故障诊断技术第四篇.docx

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故障诊断技术第四篇

一、机械制造过程质量控制与故障诊断学的关系

在传统的制造模式和生产环境中，主要靠操作工人的观察和经验来判断机械制造过程的工况状态并排除故障，因此对故障诊断技术的需求不十分迫切，随着柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（CIMS）的发展，生产过程中人的干扰逐渐减少，主要靠计算机对制造过程进行控制。

若不能对过程状态自动识别，故障不能自动排除，则生产系统就无稳定性可言，也就不能使之形成生产力。

近年来，随着产品生命周期问题的提出，生产决策者考虑的主要问题就是顾客满意度和降低成本两个相互依赖的目标。

机械加工过程的状态识别是质量控制的必然发展方向。

这是因为监视诊断技术的核心是对动态系统属性的辨识．即应用一切可能的现代科学技术手段对生产过程状态进行分类。

二、产品质量的内涵

随着科学技术的发展，质量的内涵也在不断发展中。

国家标准（GB／T6583）将质量定义为“产品、过程或服务满足规定或潜在要求的特征和特性总和”。

国际标准化组织（ISO9000）则将质量定义为“一组固有特性满足要求的程度”

定义中并没有将质量限定于产品或服务。

而是泛指一切可单独描述和研究的事物，它可以是活动或过程，可以是产品，也可以是组织、体系或人以及上述各项的任何组合。

因此，质量概念既可以用来描述产品和活动，也可以用来对过程，人员甚至组织进行描述。

这个概念突出反映了质量概念的广泛包容性。

定义中的“要求”既可以是明确表述出来的，如商务活动中买卖双方通过契约所作的约定、在诸如核能利用等特殊场合由法律所作的规定等。

也可以是隐含的为了有效地满足这种隐含的需要，应当尽可能地对之加以明确和定义。

定义中的特性是指事物可以区分的特征。

固有特性是指事物本来就有的，尤其是永久的特性。

质量特性包括功能、准时性、可靠性、安全性等。

正是由于事物具有各种特性才使得它能够满足顾客以及其他利益相关方的要求。

对于机械制造来说，质量涵盖了从设计、制造到市场、服务等产品生命周期全过程中各个环节的质量，必须最大限度地使顾客满意而又能降低生产成本。

三、质量管理与质量控制的关系

（1）质量管理是“在质量方面指挥和控制组织的协调的活动”通常包括制定质量方针、质量目标以及质量策划、质量控制、质量保证和质量改进等环节。

质量管理应是各级管理者的职责，但应由组织的最高管理者领导和推动，同时要求组织的全体人员参与和承担义务，只有每个职工都参加有关的质量活动并承担义务，才能实现所期望的质量。

当然，在开展这些活动时还应考虑到相应的经济性因素，因为质量管理的目的就是为了最大限度地利用人力、物力资源，尽可能地满足顾客的需求，以提高经挤效益。

（2）质量控制是“质量管理的一部分，致力于满足质量要求”质量控制是通过采取一系列作业技术和活动对各个过程实施控制的，包括对质量方针和目标控制、文件和记录控制、设计和开发控制、采购控制、生产和服务运作控制、监测设备控制、不合格品控制等等。

质量控制的目标是使产品、体系或过程达到规定的质量要求，是预防不合格发生的重要手段和措施。

因此，要组织对影响产品、体系或过程质量的诸多因素加以识别和分析，找出主导因素，实施因素控制，才能取得预期效果。

四、全面质量管理有哪些特点

20世纪60年代初提出了全面质量管理（TotalQualityManagement，TQM）的概念，认为“质量”不能只从生产过程理解为产品质量，应当包

括对用户服务的工作质量。

把产品质量的内涵由生产企业内部扩大到市场。

故称全面质量管理，它有如下特点：

1、全员参加

在生产过程中，企业的每一个人都直接或间接地与产品质量联系在一起，如何调动人的因素，建立全员质量第一的意识，全面地提高员工的工作能力和技术能力是实现全面质量管理的关键。

