薄板裝配工藝系統(tǒng)可靠性建模與分析

文澤軍　劉繼軍,　趙延明　胡忠舉　劉　湛　陳立鋒

1.湖南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湘潭，4112012.湖南科技大學(xué)難加工材料高效精密加工技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湘潭，411201

薄板裝配工藝系統(tǒng)可靠性建模與分析

文澤軍1劉繼軍1,2趙延明1胡忠舉2劉湛1陳立鋒2

1.湖南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湘潭，4112012.湖南科技大學(xué)難加工材料高效精密加工技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湘潭，411201

摘要：提出一種計(jì)入銷/孔(槽)公差面向產(chǎn)品質(zhì)量的薄板裝配工藝系統(tǒng)可靠性建模方法。綜合考慮定位銷公差、零件孔(槽)公差和定位銷磨損量，構(gòu)建薄板裝配偏差統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征模型；分析推導(dǎo)定位銷過程磨損模型，探討裝配質(zhì)量與工藝系統(tǒng)可靠性之間的關(guān)系，綜合考慮定位銷故障率和過程磨損量對(duì)工藝系統(tǒng)可靠性的影響，建立工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性模型和面向裝配質(zhì)量的可靠性模型，繼而形成薄板裝配工藝系統(tǒng)可靠性建模方法；以車身側(cè)板裝配為例，應(yīng)用提出的建模方法分析車身側(cè)板裝配工藝系統(tǒng)可靠性。結(jié)果表明：定位銷磨損、夾具布局和銷/孔(槽)公差是影響車身側(cè)板裝配工藝系統(tǒng)可靠性的重要因素。該方法為薄板裝配工藝系統(tǒng)可靠性研究提供了一種新的思路。

關(guān)鍵詞：可靠性；工藝系統(tǒng)；裝配偏差；磨損模型

0引言

金屬薄板件廣泛應(yīng)用于汽車、飛機(jī)等工業(yè)制造過程中[1]，薄板件的裝配質(zhì)量直接影響整機(jī)的質(zhì)量及壽命，薄板裝配工藝系統(tǒng)的可靠性是保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量的重要因素，研究裝配質(zhì)量和工藝系統(tǒng)可靠性的相互關(guān)系對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量起著重要作用。近年來，針對(duì)系統(tǒng)可靠性的研究多采用失效模式與影響分析法、故障樹分析法和隨機(jī)Petri 網(wǎng)等方法[2-5]。王正等[6]運(yùn)用載荷-強(qiáng)度干涉模型及隨機(jī)過程建立了系統(tǒng)動(dòng)態(tài)可靠性模型；孫繼文等[7]研究了加工過程中系統(tǒng)要素故障、性能衰退與產(chǎn)品質(zhì)量的相互作用，建立了計(jì)入該三因素的多工位制造系統(tǒng)質(zhì)量可靠性集成模型。在薄板裝配方面，文澤軍等[8]在剛體假設(shè)的前提下，基于3-2-1定位原則，建立了多工位裝配過程中的質(zhì)量損失模型，提出了一種多工位裝配過程的綜合優(yōu)化方法。Jin等[9]分析了裝配質(zhì)量和定位系統(tǒng)可靠性的相互作用，建立了裝配質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性信息相互影響的可靠性模型，然而，該模型并未考慮夾具布局的任意性，也沒有綜合考慮定位銷和零件孔(槽)的公差對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響，具有一定局限性。

本文擬通過分析偏差來源及定位偏差與零件裝配偏差的關(guān)系，建立零件裝配偏差統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征模型，然后分析定位銷的磨損機(jī)理，推導(dǎo)定位銷的磨損模型，得出累積磨損的統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征。然后分別討論定位銷故障和裝配質(zhì)量與工藝系統(tǒng)可靠性的關(guān)系，建立包含定位銷公差、零件孔(槽)公差及夾具布局在內(nèi)的薄板裝配工藝系統(tǒng)可靠性模型。最后以車身側(cè)板裝配為例，分析定位銷磨損、夾具布局和銷/孔(槽)公差對(duì)工藝系統(tǒng)可靠性的影響。

1薄板裝配偏差分析

1.1裝配過程假設(shè)

