基于故障模式的外部质量控制(pdf 6页).pdf

文章编号 1004 132 2002 18 1570 04 基于故障模式的外部质量控制及分析 谢 强 博士研究生 谢 强 郑洪源 周 良 丁秋林 摘要 计算机辅助质量管理是企业实施先进生产模式的重要基础 提出 了一种以故障模式为基础的外部质量控制和分析的方法 论述了基于故障模 式的外部质量控制及分析的基础 分析了外部质量控制过程中产生的质量信 息的方法及基于质量信息数据库的知识发现 以及故障原因分析知识的数据 挖掘和从故障现象到故障原因的聚类挖掘 关键词 CAQ 故障模式 外部质量控制 知识发现 数据挖掘 中图分类号 TP391 文献标识码 A 收稿日期 2001 03 13 基金项目 国家863高技术研究发展计划资助项目 863 511 98 092 随着社会经济和生产力的发展 贸易竞争日 益激烈 工业产品质量水平已直接反映了国民经 济发展的水平和速度 因而 被认为是 质量新时 代 1 对一个制造企业而言 质量是最有力的竞 争武器 是企业生存和发展的关键 计算机辅助质 量系统 CAQ 是企业成功实施C I M S工程和其 它先进生产模式的基础 目前 世界上还没有适应各类企业通用的 CAQ系统 不同的企业一般根据本企业的实际需 求设计 开发和运行适合本企业的CAQ系统 国 内外专家学者对质量管理的研究一般重点在于企 业内部质量控制 本文重点论述企业外部质量控 制的方法和意义 1 故障模式 制造企业的产品普遍存在售后服务问题 尤 其是大型机械产品需要经常维护 企业在长期的 客户服务过程中积累了大量的经验 将这些经验 转换成企业的知识是十分重要的 故障模式就是 将产品发生故障时所表现出来的现象总结归纳成 真正的故障原因 故障模式库是质量管理系统标准信息库中的 关键库之一 对于故障现象进行归类整理形成的 故障模式也是企业的宝贵资源 在服务过程中 用 户对于产品故障的描述往往是从故障的现象进行 描述 在许多情况下故障现象仅仅是问题的外在 表现 企业可以根据经验和相关技术标准将故障 现象对应的故障原因进行归纳整理 形成标准的 故障模式库 一条典型的故障模式包括以下部分 1 故障编码 标识该条故障模式 2 故障统计码 用于统计分析 用户可以根 据实际情况确定统计的粒度 3 故障级别 可以分为轻度故障 一般故 障 严重故障和致命故障 4 故障父类码 故障模式的结构采用树型 结构组织 并明确相互间的逻辑关系 5 零部件类型编码 标识该条故障模式对 应零部件类 6 服务时间 h 该条故障对应一般维修 服务时间 7 故障原因 故障发生的本质原因 8 故障现象 该故障原因对应常见故障现 象即故障表现形式 其中 1 2 4 7 是系统的关键内容 是 实现故障信息处理的基础 在实现中 故障模式的 逻辑结构常采用树型结构 故障模式库的初始化 数据主要根据企业的历史经验数据 故障模式库 的维护可以自动维护也可以人工维护 信息来源 主要是用户反馈中的新故障现象 2 外部质量控制过程 许多质量专家对企业内部质量控制提出了很 多方法 而大多数制造企业对产品的质量控制注 重于产品的设计 生产等内部过程 这对于提高产 品质量是必要的 然而 产品交付用户使用后难免 不发生故障 即使产品设计和生产过程质量都严 格控制 也会因为用户的使用不当 或者使用条件 恶劣等原因发生故障 传统的外部故障处理大多是企业收到用户反 馈信息后 派出服务人员到现场临时处理出现的 问题 本文提出的控制过程是在派出服务人员之 0751 中国机械工程第13卷第18期2002年9月下半月 前对用户反馈的信息进行分析 预先初步确定处 理方法 然后再进行解决 外部质量控制过程的系 统功能流程见图1 图1 外部质量控制系统功能流程图 1 信息接收 用户反馈信息的途径可以是 传统的电话 传真 来人等方式 也可以通过In2 ternet 用电子邮件或者是企业的网站进行故障信 息反馈 企业的质量专家首先通过企业销售信息 确定正确的用户对象 排除不必要的干扰信息 2 信息预处理 接收到用户反馈故障信息 后 对这些信息进行预处理 初步诊断故障原因 做出服务决策 企业质量专家可以参照该用户的 历史服务信息 以及用户反馈的故障描述初步判 断故障原因 根据产品配置可以初步确定发生故 障的部件 有些部件如是配套厂家生产的 可以通 知配套厂家去服务 总之经过信息的处理 可以为 服务人员提供相对准确的信息 以供服务人员做 好相应的准备工作 3 用户服务 服务人员到现场对用户进行 服务 解决实际问题 收集用户对产品的意见和建 议 4 信息整理 对用户服务结束后 对于这次 服务的信息进行整理 形成一条准确的质量信息 是非常重要的 质量专家在分析这些信息的基础 上 做出正确的判断 同时将有价值的用户建议进 行归纳存档 一条完整的质量信息由两部分组成 总体信 息由服务编号 产品编号 用户编号 反馈时间 信 息来源 故障级别 故障陈述 记录用户的描述 服务人员 服务效果 用户评价 服务时间 服务 结果 企业自己评价 用户建议等组成 明细信息 由服务编号 部件编码 部件编号 故障模式编码 处理方式 处理结果 服务费用等组成 3 质量信息的分析 可以从3个方面来分析产品的质量问题 生 产质量指标 阶段性可靠性指标 以月为考核单 位时间 分析该月生产的产品质量情况 进而对该 月的生产情况进行评价 销售质量指标 计算质 量 以月为考核单位 用于考核该月销售的产品 质量 一般计算三包期内发生故障的产品质量信 息 服务质量指标 即时质量波动指标 一般考核 当月的产品质量情况 为了论述方便 假设产品的三包期为6个月 定义变量如下 IN UM为当月入库数量 当月生产量 O N UM为当月出厂数量 当月出厂为厂内销售和 发往分销商的产品数量之和 SN UMi为第i月 销售数量 第i月本厂和分销商的销售量之和 i 0 1 6 FN UM为反馈台数 指反馈故障 信息的产品数量 如果一台产品有多次反馈只算 一次 FT IM E为反馈台次 指反馈故障信息的 产品次数 如果一台产品有多次反馈就算多次 FEED0为轻度反馈 根据反馈的故障模式 确定 是轻度反馈的数量 FEED1为一般反馈 根据反 馈的故障模式 确定是一般反馈的数量 FEED2 为严重反馈 根据反馈的故障模式 确定是严重反 馈的数量 FEED3为致命反馈 根据反馈的故障 模式 确定是致命反馈的数量 以上变量均可根 据生产数据和质量反馈统计出 并可计算如下 销售率 6 i 0 SN UMi ON UM 1 预期指数 I 6 i 0 i 1 SN UMi 6 i 0 