[發(fā)明專利]一種面向產(chǎn)品可靠性退化的TBE控制圖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810064523.0
• 申請日: 2018-01-23
• 公開（公告）號: CN108268730B
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何益海;崔家銘;劉楓棣;段潘婷
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京慧泉知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

1.一種面向產(chǎn)品可靠性退化的TBE控制圖系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，假設(shè)如下：

假設(shè)1產(chǎn)品可靠性與其制造過程中的關(guān)鍵過程變量存在確定的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

假設(shè)2涉及的加工工位均為高質(zhì)量過程且采用連續(xù)監(jiān)控；

其步驟如下：

步驟1確定與產(chǎn)品可靠性相關(guān)的關(guān)鍵過程變量，建立制造質(zhì)量-產(chǎn)品可靠性關(guān)聯(lián)模型；

步驟2對TBE控制圖系統(tǒng)執(zhí)行方案進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，以監(jiān)控關(guān)鍵過程變量；

步驟3計(jì)算TBE控制圖系統(tǒng)的受控平均報(bào)警時(shí)間；

步驟4計(jì)算單一TBE控制圖運(yùn)行周期的期望時(shí)長；

步驟5計(jì)算TBE控制圖系統(tǒng)長期運(yùn)行時(shí)的單位時(shí)間平均運(yùn)行成本；

步驟6計(jì)算由設(shè)備非指向性原因?qū)е碌呐萎a(chǎn)品可靠性退化風(fēng)險(xiǎn)增量；

步驟7以批次可靠性退化風(fēng)險(xiǎn)增量最小為目標(biāo)，對TBE控制圖系統(tǒng)的控制限進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化；

在步驟1中所述的“確定與產(chǎn)品可靠性相關(guān)的關(guān)鍵過程變量，建立制造質(zhì)量-產(chǎn)品可靠性關(guān)聯(lián)模型”，其具體作法如下：根據(jù)客戶需求與產(chǎn)品設(shè)計(jì)，將產(chǎn)品可靠性參數(shù)通過用戶域向功能域、結(jié)構(gòu)域與過程域進(jìn)行映射，提取與產(chǎn)品可靠性相關(guān)的的關(guān)鍵過程變量，包括關(guān)鍵尺寸偏差與關(guān)鍵內(nèi)部缺陷；隨后建立制造質(zhì)量-產(chǎn)品可靠性關(guān)聯(lián)模型，以表征產(chǎn)品可靠性退化量ΔR，表達(dá)式為

這里R₀(t_w)表示產(chǎn)品設(shè)計(jì)可靠度在質(zhì)保期終點(diǎn)時(shí)的理想值，c_w表示產(chǎn)品在質(zhì)保期內(nèi)因自身質(zhì)量原因出現(xiàn)故障引起的質(zhì)保成本，Q表示產(chǎn)品可靠性參數(shù)的個數(shù)，c_l表示第l個可靠性參數(shù)對質(zhì)保成本增加的影響系數(shù)，m表示關(guān)鍵尺寸偏差的個數(shù)，V＝(V₁,V₂,…,V_m)^T表示m個關(guān)鍵尺寸偏差組成的列向量，z＝(z₁,z₂,…,z_m)^T表示模型誤差列向量，a_l表示關(guān)鍵尺寸偏差對第l個可靠性參數(shù)的影響系數(shù)列向量，b_l表示模型誤差對第l個可靠性參數(shù)的影響系數(shù)列向量，ρ_l表示第l個可靠性參數(shù)中的交互關(guān)系系數(shù)矩陣，ψ_l表示第l個可靠性參數(shù)的基線常數(shù)，n表示關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的種類數(shù)，G_i(t_w)表示單個第i類關(guān)鍵內(nèi)部缺陷在質(zhì)保期內(nèi)引發(fā)失效的概率，D_i表示第i類關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的個數(shù)；

