再制造发动机装配质量控制方法研究.docx

摘要再制造发动机装配过程质量动态监控模型进行深入探索。在分析再制造发动机装配过程各影响因素的基础上，以装配操作输入和零部件输入为输入向量、再制造发动机装配体状态为状态向量、再制造发动机装配精度为输出向量构建r再制造发动机装配过程状态空间模型，建立了再制造发动机装配工位操作补偿函数,提出了再制造装配过程质量动态监控模哒及其流程图，并以再制造曲轴装配过程为例对模型的有效性进行了验证。最后,在上述研究的基础上，通过分析质量管控平台的功能需求.初步开发了再制造发动机装配质量控制原型系统，为再制造发动机装配质量控制提供技术支持。关键词：再制造：装配过程：质量控制第1章绪论1.1 研究背景改革开放近40年来，我国的经济发展取得了举世瞩目的成绩，我国gdp总量高达67万亿元，位列世界第二，制造业的快速发展成为国民经济增长的重要支撑力量。1.2 再制造产业概述为走出经济萧条的困境和适应第二次世界大战的需求，再制造产业萌芽于20世纪30、40年代的美国汽车维修行业,随着再制造产业的螺旋式发展，美国于20世纪80年代初系统性的提出了“再制造”的概念。1.2.1 国内外研究现状再制造装配是再制造加工的最终环节，保障再制造装配质量是提而再制造产品可比性、提升客户认可度的重要途径。鉴于此，国内外学者对再制造装配质量控制相关理论进行诸多研究，为再制造产业规模化发展提供理论依据和技术支持。其中包括再制造质地管理、再制造装配策略、再制造车间生产调度、装配误差建模方向1.2.2 研究现状分析根据研究现状可知，国内外学者已对再制造装配质量控制相关理论进行了探索，但其研究对象多针对尺寸未超差零部件，具体研究内容及其局限性如下：在再制造质量管理方向，上述研究多偏重于引入一种全新的分类方法或标定方法来提高产品顺量，通过对再制造零部件装配过程进行控制来保证产品质量方面的研究较少，对再制造发动机质员耦合机理的研究则更为欠缺：同时，现有成果大多对再制造工程进行笼统的研究，鲜有文献研究带有尺寸超差再制造零部件的再制造产品质量控制。13课题研究的必要性结合再制造装配质量控制的研究现状和再制造企业装配过程中出现的问题，从再制造发动机装配质量控制方法和技术两方面对发动机再制造装配质量控制进行初步探索。1.4目的和意义作为再制造加工的最终环节，再制造装配质IS控制对于提高再制造零部件利用率、减少企业生产成本至关重要.为应对复杂多变的市场环境和个性化的客户需求，再制造企业纷纷通过降低生产成本、提高产品质量、缩短交货期等方式来增强竞争力。第2章再制造发动机装配质量控制体系架构及方法研究2.1再制造装配方法结合再制造装配过程的特点和传统制造过程中的装配方法，再制造装配方法可分为互换法、修配法、调整法和选配法.2.2再制造发动机工艺流程发动机再制造是以废旧发动机为原材料，通过一系列的再制造工艺，使生产出的再制造产品的质量达到或超过新品的特殊制造过程。与新品发动机制造相比，发动机再制造可降低成本50%,节能60、，节材70%以上。2.3再制造发动机装配不确定性内涵再制造发动机装配不确定性由下列因索造成：待装零部件的不确定性再制造发动机是由再制造件、再利用件和新品件按照一定的奘配序列组合成部件，进而组成的达到多项技术要求的混联结构装配体，再制造零部件是以废旧机械零部件为毛坯,经过拆卸、清洗、熔授等再制造加I：工艺获得的。在经过表面处理技术和激光熔粗后，再制造零部件的尺寸公差2.4再制造发动机装配质量控制体系架构再制造发动机装用质量控制体系可以分为两大部分，即再制造发动机装配质量捽制方法研究和装配过程班量管控平台构建及系统实现,其中再制造发动机装配质量控制方法又可划分为再制造发动机待装零部件分类管理方法、再制造发动机装配零部件集优化和再制造发动机装配过程质量动态监控模型.2. 5再制造发动机装配质控制方法为减少再制造企业的牛.产成本，在综合分析发动机再制造装配质盘的各质量特性及其影响因索的基础上，提出发动机再制造装配质量控制方法，从装配前、装配中两阶段探索发动机再制造装配质量优化控制方法，以全面提高尺寸超差零部件的利用率和保障再制造产品装配质量。