SN UMi 2 产品反馈率 Ks FN UM 6 i 0 SN UMi 3 故障点反馈率 Kd 3 i 0 FEEDi 6 i 0 SN UMi 4 加权反馈率 Kj 3 i 0 aiFEEDi 6 i 0 SN UMi 5 式中 ai为加权系数 其它2个指标的计算方法类似生产质量指 标 通过对这些指标的分析 可以画出产品质量K 1751 基于故障模式的外部质量控制及分析 谢 强 郑洪源 周 良等 线图 即Kd Kj形成的曲线图 4 基于质量信息数据库的知识发现 4 1 基于质量信息数据库知识发现的总体结构 近年来 数据库技术得到了广泛的应用 许多 企业纷纷建立了自己的数据库 积累了大量的数 据 但是 数据库的应用大多限于查询有关的数 据 数据库的作用并没有得到充分的发挥 因此 人们开始研究从庞大的数据库中发现有用的知 识 提高信息的利用率 数据库中知识发现就是指 提取数据库中蕴涵的 新颖的 非平凡的 可理解 的 有潜在应用价值的模式 2 质量信息对企业来 说是非常宝贵的资源 可以从这些信息中挖掘出 大量的有价值的知识 质量信息数据库中知识发 现的过程见图2 图2 质量信息数据库中的知识发现过程 在这个过程中 数据挖掘是一个非常重要的 步骤 主要目标就是利用质量信息数据库中的信 息预测其它蕴涵的信息 找出易于人们理解的模 式去描述数据库中的数据 按照故障模式采集的 数据信息是比较规范的 对于企业建立知识库相 对容易一些 在质量信息数据库中可以挖掘出大 量的有关供应商 外协厂家 用户 产品等的知识 这些知识对于企业持续改进产品设计 选择供应 商 提高服务质量等起指导作用 4 2 质量信息数据库的数据挖掘 数据库中的知识发现的关键步骤就是数据挖 掘 现在已有很多数据挖掘方法 如决策树法 神 经网络法 粗糙集法 概念树法等 对于质量信息 数据库的数据挖掘来说 关键是从大量的服务信 息中挖掘故障原因分析知识和故障处理知识 从 而积累形成质量知识库 故障原因分析知识和故 障处理知识都可以表现为决策树的形式 因此 我 们可以采用决策树的数据挖掘法 国际上最有影响和最早的决策树方法是 Q uinlan研制的I D3方法 它对越大的数据库效果 越好 在I D3方法的基础上 后人又发展了各种决 策树方法 在我国 类似的方法主要有陈文伟 3 主持开发的I BEL方法 该方法的主要思想是利 用信息论中的信道容量 寻找数据库中信息量从 大到小的多个字段的取值 建立决策规则树的一 个结点 再根据所有字段取值的权值之和与2个 阈值比较 建立左中右3个分支 在各分支子集中 重复建树结点和分支的过程 即可建立决策规则 树 基于质量信息数据库的数据挖掘如下 1 故障原因分析知识的数据挖掘 从质量 信息数据库中抽取一段时间的故障信息组成数据 项集D 由故障现象组成的集合为P 由故障原因 组成的集合为R 在故障现象集中选取典型的故 障现象pn 从数据项集D中选择包括故障现象pn 的数据项集Dn 计算数据项集Dn中的故障原因 图3 故障现象pn的原 因分析树 Ri的支持度 按大小排 序 其中支持度越大的 表示对应于故障现象pn 的可能性越大 由此方 法可以确定pn的故障原 因分析树 见图 3 C表 示故障处理办法 2 从故障现象到 故障原因的聚类挖掘 相似的抽取故障信息组 成数据项集D 由故障现象组成的集合为P 由故 障原因组成的集合为R 在故障原因中任选取一 条故障原因rj 从数据项集D中选择包括rj的数 据 项 集Dj 给 定 最 小 支 持 度m insup 运 用 图4 故障原因rn的故 障现象 AprioriT id算法 寻找 所有大于m insup的故 障现象大数据项集合 Pj 则大数据项Pj表示 对于故障原因rj可能的 故障现象 见图4 3 故障处理知识 的举例 对于某故障件可以形成图5所示的故 障处理决策树 图5 故障处理决策树 5 应用效果 本文的思想已经应用于国家863 C I M S应用 2751 中国机械工程第13卷第18期2002年9月下半月 示范工程 徐州工程机械 集团 公司徐州装载 机厂C I M S工程计算机辅助质量系统的设计与开 发 取得了良好的应用效果 通过计算机辅助质量 管理系统的实施 提高了企业对产品质量的更有 效控制 系统促进了企业产品的设计水平的提高 为企业选择供应商 配套商提供了大量充实的决 策支持信息 参考文献 1 林志航 计算机辅助质量系统 北京 机械工业出版 社 1997 23 24 2 田盛丰 黄厚宽 人工智能与知识工程 北京 中国 铁道出版社 1999 270 271 3 陈文伟 决策支持系统及其开发 北京 清华大学出 版社 2000 296 300 编辑 周本盛 作者简介 谢 强 男 1972年生 南京航空航天大学 南京市 210016 计算机应用研究所博士研究生 研究方向为计算机集成 制造系统 M IS C I M S 数字化工厂等 发表论文5篇 郑洪源 男 1974年生 南京航空航天大学计算机应用研究所博士研究 生 周 良 男 1967年生 南京航空航天大学计算机应用研究所 高级工程师 丁秋林 男 1936年生 南京航空航天大学计算机应 用研究所所长 教授 博士研究生导师 文章编号 1004 132 2002 18 1573 04 计算机辅助产品方案设计方法研究 姚王君 博士后研究人员 姚王君 宁汝新 张 旭 常向青 摘要 方案设计一直是传统CAD系统的薄弱环节 通过对产品方案设 计过程的研究 建立了产品的功能结构树和功能关系模型 通过引入 虚拟组 件 的概念 采用功能结构与或图实现了产品功能到结构的映射 并利用基于 实例的推理 CBR 技术 建立了基于实例的功能 结构整体映射方法 以加 快结构方案设计进程 这些方法为计算机辅助产品方案设计的实现进行了有 益的尝试 关键词 功能元 功能结构映射 虚拟组件 整体映射 中图分类号 TH122 TP391 7 文献标识码 A 方案设计是产品设计过程中最能体现人的智 慧并在很大程度上决定产品性能和成本的重要阶 段 1 这一阶段需要对产品的性能需求进行分析 和推理 以找到最佳的设计概念 并将这种设计概 念通过功能和结构之间的映射转变成合理的产品 设计方案 达到设计方案的最优化 良好的设计方 案能够大大提高产品设计成功率 降低成本 缩短 开发时间 现有的商品化计算机辅助设计系统如 I DEA S Pro E U G等多注重产品细节设计 而 缺乏对方案设计的有效支持 也就限制了这些工 具的应用范围和使用效率 本文通过产品功能分析 建立了产品的功能 结构树和功能关系模型 引入了 虚拟组件 