制造具有类似于公差叠加的尺寸要求的零部件的方法

摘要

本发明涉及一种制造零部件的方法，其中，每个零部件必须满足关于所述零部件的具体尺寸的总体尺寸要求，该总体尺寸要求类似于公差叠加，该公差叠加包括至少两个公差，每个公差对应于该零部件的特征尺寸，其中：总体尺寸要求是固定的，以便零部件的具体尺寸具有位于在一个或多个统计标准的基础上构建的总体接受范围中的平均值μ0和标准偏差

说明书

技术领域

本发明涉及在工业环境中例如在航空工业中的统计指标的使用，以尤其是便于监控和控制零部件的制造。

背景技术

零部件尤其是机械零部件在工业环境中的制造遇到两个相反的制约因素：具体来说，在一方面提高制造生产量和数量，在另一方面增加质量要求，这在航空领域尤其如此。

现今对所制造的所有零部件进行质量控制是不可能的，除非显著地削弱制造生产量。因此，通常使用统计制造指标从关于作为样本的有限数量零部件的质量的具体信息推导出关于所制造的一组零部件的质量的总体信息。

除了在生产结束时可以对具有有限数量零部件的样品进行控制之外，通常也可以在生产过程中进行检查，以便能够可选地调控生产流程，即调整制造条件，以确保所制成的零部件继续符合所要求的质量标准。在某些情况下，生产过程中的这些统计控制会导致生产完全停止，尤其是如果所生产的零部件存在过多的质量缺陷并且制造流程必须完全重新预置时。

关于所制造的零部件的特征尺寸执行质量控制。该特征尺寸可以是例如零部件的特定尺寸、零部件质量或所述零部件的任何其它可测量的特征。

为了执行统计控制，接连地获取多个样品，每个样品包括制造流程的多个零部件，然后测量所获取样品的每个零部件的特征尺寸。先前所选的用于监控制造流程质量的统计指标的值是从所获取样品的零部件的特征尺寸的不同测量值计算得出的。

存在各种可用于监控零部件的制造流程的进展的统计指标，每个统计指标均给出不同的信息，以便用这样或那样的方式调整制造条件。

被用于监控工业制造过程的大多数统计指标是从在多个零部件上所测量的特征尺寸的平均值μ和标准偏差σ计算得出的。更准确地说，μ对应于所测量的特征尺寸相对于用于该特征尺寸的参考值的偏心的平均值。

一个示例是标记为Cc的定心系数，其表示在公差区间IT内对平均值μ的变化强加的限制。公差区间IT是特征尺寸的极限容许值之间的偏差，因此公差区间IT被计算为所测量的特征尺寸的较大公差TS和较小公差TI之间的差，即IT＝TS-TI。定心系数Cc通常由以下公式定义：

还可以通过研究表征该方法的实际性能相对于优选性能的能力指数来控制制造过程。这些指数实际上测量了制造过程的能力，使得制造过程的零部件的特征尺寸在优选的公差区间IT内。

例如，可以参照能力指数法Cp，能力指数法Cp表示制造方法精确地并且重复地制造零部件的能力。能力指数Cp越大，完成的零部件越相似，然而如果能力指数Cp较低，则产品将被分散。能力指数法Cp通常由以下公式定义：

这种能力指数法Cp的缺点在于，正结果(即，高)也可以对应于在公差范围之外的产品。事实上，制造流程的工业一致性取决于范围，也就是说，不仅取决于其离散度，而且取决于其平均值相对于公差区间IT的位置。因此，所使用的另一个能力指数是能力指数Cpk，其表示离散度，还表示将产品定在相对于公差范围的中心。在这种情况下，当能力指数Cpk高时，这意味着产品可以被重复并且产品也被定在公差区间IT的中心，也就是说，很少存在零部件在公差之外被制造的风险。能力指数Cpk通常由以下公式定义：