2.1. 1再制造发动机待装零部件分类管理方法由于发动机再制造装配过程中涉及的物料种类繁多、类型多样、尺寸各异，因此建立合理的物料分类方法是再制造发动机装配质量控制方法研究的基础。以传统的ABC分类法为依据，结合再制造零部件的特点和再制造奘配质所控制中物料分类的要求，对再制造发动机待装零部件进行重新分类，并沿用ABC表示物料类别。2.5. 2再制造发动机装配零部件集优化模型再制造发动机是由品种繁多、类型多样、尺寸各异的零部件组合而成的。由于部分再制造零部件/再利用零部件存在尺寸超差，在组织再制造生产前，必须合理地选择再制造发动机各装配工位的待装零部件。2.6. 3再制造发动机装配过程质量动态监控模型在选择好再制造发动机各装配工位的待装零部件后，考虑到带涂覆层的再制造零部件的在多场强交互作用会产生形性变化,导致再制造发动机装配质量出现非常规波动。因此必须对多不确定性的再制造装配过程进行动态监测和调控,这也是发动机再制造装配质Irt控制要解决的又一大难题。针对再制造发动机装配过程侦员控制的信息化需求，在研究装配过程质量控制需求和平台运行架构的基础上，再制造发动机装配过程质量管控平台，实现上层系统和车间底层数据的实时信息共享，使企业管理者能够动态管控发动机装配的各个关键环节。3.1 质量管控平台设计现以某再制造企业为研究对象，重点针对再制造发动机装配过程中的第三个装配工序,在分析质量管控需求的基姗上，本节研究了再制造装配过程质强管控平台的运行体系架构、功能结构和数据库结构。3.1.1 需求分析再制造装配是再制造加工工艺中的最后环节，对保证再制造产品质量至关重要。再制造装配过程具有工艺操作复杂、装配资源种类多样化等特点，各再制造发动机中零部件类型组成差异大，且当前再制造发动机装配过程产生的大量过程数据多未进行采集，这些未经增值的生产数据使得企业再制造装配质量管理产生诸多问题.3.1.2 平台运行体系架构针对再制造装配资源的特点和质量管控平台的信息化需求，设计了再制造发动机装配过程质量管控平台运行体系架构，从左往右、自下而上主要分数据服务层、物理感知层、网络层、对象映射层、信息融合层和功能应用层。3.1.3 平台功能结构基于再制造发动机装配过程侦员管控平台的需求，本文采用模块化的思想对平台功能结构进行设计，主要包括基础数据管理模块、生产计划管理模块、物料库存管理模块、再制造装配过程.质量监控模块、再制造产品质俄追溯模块、用户管理模块等。3.1.小台数据库模型在系统的设计和开发过程中，数据库结构设计以及各数据库表之间的关联关系始终贯穿在再制造发动机装配过程质量管控系统的整个过程，是系统开发需要解决的基础问题。系统中数据存储的方式主要是数据表。3.2平台软硬件架构3.2.1软件架构为满足再制造装配过程质量控制的信息化需求，可采用ViSUa1.StUdiO2010并应用C#.NET可视化编程语言进行系统设ih为保障客户端程序运行的桓定性，各系统模块采用CS的方式开发。考虑到再制造装配数据种类培多。3.22硬件架构再制造发动机装配过程侦质管控系统的硬件架构主要分为应用层、监控层和感知层。3.3系统实现再制造发动机装配过程侦员管控系统包括基础数据管理、生产计划管理、物料库存管理、再制造装配过程质量监控、再制造产品质母追溯等模块，下面对原型系统的主要功能模块及其软件界面进行简单介绍。3.3.1 三¾三基础数据管理模块是对再制造装配过程中的基础数据进行配置、维护等操作,以保证工作周期内生产计划的正常编制，为其他模块功能的实现提供基础数据支撑。该模块包含再制造产品BoM配置、零部件关键质量特性配置、再制造装配工位配置、再制造装配模型配胃、物料ANDON配宜等子模块。3.3.2 生产计划管理生产计划管理模块是组织再制造装配生产的币:要环节，主要分为编制生产计划和产品出生证打印两部分。