在步驟2中所述的“對TBE控制圖系統(tǒng)執(zhí)行方案進(jìn)行預(yù)設(shè)計(jì)，以監(jiān)控關(guān)鍵過程變量”，其具體作法如下：針對關(guān)鍵尺寸偏差與關(guān)鍵內(nèi)部缺陷對應(yīng)的加工過程，對每個加工過程通過單個獨(dú)立的TBE控制圖進(jìn)行預(yù)先監(jiān)控；對于產(chǎn)生關(guān)鍵尺寸偏差的加工過程，記其偏差值V服從正態(tài)分布N(μ₀+Δμ,(σ₀+Δσ)²)，這里μ₀表示受控分布的均值，σ₀表示受控分布的標(biāo)準(zhǔn)差，Δμ表示失控時(shí)的均值漂移量，Δσ表示失控時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)差漂移量；相應(yīng)的觀測事件Ω_V定義為偏差值V落在區(qū)間(μ₀-ζσ₀，μ₀+ζσ₀)之外，這里系數(shù)ζ為已知正常數(shù)；相鄰兩次事件Ω_V發(fā)生之間的時(shí)間間隔S_V為需要進(jìn)行監(jiān)控的變量，且其服從幾何分布；對于產(chǎn)生關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的加工過程，記其引入缺陷個數(shù)D服從泊松分布P(φ₀+Δφ)，φ₀表示受控分布的均值，Δφ表示失控時(shí)的均值漂移量；相應(yīng)的觀測時(shí)間Ω_D定義為D＞0；相鄰兩次事件Ω_D發(fā)生之間的時(shí)間間隔S_D為需要進(jìn)行監(jiān)控的變量，且其服從幾何分布；

在步驟3中所述的“計(jì)算TBE控制圖系統(tǒng)的受控平均報(bào)警時(shí)間”，其具體作法如下：估計(jì)TBE控制圖系統(tǒng)在所有單個過程均受控情況下發(fā)出信號的平均時(shí)間ATS_0,TBE；當(dāng)?shù)趉種關(guān)鍵尺寸偏差V_k受控時(shí)，觀測事件Ω_V,k發(fā)生概率為2Φ(-ζ_k),則受控時(shí)相鄰兩個事件Ω_V,k發(fā)生的時(shí)間間隔S_V,k|in-control服從幾何分布GE(2Φ(-ζ_k))，其對應(yīng)單個TBE控制圖發(fā)生第一類錯誤的概率α_V,k表示為這里L(fēng)CL_V,k表示對應(yīng)的單側(cè)下控制限；當(dāng)?shù)趇種關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的個數(shù)D_i受控時(shí)，觀測事件Ω_D,i發(fā)生概率為則受控時(shí)相鄰兩個事件Ω_D,i發(fā)生的時(shí)間間隔S_D,i|in-control服從幾何分布其對應(yīng)單個TBE控制圖發(fā)生第一類錯誤的概率α_V,k表示為這里L(fēng)CL_D,i表示單側(cè)下控制限；單位時(shí)間內(nèi)涉及關(guān)鍵尺寸偏差和關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的任一加工過程發(fā)出虛警的概率P_0,TBE表示為

，則TBE控制圖系統(tǒng)的ATS_0,TBE表示為ATS_0,TBE＝1/P_0,TBE；

在步驟4中所述的“計(jì)算單一TBE控制圖運(yùn)行周期的期望時(shí)長”，其具體作法如下：計(jì)算用于監(jiān)控關(guān)鍵尺寸偏差和關(guān)鍵內(nèi)部缺陷對應(yīng)加工過程的單個TBE控制圖運(yùn)行周期的期望時(shí)間長度；對引入第k種關(guān)鍵尺寸偏差的加工過程，其TBE控制圖運(yùn)行周期期望時(shí)長T_V,k表示為T_V,k＝t_1,V,k+t_2,V,k+t_3,V,k，這里t_1,V,k表示受控時(shí)期期望時(shí)長，t_2,V,k表示失控時(shí)期期望時(shí)長，t_3,V,k表示查找與修復(fù)設(shè)備非指向性原因的期望時(shí)長；具體而言，t_1,V,k表示為t_1,V,k＝1/λ_V,k，

這里λ_V,k表示設(shè)備非指向性原因的發(fā)生頻率；

t_2,V,k表示為這里

μ_δ,k表示對應(yīng)失控分布的均值，σ_δ,k表示對應(yīng)失控分布的標(biāo)準(zhǔn)差；t_3,V,k表示為t_3,V,k＝g_V,k，這里g_V,k為已知的時(shí)間常數(shù)；對于引入第i種關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的加工過程，其TBE控制圖運(yùn)行周期期望時(shí)長T_D,i表示為T_D,i＝t_1,D,i+t_2,D,i+t_3,D,i，這里t_1,D,i表示受控時(shí)期期望時(shí)長，t_2,D,i表示失控時(shí)期期望時(shí)長，t_3,D,i表示查找與修復(fù)設(shè)備非指向性原因的期望時(shí)長；具體而言，t_1,D,i表示為t_1,D,i＝1/λ_D,i，