当然，还存在其他具有特定属性的统计指标，并且该统计指标可以根据需要被使用以调控制造过程。

然而，机械零部件的制造常常非常复杂，涉及多个制造步骤和许多特征尺寸，该制造步骤和特征尺寸必须被调整和控制，以便最终零部件符合优选的制造标准。

通过这种方式，当对要制造的零部件存在特定的尺寸要求时，该功能要求通常与零部件的具体尺寸相关，零部件的具体尺寸通常是接连发生不同制造步骤例如接连发生不同的机械加工的结果，其对应于同样数量的中间特征尺寸。在这种情况下，这种总体尺寸要求可以类似于公差叠加，其中每个尺寸对应于零部件的特征尺寸。

用于监控这种零部件的生产的可能性之一可以包括专注于所述总体尺寸要求并且仅控制相应的具体尺寸，也就是说，零部件被一次性完全加工。但这种生产监控并不令人满意，因为它只验证或排除生产，并且在制造过程中不能校正机械加工。

因此，在制造过程中具有预测测量值和校正测量值的更通用的生产监控包括控制公差叠加的形成具体尺寸的不同特征尺寸。通过这种方式，如果特征尺寸中的一个从相应的接受域偏离，使得最终零部件具有可接受的具体尺寸，则在制造零部件时可以例如通过参与机械加工校正对该零部件进行作用，以便生产出可接受的最终零部件。

问题在于，有一些特征尺寸的形成不可控制或者最低限度地可控制和/或这一些特征尺寸在被实施之后不能被矫正或最小程度地被矫正。在这种情况下，最终零部件的具体尺寸在生产过程中不能被完全控制，除了对制造是可控制的不同特征尺寸强加高度受限的接受域之外，这增加了制造过程中零部件的返工率和/或矫正率。

因此，本发明的目的是提供一种零部件的制造流程的监控方法，该监控方法解决了上述缺点中的至少一个。

具体地讲，本发明的目的是提供一种零部件的制造流程的监控方法，该监控方法必须满足零部件在制造期间具有较低返工率和/或较低矫正率的总体尺寸要求。

本发明的目的是尤其是提供一种跟踪零部件的制造流程的改进方法，该方法必须满足总体尺寸要求，并且其中特征制造尺寸之一不可控制或勉强可控制和/或该尺寸不能被矫正或勉强可被矫正。

发明内容

由于这个原因，提出了一种制造利用制造装置生产的零部件的方法，其中，每个零部件必须满足关于所述零部件的具体尺寸的总体尺寸要求，所述总体尺寸要求类似于公差叠加，该公差叠加包括至少两个尺寸，每个尺寸对应于所述零部件的特征尺寸，其中：

-该总体尺寸要求是固定的，以便零部件的具体尺寸具有在由一个或多个统计标准构建的总体接受域中的平均值μ_G和标准偏差σ_G；

-从包括公差叠加的特征尺寸之中选择参考尺寸，并且从零部件的样品计算得出所述参考尺寸的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref，所述零部件的样品从利用制造装置生产的零部件之中获取；

-从总体接受域并且从为参考尺寸而计算得出的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref计算得出公差叠加的其他特征尺寸的接受域，该接受域利用统计标准或者与总体接受域相同的统计标准来构建；

-在没有核实参考尺寸的情况下，通过利用为公差叠加的其他特征尺寸而计算得出的接受域来控制零部件的制造，通过调整制造装置的调控参数，以便公差叠加的其他特征尺寸中的每一个被包括在相应的计算得出的接受域中。

零部件的制造优选地通过执行以下用于所获取的零部件的每个样品的接连的步骤而被控制：

-测量关于所述样品中的每个零部件的除了参考尺寸之外的其他特征尺寸；

-计算关于其他所测量的特征尺寸中的每一个的平均值μ_i和标准偏差σ_i；

-调整制造装置的调控参数，以便公差叠加的其他特征尺寸中的每一个具有在相应的计算得出的接受域中的平均值μ_i和标准偏差σ_i。

优选地，所提出的每个步骤被自动化地执行。

特征尺寸的测量步骤可利用例如包括传感器的测量装置执行，以便执行对零部件的具体尺寸的自动化测量。

计算步骤可以通过任何合适的计算装置例如诸如处理计算机数据的装置例如计算机来进行。

调控步骤可以通过调控装置例如用于对源自计算步骤的数据进行求积分和处理的积分处理装置来进行，以便校正生产中检测到的任何偏差并且校正生产流程。具体来讲，调控装置被设置成校正零部件所源自的生产装置的输入参数。