编制生产计划时对企业的生产活动进行计划和排程,包括计划日期、班制、计划数量等，并记录生产计划的执行情况.3.3.3 料库存睡物料库存管理指对待装零部件的库存进行管理，主要分为物料入库管理、物料出库管理和物料ANDoN可视化三部分。物料入库管理主要是对再制造零部件的入库活动进行管理的过程。3.4再制造装配过程质监控装配过程监控管理模块由三部分组成，分别是工位数据采集、设备数据采集和在制品可视化监控，能够对装配车间内各环节的生产情况进行动态数据采集和检测.并通过调整工位操作保障再制造产品质量，为合理组织生产计划排程提供依据，以保障生产活动的正常进行。工位数据采集是对当前装配工位组的装配信息进行采集的过程，设备数据采集界面.3.3.5再制造产品质追溯再制造产品质量追溯模块主要是对再制造产品装配过程信息进行统计，为产品装配质量追溯提供数据支持。当发现某再制造发动机存在质量缺陷时，可以对再制造装配过程进行溯源分析，此外，基于质量统计信息可以找到再制造发动机装配过程对装配质量影响较大的因索，以优化再制造装配.在分析再制造发动机装配过程质量管控平台信息化需求的基础上，开发了再制造发动机装配过程质量管控原哒系统。首先,阐述了质量管控平台的运行体系架构、功能结构及其数据库模型：然后，介绍了系统开发使用的软硬件架构：最后，展示了系统的关键功能模块，如基础数据管理、生产计划管理、物料库存管理、再制造装配过程质量管控等。总结在资源和能源日益匮乏的当下，为寻求社会、经济、生态的可持续发展，世界各国纷纷鼓励推行绿色制造模式。再制造工程是响应绿色制造的最优途径之，它是以废IU机电产品为生产原料，以信息技术、生物技术、表面处理技术等为技术支撑，延长废旧零部件的生命周期，从而实现制造业的延伸发展和低碳转型。随着再制造产业的发展，再制造产品质量成为业内关注的焦点，但是由于国内再制造产业起步较晚，再制造装配质量控制控制方面的研究较少，已成为制约再制造产业发展壮大的关键原因之一。当前再制造企业存在两个制解决的问题：（1）大量尺寸超差再制造、再利用零部件的废弃很大程度上增加了再制造企业的生产成本：（2）再制造产品装配合格率远低于预期值。为提高尺寸超差再制造零部件的利用率，提升再制造产品装配质量，本文以再制造发动机装配为例，针对再制造企业面临的关键问邈，提出再制造发动机装配质量控制方法，构建了装配质量控制体系，从装配前零部件分类管埋、装配前待装零部件分级选配和装出中质量动态监控三方面探索装配质量控制方法的内涵，同时，构建装配过程质证管控平台，为再制造装配质量控制提供理论和技术支持。本文的主要研究内容如下：首先介绍了再制造装配的四大典哒方法及其优缺点，分析了再制造发动机的工艺流程,然后界定了再制造发动机装配的不确定性内涵。在此基础上，阐述了再制造发动机装配质室控制的体系架构。最后概述了再制造发动机装配侦量控制方法的方法内涵，并详细介绍了再制造发动机待装零部件分类管理方法，为下文研究费定基础。首先，简要介绍了马尔可夫徒的基本概念，提出了待装零部件配合尺寸分级方法，然后，在建立再制造发动机待装零部件分类管理方法的基础上，以零部件尺寸等级为状态向量，定义了再制造装配过程马尔可夫锌的一步转移概率矩阵，提出了基于马尔可夫能的待装零部件分级选配模型及其流程图，构建了再制造发动机装配零部件集优化模型。最后以某再制造曲轴关键装配过程为例验证了模胆的可行性和有效性。在分析再制造发动机装配过程各输入向量、状态向量和输出向量的基础上，构建了再制造发动机装配过程状态空间模型，建立了装配工位操作补偿函数，探索再制造发动机装配质量误差消减、协调机制，然后提出了再制造装配过程质量动态监控模型及其流程图，最后以再制造曲轴装配过程为例对模型的有效性进行了验证。在再制造发动机装配质量控制方法和再制造发动机装配质量控制体系架构研究的基础上，结合再制造装配过程的信息化需求，初步构建了再制造发动机装配过程质量管控平台，详细阐述了平台的运行体系架构、功能结构和数据库结构，而后介绍系统开发的软硬件架构，并开发了原型系统，实现再制造发动机装配过程的动态管控.