這里λ_D,i表示設(shè)備非指向性原因的發(fā)生頻率；

t_2,D,i表示為φ_δ,i表示對應(yīng)失控分布的均值；t_3,D,i表示為t_3,D,i＝g_D,i，這里g_D,i為已知的時(shí)間常數(shù)；

在步驟5所述的“計(jì)算TBE控制圖系統(tǒng)長期運(yùn)行時(shí)的單位時(shí)間平均運(yùn)行成本”，其具體作法如下：綜合考慮控制圖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的各類成本，計(jì)算TBE控制圖系統(tǒng)長期運(yùn)行時(shí)的單位時(shí)間平均運(yùn)行成本C_TBE；對引入第k種關(guān)鍵尺寸偏差的加工過程，其單個運(yùn)行周期內(nèi)期望虛警數(shù)M_V,k表示為

單個運(yùn)行周期失控總時(shí)長內(nèi)檢測到觀察事件數(shù)的期望N_V,k表示為對于引入第i種關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的加工過程，其單個運(yùn)行周期內(nèi)期望虛警數(shù)M_D,i表示為單個運(yùn)行周期失控總時(shí)長內(nèi)檢測到觀察事件數(shù)的期望N_D,i表示為因此，單位時(shí)間平均運(yùn)行成本C_TBE表示為

在步驟6中所述的“計(jì)算由設(shè)備非指向性原因?qū)е碌呐萎a(chǎn)品可靠性退化風(fēng)險(xiǎn)增量”，其具體作法如下：由受控時(shí)期批次可靠性退化，計(jì)算平均每發(fā)生一次設(shè)備非指向性原因?qū)е碌呐萎a(chǎn)品可靠性退化風(fēng)險(xiǎn)增量E(Θ)，表示為這里I_V,k表示引入第k種關(guān)鍵尺寸偏差的加工過程中發(fā)生設(shè)備非指向性原因?qū)е碌呐慰煽啃酝嘶隽浚琁_D,i表示引入第i種關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的加工過程中發(fā)生設(shè)備非指向性原因?qū)е碌呐慰煽啃酝嘶隽浚琱_V,k表示設(shè)備非指向性出現(xiàn)在引入第k種關(guān)鍵尺寸偏差的加工過程的概率，h_D,i表示設(shè)備非指向性出現(xiàn)在引入第i種關(guān)鍵內(nèi)部缺陷的加工過程的概率；

在步驟7中所述的“以批次可靠性退化風(fēng)險(xiǎn)增量最小為目標(biāo)，對TBE控制圖系統(tǒng)的控制限進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化”，其具體作法如下：對TBE控制圖系統(tǒng)內(nèi)的單個TBE控制圖的單側(cè)下控制限進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，在滿足經(jīng)濟(jì)性能與統(tǒng)計(jì)性能的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)最小的批次可靠性退化風(fēng)險(xiǎn)增量；該問題為非線性優(yōu)化問題，其目標(biāo)函數(shù)為E(Θ)＝minimum；兩個約束函數(shù)為ATS_0,TBE≥τ與C_TBE≤ω，其中τ與ω均為給定常數(shù)；自變量為LCL_V,k(k＝1,2,...,m)與LCL_D,i(i＝1,2,...,n)；在實(shí)際優(yōu)化過程中，為提升計(jì)算效率，采用第一類錯誤概率α_V,k與α_D,i作為實(shí)際優(yōu)化對象，隨后通過MATLAB自帶的優(yōu)化工具箱完成優(yōu)化，獲得最佳參數(shù)組合(α_V,1,...,α_V,m,α_D,1,...,α_D,n)，進(jìn)而得到TBE控制圖系統(tǒng)的全部單側(cè)下控制限組合(LCL_V,1,...,LCL_V,m,LCL_D,1,...,LCL_D,n)。