在薄板裝配過程中，常采用3-2-1定位原則對(duì)裝配零件進(jìn)行定位夾緊，整個(gè)裝配工藝系統(tǒng)主要包括定位銷、定位塊和裝配薄板件，如圖1所示。P1表示四向定位銷，限制零件沿x向和z向偏移；P2表示兩向定位銷，限制零件xz平面的轉(zhuǎn)動(dòng)；B1、B2、B3代表定位塊，限制零件其他三個(gè)自由度方向的偏移；M1，M2，…，Mn表示關(guān)鍵產(chǎn)品特征(keyproductcharacteristics,KPC)點(diǎn)；α為兩個(gè)定位銷連線與x軸間的夾角，β為零件槽長(zhǎng)軸與x軸夾角。

圖1　薄板裝配示意圖

本文對(duì)薄板裝配過程作以下假設(shè)：①參與裝配的薄板為剛性零件；②采用3-2-1定位原則；③只考慮xz平面內(nèi)的偏差；④僅考慮定位偏差對(duì)零件裝配偏差的影響。

零件裝配偏差用零件KPC點(diǎn)的偏差來描述。設(shè)零件上有n個(gè)KPC點(diǎn)，記m=(M1(x),M1(z),M2(x),M2(z),…,Mn(x),Mn(z))T為所有KPC點(diǎn)在xz平面上的坐標(biāo)位置。用δm表示所有KPC點(diǎn)沿x軸和z軸方向的偏差，用δm的均值和方差來描述裝配質(zhì)量[9]，δm用下式表示：

δm=(δm1,δm2,…,δm2n)T=

(δM1(x),δM1(z),δM2(x),

δM2(z),…,δMn(x),δMn(z))T

(1)

當(dāng)δmi的均值和方差大于規(guī)定均值μ和方差η時(shí)，表示裝配質(zhì)量不合格，下式為評(píng)估裝配質(zhì)量合格的標(biāo)準(zhǔn)：

μ∩Var(δmi|δr(t))≤η}

(2)

式中，δr(t)為第t次裝配時(shí)定位銷的累計(jì)磨損量；E(·)、Var(·)分別為隨機(jī)變量的均值和方差函數(shù)。

1.2定位偏差分析

裝配過程中，定位偏差與許多因素有關(guān)，本文考慮定位銷公差、零件孔(槽)公差和定位銷磨損這三個(gè)主要因素。在加工制造過程中，定位銷的尺寸偏差Tp服從正態(tài)分布[8]，即Tp～N(Td/2, (Td/6)2)，Td表示定位銷公差。零件孔(槽)尺寸偏差Th在多次裝配中也服從正態(tài)分布，即Th～N(TD/2,(TD/6)2)，TD表示零件孔(槽)公差。

銷孔配合和銷槽配合的偏差分別如圖2、圖3所示，定位銷沿x軸和z軸的定位偏差為

δP1(x)=(Tp+Th+δr1)cosθ

(3)

δP1(z)=(Tp+Th+δr1)sinθ

(4)

δP2(x)=(Tp+Th+δr2)esinβ

(5)

δP2(z)=-(Tp+Th+δr2)ecosβ

(6)

圖2　銷孔配合偏差圖

圖3　銷槽配合偏差圖

其中，δP1(x)和δP1(z)表示四向定位銷P1沿x軸和z軸方向的偏差；δP2(x)和δP2(z)表示兩向定位銷P2沿x軸和z軸方向的偏差；δr1和δr2分別表示四向和兩向定位銷的累積磨損量；θ為定位銷中心點(diǎn)P1和零件孔中心點(diǎn)P10連線與x軸的夾角，在[0,2π]內(nèi)服從均勻分布[8]；e為離散隨機(jī)變量，定位銷與槽的上方接觸時(shí)取1，與下方接觸時(shí)取-1，在多次裝配過程中，離散隨機(jī)變量e取1和-1的概率相同。

1.3零件裝配偏差數(shù)字統(tǒng)計(jì)特征模型

定位偏差是引起零件裝配偏差的主要因素，故建立零件裝配偏差與定位偏差的關(guān)系模型。根據(jù)文獻(xiàn)[10]，零件裝配偏差δm和定位偏差δP1(x)、δP1(z)、δP2(x)、δP2(z)的關(guān)系可用下式表示：

δm=CV

(7)

V=[δP1(x)δP1(z)δP2(x)δP2(z)]T

式中，V為定位偏差矩陣。

推導(dǎo)得出系數(shù)矩陣C表示形式如下：

(8)

Lx(Mi,P1)=P1(x)-Mi(x)

