不确定环境下复杂机械产品再制造装配过程在线质量控制机制研究

摘要

当今世界各国能源资源和生态环境空间日渐缩减，已经达到或接近上限的环境承载能力成为制造业高速发展的桎梏。应用并推广再制造是保护环境和解决资源匮乏的最优途径之一，是实现绿色低碳可持续发展、促进生态文明社会建设的重要技术。
　　然而，低碳环保的再制造产品难以满足客户的质量期望，致使再制造产业规模与潜力巨大的再制造市场之间形成巨大落差。如何在复杂不确定的环境下，充分利用再制造资源，对批量化、规模化的复杂机械产品再制造装配过程进行准确、实时的在线控制，确保“再制造产品质量不低于新品”，保障再制造产品整机性能和服役安全性，满足客户的质量需求，是提升再制造产业核心竞争力亟待解决的关键问题之一。
　　本文首先阐述了国内外再制造产业的现状及我国再制造产业政策的发展情况，对再制造装配质量的研究现状进行了综述，分析了再制造装配质量研究的总体特点，并对论文的研究目的和意义，以及论文的总体框架进行了介绍。
　　然后，以提高不确定环境下复杂机械产品再制造装配质量为目标，探索再制造装配不确定性“界定、测度、优化”机理，研究再制造装配过程在线质量控制理论和方法，其主要内容如下:
　　(1)分析再制造装配的不确定性，以理想制造、新品制造和再制造为对比，建立相对不确定性势，用熵作为再制造装配不确定性的测度指标，定量化描述再制造装配的不确定性;并将不确定测度模型应用在再制造发动机缸体缸盖密封性控制，验证了模型的有效性和可行性。
　　(2)在分析再制造装配各个工位输入向量、输出向量和状态向量的基础上，构建再制造装配过程状态空间模型，建立再制造装配质量传递函数，并给出解耦控制算法，揭示再制造装配质量耦合机理，为再制造装配误差补偿、精度校正和在线质量控制提供理论依据。
　　(3)构建零部件不确定性测度模型，并对零部件广义装配尺寸熵耦合机理进行研究，以复杂机械产品装配为研究对象，提出一种面向不确定性的再制造分级选配方法，该方法在质量和成本最优化的目标下，应用粒子群智能算法进行求解;实例应用结果表明该方法能够有效减少再制造装配过程的不确定性，提升再制造装配质量和生产效率。
　　(4)在再制造装配不确定性和再制造装配过程状态空间模型的基础上，计算出了再制造装配工位工艺操作修正指数，研究了再制造装配过程在线质量控制建模、基于动态规划的质量控制模型和在线质量校正算法流程;以再制造曲轴装配过程在线控制为例，表明在线质量控制方法在能够扩大再制造零部件属性上下限的同时，有效提升再制造曲轴装配精度。
　　最后，为将上述理论和方法研究成果应用在再制造装配生产过程中，设计和开发了再制造装配质量控制平台，以实现再制造装配不确定性的界定、测度和优化，为再制造装配过程在线质量控制提供技术支持。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 再制造的重要意义

1．2 再制造产业发展现状

1．2．1 国外再制造发展现状

1．2．2 国内再制造企业现状

1．2．3 国内再制造政策

1．2．4 国内部分再制造市场

1．3 再制造产业面临的问题

1．4 再制造装配质量研究综述

1．4．1 再制造装配质量研究现状

1．4．2 再制造装配质量控制的总体研究特点

1．5 研究目的和意义

1．6 论文的课题来源及总体结构框架

1．6．1 论文的课题来源

1．6．2 论文的总体结构框架

1．7 本章小结

第二章 再制造装配不确定性内涵和测度

2．1 再制造装配不确定性的内涵

2．1．1 再制造零部件的质量属性不确定性

2．1．2 再制造装配不确定性的特点

2．1．3 再制造装配不确定性的结构关系

2．2 再制造装配不确定性的界定

2．3 不确定性测度尺度选择

2．3．1 生产系统不确定性的研究现状

2．3．2 熵模型测度

2．4 应用实例

2．4．1 再制造缸体缸盖密封性影响因素分析

2．4．2 方法概述

2．4．3 不确定性测度

2．4．4 神经网络系统结构

2．4．5 实例分析

2．5 再制造装配不确定性的启示

2．6 本章小结

第三章 再制造装配质量耦合机理研究

3．1 装配过程状态空间模型

3．2 参数估计

3．2．1 基于RLS的参数估计数学模型

3．2．2 基于RLS参数估计的优点

3．3 再制造装配质量传递函数

3．4 再制造装配质量解耦控制模型

3．5 本章小结

第四章 面向不确定性的再制造分级选配方法

4．1 零部件装配尺寸不确定性测度

4．1．1 不确定性测度函数

4．1．2 装配尺寸不确定度的耦合计算

4．2 分级选配优化方法

4．2．1 方法总体架构

4．2．2 分级选配决策分析

4．3 再制造零部件尺寸精度数学模型

4．4 再制造零部件分级选配模型

4．4．1 再制造分级选配的约束

4．4．2 再制造分级选配的优化函数

4．5 模型求解

4．5．1 标准PSO算法

4．5．2 粒子编码和初始化

4．6 实例分析

4．6．1 企业需求

4．6．2 实际应用

4．7 本章小结

第五章 再制造装配过程在线质量控制方法

5．1 再制造装配工位工艺操作修正

5．2 再制造装配过程在线质量动态规划

5．2．1 在线质量控制方程

5．2．2 基于动态规划的质量控制模型

5．3 再制造装配过程在线质量校正

5．4 应用实例

5．4．1 企业需求

5．4．2 再制造曲轴装配在线质量控制

5．4．3 在线质量控制的优点

5．5 本章小结

第六章 再制造装配质量控制平台

6．1 再制造装配质量控制平台概述

6．1．1 平台总体框架

6．1．2 管理模式

6．2 关键技术

6．2．1 再制造装配不确定性界定技术

6．2．2 再制造装配不确定性测度技术

6．2．3 在线质量控制技术

6．2．4 再制造装配过程在线质量控制专家系统

6．3 原型系统

6．3．1 系统需求分析

6．3．2 原型系统介绍

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

攻读博士学位期间的学术活动及成果情况