礦車后橫梁制造過(guò)程不確定性分析

韓自強(qiáng)，何騰飛，王曉俊，單武斌，李邦彥

(1.湖南電氣職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電梯工程學(xué)院，湖南 湘潭 411101；2.臥龍電氣南陽(yáng)防爆集團(tuán)股份有限公司，河南 南陽(yáng) 473008)

1 引言

礦山裝備的技術(shù)水平，是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。礦山裝備在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展中占有十分重要的地位和作用，屬于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)。礦用自卸車是一種大型、重載、復(fù)雜的集機(jī)、電、液一體的高效率運(yùn)輸工具，具有可靠性高、車輛承載量大、操作輕便靈活等優(yōu)點(diǎn)，在采礦、采煤等大型露天礦的運(yùn)輸中應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。后橫梁是礦用自卸車的主要承載件，也是自卸車關(guān)鍵的零部件，將車架和后橋殼連接起來(lái)，既可以承受載荷，又可以起到減少震動(dòng)沖擊的作用。因此，后橫梁質(zhì)量的好壞在很大程度上影響著自卸車的使用壽命。不確定性普遍存在于產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)階段，對(duì)產(chǎn)品的性能有著較大影響。后橫梁制造過(guò)程工藝復(fù)雜，工序繁多，而每個(gè)工序都存在不確定性。對(duì)后橫梁制造過(guò)程的不確定性進(jìn)行分析，可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、可靠性并且能夠幫助工程師們?cè)诓淮_定性存在的情況下做出可靠的決策[2]。

2 不確定性在產(chǎn)品制造過(guò)程中的研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，許多學(xué)者對(duì)產(chǎn)品制造過(guò)程的不確定性問(wèn)題進(jìn)行了研究，Huang lichao等[3]針對(duì)不確定性系統(tǒng)復(fù)雜特性導(dǎo)致的控制難題，提出了一種基于仿人智能控制的智能融合控制策略。李順江[4]針對(duì)新工件到達(dá)的不確定性，對(duì)機(jī)械加工置換流水線節(jié)能性多目標(biāo)重調(diào)度問(wèn)題進(jìn)行研究。修大鵬[5]針對(duì)冷擠壓工藝設(shè)計(jì)領(lǐng)域知識(shí)存在不確定性和模糊性等異構(gòu)性特點(diǎn)，提出了廣義可信度的概念和一種基于廣義可信度的模糊推理方法。韓自強(qiáng)[6]考慮環(huán)境不確定性和測(cè)量誤差等因素的影響，提出一種基于區(qū)間數(shù)的制造過(guò)程資源環(huán)境屬性評(píng)價(jià)方法。

產(chǎn)品的制造過(guò)程實(shí)際是一個(gè)存在諸多隨機(jī)不確定性因素的過(guò)程[7]。如產(chǎn)品加工材料和企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境是不確定的；產(chǎn)品生產(chǎn)工藝要素(加工設(shè)備，如機(jī)床，在使用過(guò)程中機(jī)床的性能和精度會(huì)隨著使用時(shí)間的增加而變化；輔助物料，如刀具、切削液等，在生產(chǎn)過(guò)程中由于刀具磨損程度是變化的、切削液注入的方式和多少是不同的所以對(duì)加工工件的影響是不確定的)、工藝路線與工藝參數(shù)(工藝路線的變化或工藝參數(shù)的改變對(duì)加工過(guò)程的影響)是不確定的；產(chǎn)品資源消耗、環(huán)境影響、生產(chǎn)時(shí)間、生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)成本等生產(chǎn)指標(biāo)是不確定的；對(duì)這些生產(chǎn)要素和生產(chǎn)指標(biāo)的測(cè)量、統(tǒng)計(jì)與計(jì)算也存在不確定性。這些不確定性在產(chǎn)品制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)中傳遞，必然會(huì)引起產(chǎn)品質(zhì)量的波動(dòng)，并對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生影響。使得所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品要么由于對(duì)系統(tǒng)參數(shù)不確定性過(guò)于敏感而不能穩(wěn)定地發(fā)揮其效能，或不安全而導(dǎo)致事故，要么由于采取過(guò)于保守的措施而不經(jīng)濟(jì)[8]。所以，在確定性環(huán)境下做出的產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)，可能會(huì)因?yàn)閷?duì)生產(chǎn)實(shí)際中的不確定性因素過(guò)于敏感而導(dǎo)致決策失誤[9]。此外，進(jìn)行產(chǎn)品制造過(guò)程的不確定性研究，有利于進(jìn)行產(chǎn)品制造過(guò)程的質(zhì)量控制，并評(píng)估其經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，有利于企業(yè)根據(jù)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝、裝備、資金等方面的條件逐步實(shí)施。

