)算法的控制參數(shù)與SVM的超參數(shù)一起通過(guò)基于粒子群優(yōu)化算法（Particle Swarm Optimization，PSO）和交叉驗(yàn)證（Cross Validation）實(shí)現(xiàn)的智能尋優(yōu)模型進(jìn)行同步優(yōu)化，使融合特征集更利于模式分類，且SVM的泛化能力較好。仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)所提方法能獲得更好的識(shí)別精度。 2）研究了基于優(yōu)化多核支持向量回歸（Support Vector Regression，SVR）的過(guò)程異常參數(shù)估計(jì)方法，提出了以三種基本核函數(shù)進(jìn)行凸組合構(gòu)建SVR的核函數(shù)。其中，各基本核的關(guān)鍵參數(shù)、組合權(quán)重系數(shù)以及SVR的懲罰系數(shù)通過(guò)PSO和交叉驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)的智能尋優(yōu)模型進(jìn)行同步優(yōu)化，以提高SVR的估計(jì)性能。將累積和（CUSUM）控制圖與該多核SVR結(jié)合建立了過(guò)程異常監(jiān)測(cè)模型，用于監(jiān)控過(guò)程均值階躍異常和估計(jì)均值階躍異常幅度。仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)該優(yōu)化多核SVR估計(jì)更準(zhǔn)確。 3）研究了基于優(yōu)化有向無(wú)環(huán)圖SVM（Directed Acyclic Graph SVM，DAGSVM）的多變量過(guò)程異常源識(shí)別方法。針對(duì)多變量過(guò)程存在多種異常形式時(shí)模式類型數(shù)多、一般多分類SVM難以兼顧識(shí)別精度和效率的問(wèn)題，以具有效率優(yōu)勢(shì)的DAGSVM作為研究對(duì)象，提出兩種優(yōu)化方法以改善其識(shí)別精度。一是根據(jù)核空間內(nèi)的類型樣本平均差異測(cè)度對(duì)DAGSVM拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行啟發(fā)式優(yōu)化，在一定程度上緩解了其固有的分類錯(cuò)誤累積問(wèn)題，以提高識(shí)別精度；二是基于集成學(xué)習(xí)理論，以DAGSVM作為個(gè)體，通過(guò)二進(jìn)制粒子群算法（Binary PSO，BPSO）構(gòu)建選擇性集成分類器，以獲得更好的泛化能力，提高識(shí)別精度。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明了所提方法的有效性。 4）研究了基于支持向量機(jī)混合模型的多變量過(guò)程異常在線監(jiān)控與診斷方法。針對(duì)多變量過(guò)程控制中需要同時(shí)解決異常探測(cè)、異常源識(shí)別和異常幅度量化的要求，提出一種由SVM和SVR組成的混合模型（HSVMM），對(duì)兩變量過(guò)程中的均值階躍異常進(jìn)行在線監(jiān)控與診斷。其中，SVM對(duì)過(guò)程均值狀態(tài)進(jìn)行模式識(shí)別，以探測(cè)過(guò)程均值異常并對(duì)異常源進(jìn)行識(shí)別；SVR被用作估計(jì)工具對(duì)均值偏移幅度進(jìn)行量化。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提模型在探測(cè)小幅度異常和識(shí)別異常源上，與傳統(tǒng)多元控制圖和ANN模型相比具有優(yōu)越性；并能較為準(zhǔn)確估計(jì)異常幅值。 基于以上研究成果，結(jié)合課題需要，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了齒輪自動(dòng)生產(chǎn)線過(guò)程質(zhì)量智能化控制系統(tǒng)。系統(tǒng)基于.NET平臺(tái)構(gòu)建，，并集成MATLAB計(jì)算環(huán)境實(shí)現(xiàn)SPC控制圖和支持向量機(jī)的高效運(yùn)算，以滿足加工過(guò)程質(zhì)量的在線監(jiān)控和診斷要求；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為C/S與B/S結(jié)合模式，以滿足圍繞自動(dòng)加工生產(chǎn)線過(guò)程質(zhì)量控制的多方面需求。系統(tǒng)已在某齒輪加工企業(yè)實(shí)施應(yīng)用，取得了初步應(yīng)用效果。
[Abstract]:The quality control of manufacturing process is the core content of Total Quality Control ( TQC ) . It is an important measure to ensure the quality of products . By combining artificial intelligence with machine learning technology and SPC , it can not meet the requirement of quality control of manufacturing process .

1 ) The original characteristics , shape characteristics and statistical characteristics of the control chart pattern are fused to construct a classification feature set , and the SVM is used as the control chart pattern recognition method of the classification tool . In the feature fusion of the method , two feature reduction algorithms of KNNC and ReliefF are adopted to eliminate the redundancy and irrelevant feature components in the feature set .
In this paper , the control parameters of the reduction algorithm are synchronized with the super parameters of the SVM by the intelligent optimization model realized by Particle Swarm Optimization ( PSO ) and Cross Validation , so that the fusion feature set is more beneficial to the pattern classification , and the generalization ability of the SVM is better . The simulation experiment proves that the proposed method can obtain better recognition accuracy .

2 ) In this paper , we study the method of parameter estimation of process anomaly based on optimized multi - core support vector regression , and put forward the kernel function of combining three basic kernel functions . The key parameters , combined weight coefficient and penalty coefficient of each basic kernel are optimized by PSO and cross - validation to improve the estimation performance .

A multi - variable process anomaly source identification method based on optimized directed acyclic graph SVM ( DAGSVM ) is studied .
Second , based on the theory of integrated learning , using DAGSVM as an individual , a selective ensemble classifier is constructed by binary particle swarm optimization ( BPSO ) , so as to obtain better generalization ability and improve recognition accuracy . The validity of the proposed method is proved through simulation experiments .

4 ) On - line monitoring and diagnosis of multivariable process based on support vector machine hybrid model is studied . A hybrid model ( HSVMM ) , which is composed of SVM and support vector , is proposed to solve the problem of abnormal detection , abnormal source identification and abnormal amplitude quantization in multivariable process control .
The simulation results show that the proposed model is superior to traditional multivariate control graph and ANN model when detecting small amplitude anomalies and identifying abnormal sources .
and the abnormal amplitude can be estimated more accurately .

Based on the above research results , the intelligent control system for the process quality of gear automatic production line is designed and developed based on . NET platform , and the efficient operation of SPC control chart and support vector machine is realized by integrating MATLAB computing environment to meet the requirement of online monitoring and diagnosis of machining quality .
The system structure is designed as C / S and B / S combined mode , so as to meet the demand of quality control around automatic processing production line .

【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】：2013
【分類號(hào)】：TH164;TP18

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本文編號(hào)：1713318