因此，优选地，调控装置调整用于制造零部件的制造装置的调控参数，以便公差叠加的一些特征尺寸具有在相应的计算得出的接受域中的平均值μ_i和标准偏差σ_i。

优选地，虽然是非限制性的，但是该方法的被单独或组合采用的方面如下：

-公差叠加的其他特征尺寸的接受域是从形成用于具体尺寸的总体接受域的平均值μ_GL和标准偏差σ_GL的极限值并且从为参考尺寸而计算得出的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref计算得出的。

-公差叠加的其他特征尺寸的接受域通过采用μ_i＝μ_GL-μ_ref和来计算得出，其中μ_i和σ_i分别为对应的特征尺寸的平均值和标准偏差。

-公差叠加的其他特征尺寸的接受域的极限通过为所使用的一个或多个统计标准采取最严格的数值极限来计算得出。

-不同的接受域被示出在控制图形(μ；σ)上，所述控制图形以特征尺寸的平均值μ作为横坐标并且以特征尺寸的标准偏差σ作为纵坐标，并且该不同的接受域根据用于总体尺寸要求的一个或多个统计标准的极限来构建。

-公差叠加的其他特征尺寸的接受域根据以下接连的步骤被图形化地构建：

○根据为参考尺寸而计算得出的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref对控制图形(μ；σ)中的总体接受域施加变换；

○通过为所使用的一个或多个统计标准采取最严格的数值极限来外推得出为构建公差叠加的其他特征尺寸的施加域而变换的总体施加域。

-控制图形(μ；σ)被显示在控制监视器上。

-总体接受域从以下统计指标之中选择的一个或多个统计指标来构建：

○由以下公式定义的第一能力指数Cpk：

○由以下公式定义的第二能力指数Cp；

○由以下公式定义定心系数Cc：

其中：

○μ为在多个零部件上所测量的特征尺寸的平均值，且σ为在多个零部件上所测量的特征尺寸的标准偏差；

○TS为所测量的特征尺寸的上限公差；

○TI为所测量的特征尺寸的下限公差。

-所选的参考尺寸对应于来自于包括公差叠加的不同特征尺寸之中的具有最不可控制的制造参数的特征尺寸。

根据该方法的优选的实施例，公差叠加只包括两个尺寸，所述两个尺寸分别对应于零部件的第一特征尺寸和第二特征尺寸，其中：

-参考尺寸对应于公差叠加的第一特征尺寸；

-公差叠加的第二特征尺寸的接受域从总体接受域并且从为第一特征尺寸而计算得出的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref计算得出，接受域利用统计标准或者与总体接受域相同的统计标准来构建；

-在没有核实第一特征尺寸的情况下，通过利用为公差叠加的第二特征尺寸而计算得出的接受域，例如通过调整制造装置的调控参数来控制零部件的制造流程，以便公差叠加的第二特征尺寸被包括在相应的计算得出的接受域中。

附图说明

本发明的其它特征和优点将通过下述说明来呈现，下述说明仅仅是说明性而非限制性的，并且有必要参考附图来阅读，在附图中：

-图1概略地示出了在机械零部件的通道截面中沉积热阻隔层的特定示例中，由于根据多个特定特征尺寸的尺寸要求而引起的限制；

-图2为概率密度的图形，其示出了热阻隔层的变化性；

-图3为(μ；σ²)的图形，其示出了在沉积阻隔层之前和之后的通道截面的演变；

-图4是(μ；σ²)的图形，其示出了根据阻隔层的统计值和在沉积阻隔层之前的通道截面的接受域的统计值来确定在沉积阻隔层之前的通道截面的接受域；

-图5是(μ；σ)的图形，其示出了根据阻隔层的统计值和在沉积阻隔层之前的通道截面的接受域的统计值来确定在沉积阻隔层之前的通道截面的接受域；

-图6为(δ；σ)的图形，其示出了用于确定在沉积阻隔层之前的通道截面的接受域的最终外推步骤。

-图7为示出了一体化控制和调控生产零部件样品的生产链的图形。

具体实施方式

本发明的总体原理包括掌握与针对公差叠加的尺寸特征有关的尺寸要求，其中每个尺寸对应于零部件的特征尺寸。

从形成公差叠加的不同特征尺寸之中，可以认识到，特征尺寸的机械加工是最不可控制的和/或特征尺寸的矫正是最难的。该特征尺寸被选择和充当用于监控零部件生产的参考，因此被称为参考尺寸。