Lz(Mi,P1)=P1(z)-Mi(z)

i=1,2…nγ=β-α

式中，d為兩個(gè)定位銷名義位置間的距離；Pi(x)、Pi(z)分別為定位銷Pi的名義坐標(biāo)值。

根據(jù)式(1)、式(7)和式(8)可以得出

δmi=Ci1δP1(x)+Ci2δP1(z)+

Ci3δP2(x)+Ci4δP2(z)

(9)

式中，Cij為系數(shù)矩陣C中第i行第j列元素。

聯(lián)立式(3)～式(6)和式(9)得出

δmi=Ci1(Tp+Th+δr1)cosθ+

Ci2(Tp+Th+δr1)sinθ+Ci3(Tp+Th+

δr2)esinβ-Ci4(Tp+Th+δr2)ecosβ

(10)

由于θ在[0,2π]內(nèi)服從均勻分布，所以E(sinθ)=E(cosθ)=0；離散隨機(jī)變量e取±1的概率相同，β為常數(shù)，所以E(esinβ)=E(ecosβ)=0。由此可知

E(δmi)=0

(11)

由于均值等于零，所以得出偏差的方差如下：

(12)

2過程磨損模型

在產(chǎn)品的裝配過程中，定位銷和零件孔不可避免地會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，會(huì)導(dǎo)致定位銷磨損，在多次裝配后，就會(huì)形成一個(gè)較大的累積磨損量δr，從而引起較大的定位偏差。由上文可以看出，零件的裝配偏差不僅與定位銷和零件孔的加工公差有關(guān)，還和裝配過程中的定位銷磨損量有關(guān)，所以必須建立定位銷的磨損模型。定位銷的磨損模型采用ARCHARD提出的滑動(dòng)磨損模型[11]：

(13)

式中，δv為單次裝配定位銷的磨損增量；k為隨機(jī)摩擦因子；F為接觸力；L為滑動(dòng)距離；A為接觸面積。

(14)

定位銷的累積磨損量隨著裝配次數(shù)的增加而增大，可通過下式表示：

δr(t)=δr(t-1)+δv(t)

(15)

(16)

式中，δv(j)為第j次裝配產(chǎn)生的磨損增量。

由于δv服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，故得出δv(t)的數(shù)字統(tǒng)計(jì)特征量為

(17)

(18)

當(dāng)裝配次數(shù)很大的時(shí)候，根據(jù)中心極限定理，可以得出累積磨損量δr(t)近似服從下式所示的正態(tài)分布：

(19)

為表示磨損增量與裝配次數(shù)的關(guān)系，簡(jiǎn)化定位銷磨損增量計(jì)算，得到平均磨損率的計(jì)算方法[11]，即

E(δv(j))=μ0+μ1exp(-λj)

(20)

式中，λ為磨損達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)的速率；μ0為定位銷磨損率常數(shù)；μ1為初始磨損率。

3工藝系統(tǒng)可靠性建模

工藝系統(tǒng)可靠性是確保產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的重要因素。傳統(tǒng)的系統(tǒng)可靠性分析理論一般只考慮系統(tǒng)要素自身的故障，未考慮產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)工藝系統(tǒng)可靠性之間的影響。本文從兩方面考慮裝配工藝系統(tǒng)的失效情況：①系統(tǒng)要素自身發(fā)生故障，使得工藝系統(tǒng)失效，在薄板裝配工藝系統(tǒng)中，主要考慮定位銷的故障；②隨著系統(tǒng)要素性能的衰退即定位銷的磨損，導(dǎo)致產(chǎn)品裝配質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定要求，此時(shí)說明工藝系統(tǒng)失效。基于該原則，作出工藝系統(tǒng)可靠性框圖，見圖4。

圖4　工藝系統(tǒng)可靠性建模框圖

由圖4得出，工藝系統(tǒng)的可靠度R(t)由兩部分組成，即

R(t)=P(T>t)=Rf(t)Rq(t)

(21)

其中，P(·)表示概率，T表示定位銷的壽命；Rf(t)和Rq(t)分別表示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠度和面向裝配質(zhì)量的可靠度。本文中可靠度涉及的時(shí)間用裝配次數(shù)t來表示。

3.1結(jié)構(gòu)可靠性建模

本文基于3-2-1定位原則對(duì)薄板零件進(jìn)行定位與夾緊，裝配過程中，使用兩個(gè)定位銷，每個(gè)定位銷的故障相互獨(dú)立，則在整個(gè)裝配過程中，由定位銷故障引起的結(jié)構(gòu)可靠性可用下式描述：