本文对再制造发动机装配质量控制方法及其关键技术进行了定的研究，但由于再制造发动机装配过程的不确定因素众多，加之个人水平与研究时间有限，仍存在一些需进一步提高的地方：本文提出的再制造发动机装配质量控制体系主要由质量控制方法和顺盘管控平台组成，在方法及平台功能实现的过程中需借助众多的相关使能技术，如RF1.D技术、OPC技术、数据实时获取技术等，但由于篇幅有限，本文未对该部分进行详细阐述，未来研究将对装配质责:控制系统的一些关键技术进行深入探索，以不断完善装配质贵控制体系。考虑到再制造发动机装配过程影响因素众多，为提庙装配过程状态空间模型的实用性,文中对装配过程状态空间模型的各向量进行简化。结合实际装配数据，在后续研究中应采用数理统计的相关理论对各质量影响因素的贡献率进行跟踪研究，不断优化装配过程状态空间模型的各参数，以提高再制造发动机装配过程质房监控能力。再制造发动机装配现场复杂多变，未来研究应在深入调查、分析质量管控平台的实施效果的基础上，挖掘质量管控平台的不足之处并优化其功能，使之与装配生产现场紧密结合。同时，需设计出更加符合人机操作习惯的操作支持界面，更好地为再制造装配过程提供服务。参考文献1徐滨士.中国冉制造工程及其进展U1.中国表面工程，2010,02:1-6.2徐滨士，马世宇，刘世参.21世纪的再制造工程J.中国机械工程，2000,11(1):3638.3姚巨坤，时小军，崔培枝.废旧产品再制造工艺中的装配方法J新技术新工艺2008.11:45-48+2.4徐滨士.中国特色的再制造产业及其创新发展J.电焊机，2012,05:1-5.5徐滨士，李恩揖，史做京，郑汉东，张魏.我国再制造产业现状及发展对策J.中国经贸导刊,2015,15:77-79.6徐滨士，逝世运，史佩京.中国特色的再制造零件质量保证技术体系现状及展望IJ1.机械工程学报,2013,20:8490.71ZhangHOngChao.RemanufaciuringResearchandPractice:OVerVieWandFUIUreTrendS.PresentationinDa1.ianUniversityofechno1.ogy.Da1.ian.China.20IO.8徐滨士.再制造工程的现状与前沿叫.材料热处理学报，2010,O1.:10-14.9刘从虎.不确定环境下凝杂机械产品再制造装配过程在线质fit控制机制研究D合肥工业大学，2016.(IOFergusonM,GuideVD,KocaE,eta1.Theva1.ueofqua1.itygradinginrenanufaciuringJ.Pr<x1.uctionandOperationsManagenent.2(XW,1.8(3):300-314.fH|ZhouJ,UuangP.ZI)uY.e>a1.Aqua1.ityeva1.uationnxxie1.ofreusepartsafK1.itsniafiagemenisystenideve1.opinentforend-of-1.ifewhee1.1.oadersUJounia1.oiC1.eanerPr(x1.uciion.2012,35:239-249.12陈翔宇，梁工谋,马世宇.基于PM1.C再制造产品的持续质址改进J中国机械工程，2(X)7,18(2):170-174.1.3TangX,MaoHJ.iX.Eftectofqua1.ityuncertaintyofartsonperfb11nanceofreprocessingsysteminremanufacturingenvironmentJJouma1.ofsoutheastUniversity,2011,27(1):92-95.14王沙婷，梁工谦.面向产品再制造的改进QFD和FMEA的集成研究J.软科学，2011.25(5):61-64.15张晶，梁工度基于零件质量不确定性的再制造生产系统可检性分析山.