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原文传递基于变异流理论的轨道交通车辆自动门质量控制关键技术研究

论文题名：	基于变异流理论的轨道交通车辆自动门质量控制关键技术研究
关键词：	变异流理论;单向分类模型;半参数回归模型;轨道交通车辆;自动门质量控制
摘要：	多工序是复杂生产过程的基本特征，研究和发现多工序质量变异流的传递和累积规律对现代质量控制意义重大。本文以薄板类产品——轨道交通车辆自动门的制造和装配过程为研究背景，对研究多工序过程质量控制的状态空间方法和统计质量控制方法进行了创新和发展，主要就多工序制造过程质量变异流的数据驱动建模、自动门关键质量特征的检测与评定以及基于状态空间方法对多工序装配过程夹具系统布局的设计与优化进行了专题研究，包括五方面内容: 　　(1)研究基于单向分类模型的工序尺寸分析方法　　对制造工序是否存在显著变值系统误差问题进行研究。依据统计学方法和加工经验假设建立了机械加工尺寸的单向分类模型，采用假设检验给出了检验工序是否存在变值系统误差的计算方法;并提出了依据单向分类模型，对制造工序系统误差和随机误差进行方差分析的方法。实例证明，采用所提出的方法，可为科学评判工序变值系统误差提供计算依据，并为区分工序系统误差和随机误差水平提供量化参考。　　(2)研究基于半参数回归的多工序数据驱动建模方法　　针对多工序制造过程中加工误差流的传递和累积问题，研究了工序输入尺寸误差、系统误差和随机误差与工序输出尺寸误差间的关系，构建了数学模型并给出了模型解算方法。基于数学公式推导和实际加工经验假设，建立了工序输出尺寸误差与工序输入尺寸误差间的参数化表达，并将与工序输出尺寸误差关系未知的工序系统误差非参数化表达，建立了制造过程加工误差流的半参数回归模型;采用广义交叉核实函数计算平滑因子，以实际机械加工经验确定正规化矩阵，由补偿最小二乘法求解了所建立半参数回归模型的参数和非参数估计。以二工序磨削加工实例证明，采用半参数回归模型描述加工误差流，不仅能够反映工序间误差传递关系，分离工序系统误差和随机误差，而且比完全参数建模方法和非参数建模方法具有更好的解释性和适用性。　　(3)变异流半参数回归模型的应用研究　　研究使用半参数回归模型描述产品质量变异流的特性。分析了半参数回归模型与一阶自回归模型的关系，通过对引擎盖的多工序装配过程分别使用半参数回归建模和一阶自回归建模，对两种模型给出的质量控制策略作了对比研究。研究了模型传递系数的性质，给出了系统误差在同一零件的不同质量特征上可视为相同的评判依据。依据补偿最小二乘估计理论分析了模型的精度。　　(4)研究轨道交通车辆自动门面轮廓度的测量和评定方法　　针对轨道交通车辆自动门的三种基本类型，研究了自动门面轮廓度的测量和评定问题。与一般空间曲面面轮廓相比较，依据轨道交通车辆自动门面轮廓的特点，提出了使用三坐标测量机评定自动门面轮廓度误差的简化方法。依据最小包容区域原理和最小二乘原理，分别建立了三种基本型式自动门面轮廓度评定的数学模型。针对不同面轮廓度评定准则，使用matlab优化工具箱对所建立的数学模型进行求解，证明了所建立自动门面轮廓度误差评定数学模型的正确性和采用最小包容区域原理进行面轮廓度误差评定的最优性。研究了面轮廓度测点分布方式与测量效率问题，提出了一种用于辅助三坐标测量机面轮廓度测点分布的数学算式，为进行轨道交通车辆自动门面轮廓度评定的测点分布提供了参考依据。　　(5)研究基于状态空间方法的多工序装配过程夹具布局优化设计方法　　针对薄板类零件多工序装配过程中一种共用定位销的夹具布局优化设计问题，提出了一种设计计算准则。首先，由状态空间方程推导出了用于描述多工序装配过程单一零件尺寸偏差状态传递和累积的状态空间模型。之后，采用数学公式推导和统计学方法由该模型得到了用于描述关键产品特征平移偏差和角位移偏差间关系的协方差矩阵。依据该矩阵的统计学意义，提取矩阵的迹作为夹具布局优化设计计算准则。采用一四工序的装配实例，由交换算法进行验证，与传统设计准则相比，所提出的夹具布局优化设计准则使用点的平面欧式距离计算代替了复杂的高维矩阵计算，不仅和传统设计准则同样有效，而且计算效率更高，节约了计算成本。
作者：	张磊
专业：	机械电子
导师：	史金飞;张志胜
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文