(22)

式中，Rfi(t)為定位銷Pi的結(jié)構(gòu)可靠度。

對(duì)每一個(gè)定位銷而言，其壽命Ti是一個(gè)隨機(jī)分布，壽命Ti服從指數(shù)分布[9]，因此單個(gè)定位銷結(jié)構(gòu)可靠度表述為

Rfi(t)=P(Ti>t)=exp(-λit)

(23)

式中，λi為定位銷Pi的故障率。

在裝配過程中，λi不僅受到定位銷自身質(zhì)量的影響，而且受零件孔的加工質(zhì)量的影響，這是由于不同的零件孔尺寸，在裝配過程中會(huì)產(chǎn)生不同的接觸力，由于定位銷受力頻繁改變，更容易引起疲勞破壞和螺栓松弛。定位銷故障率λi可由下式表示：

λi=λ0iexp(τσ)

(24)

式中，λ0i為不考慮零件孔的影響下定位銷的初始故障率；σ為零件孔的標(biāo)準(zhǔn)差，由前文可知σ=TD/6；τ為校準(zhǔn)系數(shù)。

根據(jù)式(22)～式(24)得出工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠性模型為

(25)

3.2面向裝配質(zhì)量的可靠性建模

在多次裝配過程中，隨著裝配次數(shù)的增加，定位銷的累計(jì)磨損量增大，從而導(dǎo)致裝配質(zhì)量下降，當(dāng)定位銷因磨損使裝配質(zhì)量達(dá)不到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，說明工藝系統(tǒng)失效。令δr(t)=(δr1(t),δr2(t))T，表示第t次裝配時(shí)，兩個(gè)定位銷的累計(jì)磨損量，依據(jù)上文提到的裝配質(zhì)量的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，得出面向裝配質(zhì)量的系統(tǒng)可靠度Rq(t)的計(jì)算模型為

(26)

式中，f(δr(t))為累計(jì)磨損量δr(t)的概率密度函數(shù)。

兩個(gè)定位銷的磨損相互獨(dú)立，要保證裝配質(zhì)量合格，必須要求每個(gè)定位銷磨損量同時(shí)滿足要求，根據(jù)式(2)、式(26)可得出

(27)

因?yàn)樵诙啻窝b配過程中，定位銷累計(jì)磨損量服從式(19)所示的正態(tài)分布，所以其概率密度函數(shù)為

(28)

3.3工藝系統(tǒng)可靠性建模

根據(jù)圖4，薄板裝配工藝系統(tǒng)可靠性由結(jié)構(gòu)可靠性和面向裝配質(zhì)量的可靠性構(gòu)成，聯(lián)立式(12)、式(21)和式(25)～式(28)得系統(tǒng)綜合可靠度計(jì)算模型如下：

(29)

(30)

E(δv(j))=μ0+μ1exp(-λj)

式中，gi(δr1,δr2)為零件裝配偏差δmi對(duì)應(yīng)的方差值。

4實(shí)例分析

4.1車身側(cè)板裝配描述

圖5　車身側(cè)板裝配工藝系統(tǒng)示意圖

坐標(biāo)點(diǎn)名義坐標(biāo)值(mm)xzP11947651P'12144723P″12035925P229411691M128841951M22750475M31841428

4.2裝配工藝系統(tǒng)可靠性分析

根據(jù)目前工廠的加工精度及成本要求，取零件裝配偏差對(duì)應(yīng)方差的閾值η=0.03。根據(jù)文獻(xiàn)[8-9]，相關(guān)的計(jì)算參數(shù)值如表2所示，表中Var(δv(j))表示第j次裝配定位銷磨損增量的方差。將表1數(shù)據(jù)代入數(shù)值矩陣C中，計(jì)算得出矩陣C，然后根據(jù)式(29)和式(30)，利用MATLAB計(jì)算側(cè)板裝配工藝系統(tǒng)可靠度，并分析裝配次數(shù)、定位銷磨損、夾具布局和定位銷公差及零件孔公差與工藝系統(tǒng)可靠度的相互關(guān)系。