2、全生产过程质量管理

建立生产过程质量体系和经营服务质量体系．把全过程各个环节的质量统一起来，应用SPC原理进行全企业的质量检查

和控制，并运用一些现代科学方法，如系统工程、运筹学、线性规划等对各个环节进行组织。

提高企业的活动能力。

五、画出集成质量的功能结构图，并简要说明各个功能模块的主要功能

1、质量规划子系统

（1）质量功能配置质量功能配置（QualityFunctionDeployment，QFD是从顾客的需求出发，为适应市场的变化和技术的进步。

按照技术文件、合再协议及技术标准．进行产品质量配置和质量职能的分配，得出质量控制方案。

（2）质量计划质量计划的主要功能包括确定产品的质量目标及实现质量目标的方案和措施；分配动态联盟各盟员的责任和权限；制定采取的程序、力法和作业指导书；确定达到质量目标的测量方法；质量计划执行情况的反馈信息收集和处理。

（3）检验计划根据设计文件、工艺信息以及质量计划、质量标准来制定产品的检验计划，包括原材料、外购外协件、加工工序、零部件以及最终产品的检验计划，部件、成品的装配检验计划及试验计划。

检测仪器、试验设备检验计划、维修计划。

（4）过程监控计划制定与选择加工设备、辅助设备、刀具、生产环境的监控方案。

确定影响产品性能的重要零部件的关键质量特性以及关键工序，并对质控点的加工方案、预防和控制步骤制定控制计划。

（5）质量成本计划根据产品设计、工艺、检验计划来确定质量工作的各项成本。

2．质量管理子系统

（1）过程质量管理是指从设计、采购、制造到售后服务等生产过程的质量管理。

如：

设计过程是由分析、计算、试验、协调、编写报告文件、绘图等一系列工作组成，要保证这些工作不出现问题，必须制定设计、试验规范，并严格按照规范步骤进行；过程检验和试验应严格执行检验和试验计划，保证检验报告的正确性、完整性和传递及时性。