的概 念 通过功能结构与或图实现功能结构映射 从而 得到了产品的结构设计方案 并针对某所微波元 件实例 在Pro E系统上进行开发 建立了原型 系统 收稿日期 2001 03 05 1 产品的功能分析 产品的功能是指产品的目的和用途 它体现 了一个产品为用户提供服务所产生的影响和作 用 2 用户对产品的要求是从功能出发的 因此功 能是我们设计的起点 也是产品完成的标志 产品 的功能分析是用户需求与结构方案设计之间的桥 梁 具有重要的作用 产品功能的分析过程 主要 是完成产品功能的分解和细化 找出产品功能间 的关系 形成比较具体的设计目标 这些设计目标 将用来约束产品的整个设计过程 1 1 产品的功能分解 产品的功能分解过程是产品功能需求规范由 粗到细的演变过程 根据对用户需求的分析 可以 得到对产品功能的总体描述 也即最高一级的抽 象 目标功能 再将目标功能逐级往下进行分 解 一直分解到最低一级 我们称之为 功能 元 在这里 功能元 是指该功能的实现结构已 经存在 如标准件 外购件等 无须进一步进行分 3751 计算机辅助产品方案设计方法研究 姚王君 宁汝新 张 旭等 pable of contact and non contact surface measurement which makes it suitable for a w ider range of applications Calibration results showthat the developed probe can measure larger than 500 m w ith good linearity for both contact and non contactmeasurement The vertical measurement resolution of the probe is 5nm Key words surface topography contact measure2 ment non contact measurement compound probe Study on Design M ethod forMass Custom ization forM e chan ical and Electrical Products X I AO Gang Zhe2 jiang U niversity of Technology Hangzhou China SUN Yi SHAO Jihong CHEN G Zhenbo p 154821551 Abstract The mass custom ization is considered one of the i mportant manufacture modes in the 21st century It ai m s at satisfying individual customer needs by mass production high efficiency and low cost In this paper the characteristics of mass custom ization are analyzed and the relationship between the customer and product design is studied A design method by customers on Internet is put forward and a design platform for customers is built The typical mechanical and electrical products de2 signed by the methods of modularization and parameteric are practiced successfully Key words mass custom ization Internet de2 sign by customers CAD Ti me Delay FilterDesign and ItsApplication in a Flexible Beam L I AN G Chunyan Shanghai Jiaotong U niversi2 ty Shanghai China X IE Jianying L IM ingzhi p 15522 1554 Abstract T i me delay filter technique is applied in the control of reducing residual vibration of a flexible beam T i me delay filter is designed based on the si mplified sec2 ond order system model and demonstrates that it is to add zeros at the place of system poles A series of experi2 mental results verify that residual vibration of flexible beam can be eli m inated effectively by ti me delay filter Key words ti me delay filter TDF residual vi2 bration flexible beam flexible system FTA Based FaultD iagnosis and Search Strategy for Hy draulic System of Rubber Press WAN G Yongchang Yanshan U niversity Q inhuangdao Hebei China ZHAO Jingyi ZHAN G Q isheng p 155521557 Abstract To complex structure and difficult to find fault for hydraulic system of rubber press by use of fault tree analysis search cost and fault probability are consid2 ered comprehensively