表2　相關(guān)參數(shù)值

4.2.1裝配次數(shù)與系統(tǒng)可靠度的關(guān)系

如圖5所示，以P1和P2為四向定位銷和兩向定位銷，取定位銷與零件孔(槽)公差分別為Td=0.1 mm和TD=0.06 mm，β=45°。在裝配過程中，假設(shè)兩定位銷的累計(jì)磨損量相等，即δr1(t)=δr2(t)。將相關(guān)參數(shù)代入式(29)，計(jì)算出在不同的裝配次數(shù)下，工藝系統(tǒng)的可靠度如圖6所示。由圖6可見，隨著裝配次數(shù)的增加，系統(tǒng)可靠度逐漸降低；裝配次數(shù)達(dá)到38 000之前，系統(tǒng)可靠度呈線性緩慢下降；此后，系統(tǒng)的可靠度迅速下降；當(dāng)裝配次數(shù)達(dá)到50 000時(shí)，系統(tǒng)可靠度幾乎等于零。這主要是因?yàn)樵谘b配前期，定位銷的累積磨損量小，影響工藝系統(tǒng)可靠度主要是定位銷的結(jié)構(gòu)可靠度，但是隨著裝配次數(shù)的增加，定位銷的累計(jì)磨損量逐漸增大，定位偏差增大，引起裝配質(zhì)量迅速下降，這時(shí)定位銷磨損對(duì)工藝系統(tǒng)可靠度起主導(dǎo)作用。

圖6　工藝系統(tǒng)可靠度與裝配次數(shù)的關(guān)系

4.2.2定位銷磨損與系統(tǒng)可靠度的關(guān)系

圖7所示為考慮定位銷磨損與不考慮定位銷磨損時(shí)工藝系統(tǒng)可靠度的對(duì)比分析，在不考慮定位銷磨損的情況下，系統(tǒng)可靠度就是系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)可靠度，呈現(xiàn)線性下降的趨勢(shì)。在裝配次數(shù)達(dá)到38 000之后，隨著裝配次數(shù)的增加，不考慮定位銷磨損的可靠度顯然過高，此時(shí)，系統(tǒng)的可靠性就被過高估計(jì)。裝配過程中，需及時(shí)對(duì)定位銷磨損量進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，在定位銷過度磨損以前提前更換，以保證工藝系統(tǒng)的可靠度維持在一個(gè)較高的水平。

圖7　考慮定位銷磨損與否的對(duì)比分析

4.2.3夾具布局與系統(tǒng)可靠度的關(guān)系

夾具布局對(duì)系統(tǒng)可靠性的影響曲線如圖8所示，根據(jù)不同的四向定位銷位置，得到相應(yīng)的系統(tǒng)可靠度數(shù)據(jù)。從圖8中可以看出，P1和P2的定位銷組合對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)可靠性較好，P″1和P2的組合對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)可靠性較差。這是由于產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)不同定位銷位置的敏感度不一樣：四向定位銷處于P″1的位置時(shí)最敏感的，此時(shí)較小的定位偏差就會(huì)引起較大的零件裝配偏差，最終導(dǎo)致系統(tǒng)的可靠性更快地下降到零。

圖8　定位銷位置與系統(tǒng)可靠度關(guān)系曲線

圖9　β角與系統(tǒng)可靠度關(guān)系曲線

圖9為零件槽長(zhǎng)軸夾角β對(duì)定位系統(tǒng)可靠性的影響曲線。從圖中可以看出，當(dāng)β=π/4和β=π/5時(shí)，系統(tǒng)可靠度幾乎一樣，β=π/3和β=π/6時(shí)，系統(tǒng)可靠度相對(duì)下降，這是由于裝配質(zhì)量對(duì)不同的零件槽夾角β的敏感度不同。所以，β值對(duì)工藝系統(tǒng)可靠性也存在影響。綜合圖8和圖9得出，夾具布局也是車身裝配工藝系統(tǒng)可靠性的重要因素。因此，在工藝設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)不同的裝配零件，通過選擇不同的夾具布局方式來提高工藝系統(tǒng)的可靠性。

4.2.4銷/孔(槽)公差與系統(tǒng)可靠度的關(guān)系

圖10為不同銷/孔(槽)公差設(shè)計(jì)下，工藝系統(tǒng)可靠性的關(guān)系曲線。由圖可見，當(dāng)TD=0.06 mm時(shí)，Td=0.1 mm對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)可靠度優(yōu)于Td=0.14 mm對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)可靠度，即在相同的零件孔(槽)公差的情況下，定位銷公差越小，系統(tǒng)可靠性越好；同理，在相同的定位銷公差的情況下零件孔(槽)公差越小，系統(tǒng)可靠性越高。這是由于定位銷和零件孔(槽)的公差越大，銷/孔(槽)之間的間隙越大，越容易引起裝配質(zhì)量不合格，導(dǎo)致工藝系統(tǒng)可靠度下降更快。因此，定位銷與零件孔(槽)公差是影響車身側(cè)板裝配工藝系統(tǒng)可靠性的重要因素。公差越小，系統(tǒng)可靠性越好，但是對(duì)應(yīng)的加工成本就會(huì)增加，所以需要綜合考慮加工成本與系統(tǒng)可靠性來設(shè)計(jì)銷/孔(槽)的公差。

