数字化加工的多工序质量波动建模与预测理论研究

多源多工序是复杂精密零件加工过程具有的典型特征，即影响零件加工质量的误差源众多，且工序间存在传递累积效应。在数字化加工环境下，如何有效控制"多源多工序"以减少加工过程质量波动水平，是提高零件最终质量的关键，而传统的质量控制方法往往是聚集于"单工序"的控制。因此，本研究从多源多工序角度出发，聚焦于数字化加工过程质量波动建模与预测相关的研究问题。具体研究内容包括：复杂精密零件设计质量特性的多工序优化分解与配置；"数字化加工装备-工件-刀具-夹具"系统的误差建模与精度分析；多源多工序误差传递加权网络的拓扑建模与复杂性分析；多工序质量特性的波动辨识原理、分析评价方法与预测机理；工业案例实证研究等五部分。课题的创新点则体现在零件质量特性多工序优化配置、工序流误差传递建模与复杂性分析、工序流质量波动评价与预测等方面提出了一套由加工工序流驱动的质量波动建模与预测方法，并进行工业案例实证研究。

多源多工序是复杂精密零件加工过程具有的典型特征，即影响零件加工质量的误差源众多，且工序间存在误差传递累积效应。在数字化加工环境下，如何有效控制“多源多工序”以减少加工过程质量波动水平，是提高零件最终质量的关键，而传统的质量控制方法往往是聚集于“单工序”的控制。因此，本研究从多源多工序角度出发，聚焦于数字化加工过程质量波动建模与预测相关的研究问题，通过多工序分解与优化配置、工序加工误差波动控制与改进等相关的理论和方法的研究，从而达到揭示作用在“工件-工序流-设备群”体系上的质量信息流动的内在机理性规律，提升复杂精密零件的加工质量水平的目的。目前，本项目已按照项目计划书完成了相关工作，未对相关内容做调整和变动。其中，在“复杂精密零件设计质量特性的多工序优化分解与配置”方面，通过分析和提取复杂精密零件加工工艺规划方案的关键质量特性，建立了多工序质量特性分解与配置的的优化模型；在“‘数字化加工装备-工件-刀具-夹具’系统的误差建模与精度分析”方面，解决了加工误差源与运行工况间的关联与状态空间表达、在加工运行工况下因动态加工误差叠加效应而产生的系统空间运动几何关系的演变等问题，从而揭示了当前运行工况下的精度演变规律；在“多源多工序误差传递加权网络的拓扑建模与复杂性分析”方面，通过特定工序下加工形面特征要素与工艺系统各要素的关联分析，建立了多源多工序误差传递加权网络的拓扑结构，在对上述网络进行复杂性分析的基础上，揭示了工件加工误差传递的复杂性与辨识关键质量控制点；在“多工序质量特性的波动辨识原理、分析评价方法与预测机理”方面，建立了关键质量控制点的误差波动方程表述多工序质量特性的波动效应，通过与加工工况、工艺系统要素的关联来辨识或预测质量变化趋势，解决了多源多工序下加工质量波动的半量化分析以及加工误差的预测问题，揭示了多工序质量特性的波动规律与预测机理。最终以国防及能源领域的重要关键零件的数字化加工为例，综合运用上述理论与方法进行工业案例的应用实证研究，以达到理论探索与实践应用的双重目的。