应对检验人员的工作权限和责任进行有效管理，防止漏检、误检、超权限等情况的发生。

（2）产品质量跟踪管理分为硬件和软件两种跟踪方式。

硬件指给原材料、毛坯、半成品、成品打标记。

软件指对实物进行相应的文字记录和归档，保证计算机文档管理与实物管理的一致性和快速可查询性。

（3）计量工具质量管理计量工具包括在产品开发、制造、安装和维修过程中所使用的量具、仪器以及专门的试验设备。

计量具是对产品进行质量控制的依据，也是IQs获取质量信息的重要手段。

对计量工具的质量管理应覆盖设备计划、设计、采购、待用、监控及投人使用等各个阶段。

（4）工装和设备质量管理包括工装和设备定检执行情况记录、出入库质量状况及使用过程质量状况跟踪、异常情况处理等。

（5）人员素质管理包括质检人员资格印章管理，建立质量人员业务素质档案，并对培训考核、过失处理等情况进行处理分析。

（6）质量成本管理进行质量成本核算和质量成本分析，质量成本包括预防成本、鉴定成本、内部故障成本、外部故障成本等。

3．质量控制子系统

质量控制是指从设计、采购、制造到售后服务等全生产过程的质量控制，包括原材料、外购外协件、工件加工过程的试验与监测．以及装配检验、包装检验等。

目前难度很大的是机械加工过程的质量控制。

（1）过程的检测与监测在自动化生产条件下往往要求对被加工零件逐件检测，这对单件小批量生产尤为重要。

（2）数据采集及数据处理在线或离线采集工件在各工序的质量信息和加工过程中与质量有关的物理信息、成本信息和环境条件信息等。

（3）评价与分析诊断根据所获取的信息，分析工况状态，对产品质量进行评价，并对存在的问题进行分析诊断。

（4）控制与调整根据监测与诊断结果，找到问题存在的原因，对过程进行调整，以防患于未然。

（5）设计质量控制比较分析实际产品质量和用户对产品质量要求之间的差距，对设计质量进行控制。

4、质量评价子系统

（1）质量体系审核指对质量体系的现状和适合性进行评价。

（2）过程质量审核指对加工过程进行质量评价。

通过监控系统采集的数据，对加工系统的运行可靠性、稳定性进行分析评价。

（3）产品质量审核指对成品进行质量评价。

评价是否满足设计要求、质量要求；对产品的可靠性、实用性、寿命、安全性等综合评价；对造成产品质量缺陷进行责任分析和诊断。

（4）设计质量评价包括产品设计评审和工艺设计评审。

六、集成质量系统（IntegratedQualitySystem）与CAD／CAPP/CAM/MIS信息传递和反馈图

1．IQS与CAD／CAPP的集成

IQS从CAD／CAPP获取产品设计信息、工艺信息，向CAD／CAPP提供质量体系文件、质量标准规范及经OFD配置产生的工程特性、零部件特性和工艺要求、质量控制参数等，以及加工设备、检测／试验设备的加工检测能力、使用范围、精度、磨损等质量信息，从而实现对产品设计、工艺设计的约束。

同时向CAD／CA．PP反馈设计／工艺评审结果，用户和销售服务信息，加工工件（产品）质量缺陷诊断结果，加工产品综合评价及改进建议等质量信息，以便实现对产品从设计到工艺上的进一步改进。

图4.4IQS与其他子系统的信息传递和反馈

2．IQS与CAM的集成

IQS从CAM获得加工系统运行状态质量信息，工件检测信息，向CAM提供设备、工件的检测和监控命令，工艺系统质量分析、诊断、评价结果，以及纠正、改进、预防的建议，对加工质量的预测以及补偿和控制命令。

3．IQS与MIS的集成

IQS从MIS（ManagementInformationSystem）获得采购、生产计划、销售、财务和设备等方面信息，向MIs反馈产品、设备质量信息、质量成本信息、售后服务质量信息等。

7、谈谈你对6Sigma质量管理模式的认识

A、Sigma质量管理的意义

1．6Sigma质量管理的提出

Sigma是的读音，表示观测值对其平均值波动的大小，一般称均方差。

它来源于数据的统计计算，它是从数据的协方差取其平方根而得，又称标准差，而±6则是标准正态分布的术语，应当注意计算时应注明±，否则容易产生错误。

6Sigma质量管理是从产品的经营管理的角度提出的，在电子技术领域首先得到应用，如摩托罗拉（Motorola）公司率先提出“在1992年实现6管理”，后来通用电气（GE）公司也积极推行此模式．取得了市场产值第一的成绩，促使6。

质量管理的理论得到进一步完善并进一步推广应用。

2、6Sigma质量管理的目标

一是顾客对产-品的满意度和企业对顾客的忠诚度；二是企业必须追求最低资源成本。

提高产品质量和顾客满意度与提高企业的经济效益存在着相互矛盾而又相互依存、相互促进的辩证关系。

6Sigma质量管理模式通过对生产过程进行分析，提供无缺陷的产品和提高顾客对服务满意度获取经济效益。

是—个统计量，当统计数据服从正态分布．±6不合格率达到百万分之0.001973，即0.001973ppm。

把它作为一个目标值，意味着企业的业绩改进趋向完美的目标。

B、Sigma质量管理的实施

1．从技术上看它是一个全面的质量管理过程。

基于质量经济性原理，由图4·5可以看出提高企业的经济效益，有两方面：

一是增加企业收人。

在现代企业中，可以按常规方法去实现，诸如加强领导，提高效率，改进雇员工作以及提高雇员和顾客的满意度来实现；二是降低运行成本。

首先是降低所需的资源成本，减少资源投资，提高企业的信誉和形象，增加市场份额。

6Sigma的质量管理是以数理统计方法为基础，把图4．5所列的经济活动内容数量化，把企业的长远规划和6Sigma联系起来，运用测量—分析一改进—控制的程序找出生产过程的薄弱环节，减少生产过程的波动，提高生产过程的稳定性，达到保证质量和提高效益的目的。