to find opti mum search strategy for hydraulic system It has been applied in the fault diagno2 sis pump motors being shut down of synthetic rubber press successfully and i mproved the rapidity and veracity of fault diagnosis Key words rubber press hydraulic system fault tree analysis fault diagnosis search strategy Information M odel and Application for Fixture Design Based on Network Manufacturing L I Shuangyue Sichuan U niversity Chengdu China YI N Guofu XU L ei p 155821560 Abstract In this paper the data structure required for fixture design in an integrated process planning is dis2 cussed based on the characteristic of fixture design The Object oriented design method has been employed to de2 scribe the structure of manufacturing process information classes and manufacturing resources information classes for fixture design Themodelof fixturing process and fix2 ture resources w ithin the data structure are established The subsystem of fixturing process information and fix2 ture resource information are developed based on the in2 formation modeling and are applied effectively in network environment Key words network manufacturing fixture design information modeling process planning A Trans enterprise Logistics Information Collection Techn ique WAN G Ping Chongqing U niversity of Posts and Telecommunications Chongqing China CHEN Xingm ing L I U Fei p 156121564 Abstract The trans enterprise logistics is very i m2 portant in agile manufacturing supply chain In this pa2 per the functions and features of trans enterprise logis2 tics information are analyzed and the structure of infor2 mation collection in trans enterprise logistics is dis2 cussed Finally technique andmethod of information col2 lection in trans enterprise logistics are pointed out Key words trans enterprise logistics third part logistics postal multi purpose computer net2 work CORBA agile supply chain M odeling of theM ixed materialM ulti palletsLoading Problem GAO Jianhua Shanghai Jiao Tong U niversi2 ty Shanghai China YAN G Ruqing p 156421566 Abstract The pallet loading problem which is in the category of N P hard has been studied for many years Based upon review ing the research literatures a new con2 cept calledm ixed materialmulti pallet loading problem MMM PL P is provided according to the requirements of robotic palletizing tasks A m ixed integer programm ing model of MMM PL P is established A nd the heuristic strategy for solving the problem is given A t last a case study is used to check the validity of the model Key words pallet loading problem N P hard m ixed material multi pallet loading m ixed integer programm ing heuristic strategy Study on M icro Stereoscopic I maging of a M icroman ipu lation System L I U Chong Dalian U niversity of Tech2 nology