3 后橫梁的加工工藝及制造過(guò)程IPO模型圖

某型號(hào)自卸車后橫梁的材料為Q390E，毛坯是直徑為Φ460 mm壁厚為36 mm的無(wú)縫鋼管，其零件圖如圖1所示。

圖1 后橫梁零件

后橫梁的機(jī)械加工工藝如下：在帶鋸床(GB4260)上鋸斷毛坯，長(zhǎng)度尺寸為2000 mm→車端面→去渣→在車床(CY6150/2000)上車一端外圓柱面Φ454 mm及Φ442 mm→掉頭車另一端外圓柱面Φ454 mm→倒外圓Φ454mm及Φ442 mm之間的過(guò)渡圓角→劃通孔線→用三維等離子切割機(jī)加工Φ260 mm的圓通孔及其兩端倒角→去毛刺銳邊。

后橫梁的制造過(guò)程是由一系列的工序過(guò)程組成的，結(jié)合其加工工藝過(guò)程和IPO(Input-Process-Output，輸入-處理-輸出)模型建立的原則[10]，可以建立后橫梁整個(gè)制造過(guò)程的IPO模型如圖2所示。

圖2 后橫梁制造過(guò)程的IPO模型

4 后橫梁制造過(guò)程的不確定性分析

后橫梁的制造過(guò)程是由一系列的工序過(guò)程組成的，這些工序過(guò)程存在種種潛在不確定性因素，因此有必要對(duì)這些不確定性因素進(jìn)行研究(圖3)。結(jié)合后橫梁的加工工藝和制造過(guò)程的IPO模型，通常從以下幾個(gè)方面進(jìn)行分析。

圖3 后橫梁制造過(guò)程不確定性影響因素

4.1 人的不確定性

后橫梁的制造過(guò)程是由人來(lái)完成的，而人的不確定性是影響最大的。不同的人文化程度不同、操作機(jī)床的熟練程度不同、心理素質(zhì)也不同都會(huì)引起不確定性。即使是同一個(gè)人，在不同的心理狀態(tài)、不同的時(shí)間段，也會(huì)引起操作的不確定性。人的不確定性對(duì)以下工序影響最大：工序4在車床(CY6150/2000)上車一端外圓柱面Φ454 mm及Φ442 mm，工序5掉頭車另一端外圓柱面Φ454 mm和工序7用三維等離子切割機(jī)加工Φ260 mm的圓通孔及其兩端倒角。

4.2 機(jī)器的不確定性

機(jī)器是實(shí)現(xiàn)后橫梁制造過(guò)程質(zhì)量特性的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是產(chǎn)生半成品或成品的實(shí)體因素。機(jī)床的振動(dòng)、軸承的磨損、刀具的磨損鈍化、夾具的定位偏差和機(jī)床精度出現(xiàn)偏差這些不確定性都會(huì)影響后橫梁的加工質(zhì)量。

4.3 材料的不確定性

原材料也是影響后橫梁制造過(guò)程的一個(gè)重要因素，所選材料的機(jī)械特性如剛度、硬度對(duì)零件的制造過(guò)程的影響具有不確定性。如果工件材料的質(zhì)量不確定，也會(huì)使制造過(guò)程產(chǎn)生不確定的波動(dòng)。原材料在微觀結(jié)構(gòu)、顏色和硬度等方面隨時(shí)間和環(huán)境的變化，也會(huì)引起制造過(guò)程的不確定性。

4.4 方法的不確定性

工藝方法的選擇對(duì)于后橫梁制造的質(zhì)量具有重要的影響，因?yàn)楹髾M梁產(chǎn)生的制造誤差通常是由于加工方法不完善引起的。加工工藝方法設(shè)計(jì)的是否合理，工件定位和加緊位置是否準(zhǔn)確，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡是否正確，工藝路線的變化或工藝參數(shù)的改變等對(duì)后橫梁在制造過(guò)程的影響是不確定的。

4.5 環(huán)境的不確定性

生產(chǎn)車間溫度的變化和濕度的變化，會(huì)使后橫梁制造過(guò)程產(chǎn)生不確定性。另外在制造過(guò)程中受到外界輻射、振動(dòng)和噪聲干擾等不確定性因素影響，也會(huì)對(duì)后橫梁制造過(guò)程質(zhì)量造成了不確定性。

4.6 測(cè)量的不確定性

在后橫梁制造過(guò)程中測(cè)量的作用主要是保證設(shè)計(jì)圖紙上的尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度。測(cè)量?jī)x器的不斷磨損、測(cè)量?jī)x器的精度、測(cè)量方法的改變和對(duì)測(cè)量?jī)x器的維護(hù)、校準(zhǔn)和調(diào)整情況都會(huì)使后橫梁制造過(guò)程產(chǎn)生不確定性。

5 結(jié)語(yǔ)

不確定性普遍存在于產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)階段，對(duì)產(chǎn)品的性能有著較大的影響，后橫梁的制造過(guò)程實(shí)際也是一個(gè)存在諸多隨機(jī)不確定性因素的過(guò)程。首先，介紹了不確定性在產(chǎn)品制造過(guò)程中的研究現(xiàn)狀；其次，闡述了后橫梁的加工工藝過(guò)程，并建立了后橫梁制造過(guò)程的IPO模型；最后，從人、機(jī)器、材料、方法、環(huán)境和測(cè)量6個(gè)方面對(duì)后橫梁的制造過(guò)程進(jìn)行了不確定性分析。