工业工程.2013.16(2):116GeM,1.iuC,I.iuM.Theon1.inequa1.ityconiro1.ne<x1.sfortIieassemb1.ingo1.renianu1.acturedengines'cy1.inderb1.ockandcovenj11de11ncertainty(J.he1.nternationa1.Journa1.o6dvancedManufacturingTechno1.ogy.2014,74(1-4):225-233.17刘从虎，刘明周,邢玲玲等.再制造发动机曲轴轴颈表面利糙度不确定性测度及应用研究J.汽车工程,2015(3):341-345.18JINXiaoning,SJACKHuJUNNi,GUOXianXiao.Assemb1.yStrategiesforRemanufacturingSystemsWithVariab1.eQua1.ityRetumsJ!.AutoinationscienceandEngineeringJEEETransactionson.2013.10(1.):76-85.119SuC,XuA.Buftera1.1.ocationforhybiidmanufacturingzremanufacturingsysteinconsideiingqua1.itygrading(J.Intemationa!Jouma1.ofProductionResearch,2014.52(5):1269-1284.20姚巨坤，时小军，崔培枝.废旧产品再制造工艺中的装配方法几新技术新工艺，2008,(11):45-48.21Mingzhou1.iu,Conghu1.iu.Op1.iona1.c1.assi11cationfbrreassemb1.ymethodswith<iifferentprccisionrenanufacturedpartsJ.Assemb1.yAutonation,201.4,34(4):315-32.22刘明周，刘从虎，邢玲玲等.面向质量目标的再制造复杂机械产品装配分组优化配置方法U1.机械工程学报，2014,50(8):150-155.23葛茂根，王少明，刘明周等.不确定环境下再制造发动机曲抽轴向间隙优化控制J机械工程学报,2015,51(8):99-106.24刘明周，张玺，刘从虎等.不确定环境下再制造加工车间生产调度优化方法"机械工程学报.2014,10:206-212.25温海骏，刘明周，刘长义等.不确定环境下回收发动机拆卸调度方法J计算机集成制造系统，2015,05:1279-1286.26张铭茂，葛茂根，张玺等.基于模糊机会约束规划的再制造装配车间调度优化方法J.中国机械工程,2015r11:1488-1493.27李聪波，刘飞，易茜等,基于关键徒的再制造系统不确定性生产调度方法IJ1.机械工程学报,2011,15:121-126.28李玲玲，李聪波，杜彦斌等.基于颜色Pe1.ri网的再制造工艺过程建模与优化调度方法J中国科技论文,2015,04:407-415.29刘清涛，朱华东，蔡宗琰.种求解制造/再制造混合系统车间调度的启发式算法U1.中国科技论文,2013,10:1039-1043+1063.Po1.Mipa1.1.1Wei1.ninwu.PerfonnatKeAna1.ysisofschedu1.ingRu1.esinRe1.nanufacturingOperationsUsingS1.ochas1.icPctriNetsJ.201.4IEEEII1.h1.ntcmationaicon1.crenceonNctworking1ScnsingandContro1.2014.43(3):120-125.(31Jean-Phi1.ippe1.oose.NanChen.ShiyuZhou.Su11ogatemode1.ingofdimensiona1.variationpropagationinmu1.tistageassemb1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