Dalian China XU Zheng WAN G L iding WAN G Yuezong p 156721569 Abstract This paper first introduces the research background and the principle of stereoscopic i maging A c2 cording to ti me sequential i maging techniques a way of double buffer i mage refreshing is put forward the m icro stereoscopic i maging system is developed This system makes use of stereom icroscope CCD cameras and PC I i mage grabber to collect and transfer real ti me stereoscop2 ic i mages A nd the module of m icro stereoscopic i maging is developed onW indow s 98 operating system Thus the flicking which is w idespread in real ti me stereo i maging is solved and the m icro stereoscopic i maging unit w ith great practical value is accomplished Key words m icromanipulation system stereovi2 sion flicker 3D liquid crystal glass The Fault M ode Based External Quality Control and Analysis X IE Q iang N anjing U niversity of A eronau2 ticsandA stronautics N anjing China ZHEN G Hongyuan ZHOU L iang D I N G Q iulin p 157021573 Abstract Computer aided quality management is the 2 CH I NA M ECHAN ICAL EN GI N EER I N G Vol 13 No 18 2002 the second half of September i mportant base for i mplementing advanced production mode In order to tighten up the management of the ex2 ternal quality and to i mprove the product quality and service quality we advance an external quality control and analysismethod based on the faultmode Firstly we discuss the constitution of the qualitymode Thenwe dis2 cuss the external quality control process based on the fault mode and give a method to analyze quality informa2 tion produced w ith the external quality control process A t last we discuss the know ledge discovery based on quality information database Key words CAQ fault mode external fault control know ledge discovery data m ining Study on Computer A ided Product Scheme Design M eth ods YAO Jun Beijing Institute of Technology Bei2 jing China N I N G Ruxin ZHAN G Xu CHAN G Xi2 angqing p 157321576 Abstract Scheme design is as all along aweak part of the traditional CAD On the basis of study on product scheme design process in this paper product function structure tree and function relation model are eslabtished by introducing the concept of V irtual Component and by using function structureAND OR graph to i mplement the mapping from function to structure U sing case based reasoning CBR a case based function struc2 ture holistic mapping method is proposed to expedite the process of scheme design These methods make a good attempt for i mplementing computer aided product scheme design Key words function cell function structure map2 ping virtual component holisticmapping Design of a Compliant Man ipulator with Nano M eter Range Resolution YU Jingjun Beijing U niversity of A eronautics and A