圖10　銷孔公差與系統(tǒng)可靠度關(guān)系曲線

5結(jié)論

(1)通過構(gòu)建零件裝配偏差統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征模型和定位銷過程磨損模型，分析定位銷故障、裝配質(zhì)量與工藝系統(tǒng)可靠性之間的關(guān)系，以此為基礎(chǔ)，綜合考慮定位銷公差和零件孔(槽)公差，提出了一種面向裝配質(zhì)量的工藝系統(tǒng)可靠性建模方法。

(2)以車身側(cè)板裝配為例，分析得出裝配次數(shù)與工藝系統(tǒng)可靠度的關(guān)系：在裝配前期，系統(tǒng)可靠度呈現(xiàn)平緩的線性下降趨勢(shì)；達(dá)到某一裝配次數(shù)之后，隨著裝配次數(shù)的增加，系統(tǒng)可靠性迅速下降。

(3)分析定位銷磨損、夾具布局和銷/孔(槽)公差對(duì)車身裝配工藝系統(tǒng)可靠性的影響，分析結(jié)果表明：這三方面因素均是影響裝配工藝系統(tǒng)可靠性的重要因素，若不考慮定位銷的磨損，則工藝系統(tǒng)的可靠性會(huì)被過高估計(jì)；不同的夾具布局會(huì)引起工藝系統(tǒng)可靠性不同；定位銷與零件孔(槽)公差越小，工藝系統(tǒng)可靠性越好。該可靠性建模方法為薄板裝配工藝系統(tǒng)維護(hù)策略提供新的理論依據(jù)，為提高薄板裝配質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性，探求合理的裝配工藝提供一種新的思路。

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(編輯蘇衛(wèi)國)

Reliability Modeling and Analysis for Process System of Sheet Metal Assembly

Wen Zejun1Liu Jijun1,2Zhao Yanming1Hu Zhongju2Liu Zhan1Chen Lifeng2

1.Hunan Provincial Key Laboratory of Health Maintenance for Mechanical Equipment,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan,411201 2.Hunan Provincial Key Laboratory of High Efficiency and Precision Machining of Difficult-to-Cut Material,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan,411201

Abstract:A product quality oriented reliability modeling method was developed containing pin/hole (slot) tolerance for process system of sheet metal assembly. Firstly, considering locating pin tolerance, part hole (slot) tolerance and pin wear, a statistics feature model of assembly deviation was presented. Then the locating pin wear model was deduced and analyzed, according to analyze the relationship between assembly qualities and process system reliability, and considering the impacts of locating failures rate and process wear on the process system reliability, the structure reliability model and assembly quality oriented reliability model of process system were built, then the process system reliability modeling method was formed. An automotive body side panel assembly was given as an example, the assembly process system reliability was analyzed based on the modeling method. The results show that locating pin wear, fixture layout and tolerance of pin/hole (slot) are important factors that affect process system reliability of automotive body side assembly. The method provides a new way of process system reliability analyses for product assembly.

Key words:reliability; process system; assembly deviation; wear model

收稿日期：2015-05-18

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51075141)

中圖分類號(hào)：TP391

DOI：10.3969/j.issn.1004-132X.2016.03.017

作者簡(jiǎn)介：文澤軍，男，1966年生。湖南科技大學(xué)機(jī)械設(shè)備健康維護(hù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博士。主要研究方向?yàn)橹圃煜到y(tǒng)質(zhì)量控制、制造過程監(jiān)測(cè)與控制和面向產(chǎn)品制造/裝配過程的穩(wěn)健性和可靠性集成設(shè)計(jì)。劉繼軍，男，1990年生。湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生。 趙延明，男，1973年生。湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院副教授、博士。胡忠舉，男，1962年生。湖南科技大學(xué)難加工材料高效精密加工技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博士。劉湛，男，1990年生。湖南科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院碩士研究生。陳立鋒，男，1977年生。湖南科技大學(xué)難加工材料高效精密加工技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副教授、博士。