尽管具有相同的输入参数和相同的制造条件，但是勉强可控制或者不可控制的机械加工仍是具有非常随机的结果的机械加工。

公差叠加的其他特征尺寸充当调整变量，该调整变量用于通过将参考尺寸的值考虑在内来满足需要的尺寸要求。

最终装配会确定其通过统计公差认可的一致性，该统计公差包括例如定心系数Cc和能力指数Cpk。通过这种方式，将非受控尺寸(称为参考尺寸)不仅在平均值的偏心方面而且在登记值上产生的离散度方面对最终装配的影响考虑在内是有利的。

通过这种方式，根据所提出的监控方法，从在制造流程中获取的零部件的样品计算得出所选的参考尺寸的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref，其中，μ_ref是在涉及参考尺寸的样品上测量的偏心δ的平均值，以及σ_ref是在样品上测量的标准偏差。

总体尺寸要求是固定的，以便零部件的具体尺寸具有包含在由一个或多个统计标准构建的总体接受域中的平均值μ_G和标准偏差σ_G。总体接受域可以例如由定心系数Cc和能力指数Cpk构建，其目的是使值包含在一定极限内。

鉴于零部件的具体尺寸的总体接受域在生产方面是可接受的并且已经计算了参考尺寸的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref，可以为公差叠加的其他特征尺寸计算接受域，该接受域优选地利用统计标准或者与总体接受域相同的统计标准来构建。

通过这种方式，将特征尺寸或其他特征尺寸控制在现在所计算的接受域内确保了具体尺寸也保持在其总体接受域中，并因此遵守零部件的尺寸要求，从而验证所分析的零部件。

因此，通过仅利用为公差叠加的其他特征尺寸而计算得出的接受域来控制零部件的制造流程，而无需在监控期间核实参考尺寸。

这种方法是特别有利的，因为这确保了对可以是复杂的整体尺寸要求的遵守，而不需要对与特征尺寸有关的事物太严格，因为该方法不仅考虑了参考尺寸的平均值μ_ref而且考虑了参考尺寸的标准偏差σ_ref。

作为优选的，公差叠加的其他特征尺寸的接受域是从形成用于具体尺寸的总体接受域的平均值μ_GL和标准偏差σ_GL的极限值并且从为参考尺寸而计算得出的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref计算得出的。

根据特定的实施例，公差叠加的其他特征尺寸的接受域通过采用μ_i＝μ_GL-μ_ref和来计算得出，其中μ_i和σ_i分别为相应的特征尺寸的平均值和标准偏差。

根据该计算结果，公差叠加的特征尺寸的接受域的极限可以通过对所使用的一个或多个统计标准采取最严格的数值极限来限定。

所计算得出的接受域优选地对于公差叠加的所有其它特征尺寸是有效的。

在公差叠加仅包括两个尺寸的实施例中，公差叠加的两个特征尺寸之一被当作参考尺寸，然后从总体接受域并且从为参考尺寸而计算得出的平均值μ_ref和标准偏差σ_ref计算得出公差叠加的另一个特征尺寸的接受域，该接受域优选地利用统计标准或者与总体接受域相同的统计标准来构建。然后，通过使用为公差叠加的第二特征尺寸而计算得出的接受域来控制零部件的制造流程，而无需核实参考尺寸。

以下将参考生产用于航空领域中的发动机的可动叶片或者其通道截面必须被热阻隔层覆盖的任何类似的零部件的特定的但非限制性的示例来描述本发明。

这种热阻隔层显著地影响这些叶片的通道截面。许多叶片的通道截面形成统计限定的对象，该统计限定由与总体尺寸要求相符的产品的最终使用而被强加。

热阻隔层的沉积的方法虽然通常是可重复的，但难以控制，甚至更多的是难以矫正。由于这个原因，当观察到相对于强加在通道截面上的统计标准的不一致时，对热阻隔层的沉积进行作用通常是不可能的。唯一的可能性是在机械加工之后和在沉积热阻隔层之前对零部件的通道截面的值进行作用，这通过有区别地机械加工零部件的足部是可能的。