stronautics Beijing China ZON G Guanghua B I Shusheng ZHAO W ei p 157721580 Abstract In view s to material geometry flexure hinges actuator load and fabrication of a compliant ma2 nipulator the design guidelinesof compliantmanipulators for precision applications are proposed In addition a de2 sign method available for compliant mechanism s is given A ccording to these guidelines and the method described above compliantmanipulator prototypesw ith nano me2 ter range resolution are designed The test results show that its specifications have been up to the task require2 ment Key words compliant mechanism design guide2 line flexure hinge compliant m icromanipulator parallelmechanism OnMathematicalM odel of Network Plann ingM ethodand Its Application ZOU Huijun Shanghai Jiaotong U ni2 versity Shanghai China FEN G Tao LU Fangmei p 158121585 Abstract A mathematicalmodel of network planning method is built on the basis of network planning tech2 nique The building process of multistage network model and its mathematical model are illustrated by an applica2 tion example The network planning method could meet the requirementsof coordinating design which is correct useful and superior Key words coordinating design conceptual design automaticmachinery network planning technique Study on Contact Teeth and Load D istribution of Plane tary Gear with Small Tooth Number D ifference ZHU Caichao ChongqingU niversity Chongqing China HUAN G Jian TAN G Q ian p 158621589 Abstract D ifferent from other gear transm issions the phenomenon of multi tooth contact is present in planetary gearingw ith small tooth number difference On the basis of analysis of geometry tooth deformation and manufacturing errors a mathematical model which de2 scribes the state of multi tooth contacts and the load distribution characteristics has been developed The num2 bers of teeth of si multaneous contact and load distribution characteristics of tooth w ith the load carried by the most heavily loaded tooth can be calculated by means of this model A t last the theoretical results have been verified by corresponding strain experi ments The study provides a foundation for analysis of tooth stress and the selection of design parameters in planetary gearingw ith small tooth number difference and also conductive to the further re2 search on efficiency lubrication and transm ission accura2 cy in the same gearing Key words planetary gearing contact tooth load distribution strain experi ment Constraint based ConflictDetection in CollaborativeDe sign X IE Hongchao T singhua U niversity Beijing China CHEN Darong KON G Xianmei p 159021592 Abstract How to detect the design conflict in real ti me so as to make the design consistent is a key issue in collaborative design This paper presen