对于在沉积热阻隔层之前的通道截面，在计划中记录有名义值和公差，但是该名义值和这些公差呈现了热阻隔层的标准沉积，这最终将导致即在具体尺寸的总体接受域中的适合的通道截面。

当在沉积热阻隔层期间观察到与规格有偏差时(或者在沉积热阻隔层方面，规格已经被改变而没有改变最终的需求)，对在沉积热阻隔层之前的该名义值和这些公差的遵守引起在热阻隔层之后的通道截面的不一致性。因此，必须知道在沉积热阻隔层之前必须对零部件的通道截面所施加的新的名义值和新的公差，以便遵守关于生产的一致性的个别标准和统计标准。

这个问题被示出在图1中，图1示出了在热阻隔层之前的通道截面10的变化性1，热阻隔层20的变化性2以及在热阻隔层之后的通道截面30的变化性3。在图1中显而易见的是，由于热阻隔层的沉积引起通道截面更小，这是合乎逻辑的，但最重要的是由于热阻隔层的变化性引起通道截面更加分散。

在通道截面中沉积阻隔层的这个特定示例可以类似于具有两个链接的公差叠加，其中链接之一(所沉积的热阻隔层的厚度)是不可控制的，而链接中的另一个(在沉积热阻隔层之前的通道截面)有助于充当调整变量，以最终确保装配的一致性。

最终装配将确定其通过统计公差认可的一致性，该统计公差典型地包括Cpk和Cc。这就是为什么重要的是将不受控制的尺寸不仅在平均值的偏心方面而且在记录值上产生的离散度方面对最终装配的影响考虑在内的原因。

对在热阻隔层之前的具有平均值μ_{SdP>和标准偏差σSdP>作为其特征的通道截面的值进行汇编，其中热阻隔层的沉积导致堵塞了具有平均值μBT<0(因为阻隔层的沉积减小了通道截面)和标准偏差σBT作为其特征的通道截面，以形成最终通道截面，该最终通道截面具有平均值μSdP>和标准偏差σSdP>作为其特征，该平均值μSdP>和标准偏差σSdP>必须符合在以下关系中所说明的一些标准：}

μ_{SdP>＝μSdP>+μBT}

可以使用一种称为“计划方差-偏心”的图形工具，其中偏心的平均值μ被标为横坐标并且方差(即标准偏差σ的平方)被标为纵坐标。在这个图形中，每个群体因此都被一个点说明。

以上关系说明的事实在于，热阻隔层的沉积的结果是将平移坐标(μ_BT；σ²_BT)的向量的方差-偏心平面图中的零部件的通道截面的群体。

如果考虑了由平均值μ_BT和标准偏差σ_BT表征的例如图2中所示出的热阻隔层20的变化性，则方差-偏心平面图中的平移可以被表示在图3的图形上，其中点4对应于在热阻隔层之前的通道的截面，而点5对应于在热阻隔层之后的通道的截面。

所提出的技术方案包括根据制造计划中列出的统计标准在方差-偏心图中表示包含在沉积容许的热阻隔层之后的通道的截面的所有群体的接受域。

通常，如果统计标准由小于1的Cpk和Cc组成，则该接受域D1类似于通过壁而吊起的帐篷，如图4所示。该接受域D1然后通过向量而偏移以产生接受域D2，通道截面的群体应在沉积热阻隔层之前位于接受域D2中，以便在沉积热阻隔层之后(在该图中由向量的平移体现)符合包含在计划中的“在沉积热阻隔层之后的通道截面”标准。

如在图4的图形中观察到的，以这种方式构建的用于在沉积热阻隔层之前的通道截面的接受域D2容许更大的通道截面(因为热阻隔层的作用是将阻塞通道截面)，但是被更少地分散(因为通过沉积热阻隔层产生的分散体被加到最初存在于在沉积热阻隔层之前的群体中的分散体)。

为了更容易地对接受域进行图形阅读，优选的是，使用标准的偏差-偏心类型的图表，也称为图(μ；σ)，其中，偏心平均值μ被标为横坐标，并且标准偏差σ被标为纵坐标。

在这种类型的图形中，统计标准的表示以及它们各自限定不同的接受域的接受极限更简单，因此执行就容易得多。

例如，在这种类型的图(μ；σ)中，iso-Cc由垂直直线表示，并且iso-Cpks通过在公差水平线处切割横坐标的轴线的斜直线表示。

通过这种方式，由定心系数Cc和能力指数Cpk限定的总体接受域D_G即在沉积热阻隔层之后的通道截面的接受域具有如图5中所示的房屋的外观。

但是在本文中，热阻隔层的沉积对由该图中的点示出的群体的影响与总体接受域的简单平移不相似。

因此，通道截面的值的接受域D_{i_inter}在沉积热阻隔层之前通过采用以下公式计算：

μ_{SdP>＝μSdP>-μBT}

因此，用于构建该域的方差-偏心穿过该图，并且它在图μ-σ中被转换，以量化其在公差Cc和Cpk方面的极限，如图5中所示的。

在平面图μ-σ中以这种方式计算的新的接受域D_{i_inter}不再与初始域具有相同的形状，因为它不是总体接受域的简单移动。

例如，当通过施加Cpk和Cc来构建在沉积热阻隔层之后的接受域时，在平面图μ-σ中的在沉积热阻隔层之后的接受域D_G具有房屋的形状，而在通过上述方法构建的在沉积热阻隔层之前的接受域D_{i_inter}类似于通过两个壁而吊起的交叉拱顶，如在图5中观察到的。

如果目的是通过与在沉积热阻隔层之后的通道截面所用的统计标准类似的统计标准即定心系数Cc和能力指数Cpk来界定在沉积热阻隔层之前的接受域，就足以在交叉拱顶中内接出一房屋并计算优选的接受域D_{i_final}(参见图6)。该接受域D_{i_final}的确定可以通过计算或外推图形来完成。

所提出的方法是特别有利的，因为它考虑了有缺陷的过程(即制造的尺寸最小程度地被控制和/或最小程度地被矫正)不仅在偏心的平均值方面而且在离散度方面的影响。

初始自然的推理导致在热阻隔层之前的名义值从在热阻隔层的沉积中观察到的偏差的平均值简单地“脱除”。

在通道截面具有沉积的热阻隔层的上述示例中，所提出的方法考虑了在所沉积的热阻隔层的厚度上观察到的变化性对通道截面有影响的事实。这防止了相对于统计要求的良好生产-在由在所沉积的热阻隔层上观察到的平均偏差而偏移的框架中-被认定为在沉积热阻隔层之后是差的情况，因为热阻隔层的分散导致该良好生产被认为在沉积热阻隔层之后的统计要求方面是不可接受的。

所提出的方法可以在零部件的可以完全或部分自动化的制造链中被执行，其中在生产期间的检查调控制造流程即调整制造条件，以确保所制造的零部件继续符合所要求的质量标准。

图7给出了这样的制造链的示例，其中使用例如诸如5-轴机器的机械加工装置来根据具体指令制造零部件。具体指令可以例如涉及整体尺寸要求。当然可以使用不限于加工零部件的制造装置来取代机械加工装置。

在这种自动化生产链中，零部件在离开机械加工装置时被取出以形成样品并且零部件被输送到测量装置，该测量装置测量所取出的样品的每个零部件的一个或多个特征尺寸。这样的测量装置可以例如是具有传感器的三维测量装置，其自动测量每个零部件的优选特征尺寸。

然后，源自测量装置的测量数据被传输到计算装置，该计算装置处理该测量数据，以计算表示零部件的特征尺寸之一的一个或多个统计指标。

然后，将统计指标的计算值与关于特征尺寸的参考指令进行比较，以调控制造流程。更准确地说，该比较的结果可选择地调整机械加工装置的输入参数。

如果注意到偏差(意味着误差)，例如，如果关于特征尺寸的统计指标的值在由参考指令定义的可接受范围之外，则由校正器确定校正测量值，以调整机械加工装置的输入参数。修改机械加工装置的输入参数的目的是校正注意到的偏差，以便关于特征尺寸的统计指标的值再次在可接受的范围内。