图4．5提高企业经济效益的内涵

2．有严格的组织领导

如图4.6所示。

一般分为4个层次：

图4.66Sigma质量管理的组织结构

（1）倡导者一般由企业最高领导层组成，例如总裁、总经理，他需要有远大的理想和敏锐的眼光，能看清世界市场经济的发展变化及其对本企业发展的影响，理解6sigma的质量管理对本企业发展的作用，确认并支持6Sigma的质量管理计图4．66Sigma质量管理的组织结构划的进行。

由他们来检查6Sigma管理工具和技术的应用，提出正确的思路，管理并领导黑带主管和黑带成员的工作

（2）黑带主管一般是企业主管技术的副总经理或总工程师。

需要具备良好的数理统计基础，能按照6Sigma质量管理原则结合企业实际分析问题，提出正确的工作方法，指导黑带成员的工作。

（3）黑带成员是实施6Sigma质量管理的中坚力量，负责具体执行和推广6Sigma质量管理，能正确理解和应用6Sigma质量管理工具。

（4）绿带成员一般为兼职人员，是企业内部各个基层受益项目的负责人，侧重于每天结合自己的基层工作具体应用6Sigma计划。

由上述可知，6Sigma质量管理实质上体现了以顾客为中心、以数据为基础、以追求完美无瑕为目标的管理理念。

其核心是通过一种以统计科学为依据的，集数据分析、技术测量、原因分析、优化改进和控制为一体的管理方式，使企业在运作能力方面达到最佳境界。

C、要实施6Sigma管理的企业必须具备以下条件：

1）有全球竞争意识和长远发展规划；

2）有扎实的管理基础，如曾经实施过统计质量管理或全面质量管理；

3）有职业素质和科学素质较高的员工队伍。

以上仅从宏观上说明了6Sigma管理模式的概念．其原理将结合3Sigma说明。

8、质量状态的识别与控制的研究途径有哪些

9、影响零件加工质量的主要因素有哪些

1．工件材料

工件材料是根据零件在机器中的作用规定的。

这不是在工序过程可以变动的参数，但它与其他工序的加工质量有关。

如热处理显徽结构不均造成硬度不均匀形成加工系统的振动的激励源，使得加工时尺寸不稳定，并导致分散性增大。

由本章3．1节所定义的母体的概念，即使尺寸规格相同的零件，如果材料不同。

加工过程属性将产生很大的变化，不属于同一母体。

2．机器设备

机器设备主要是机床，当然包括工艺装备．它是影响工序质量的重要因素，机床对加工过程的影响一是机床本身精度．机床精度不高，势必影响加工精度；二是机床的刚度。

它直接影响机床一刀具一工件的加工系统刚度。

这两方面因素都直接反映在工序质量上．提高加工系统的刚度，可增加工序尺寸的稳定性。

在不同的的机床上加工相同的零件．加工过程属性也将产生很大的变化。

3．加工方法

加工方法是提高工序质量最积极的因素，采用不同的方法，即不同的工艺，是保证质量、提高零件寿命的重要因素。

现在许多引进的产品．多半是工艺上由于多特色，这些都足以说明加工方法对工序质量的影响．因此．用不同的加工方法加工的零件属性不同，也导致数据总体不属于同一母体。

4.操作者的技术水平

这是影响工序质量的直接因素，例如技术水平高的工人加工的零件，其子样均值比较接近零件的公称尺寸，且分散性较小，使的变化容易控制在容差范围之内，因而工序质量稳定；而技术水平低的工人，子样均值往往偏离理想均值，且的分散性较大，容易超差。

此外，操作者思想素质，工作责任心，重视工序质量的知识水平都是影响质量过程属性的重要因素。

5.生产环境

加工环境，包括厂房及环境温度条件、机床地基是否有隔振措施。

例如精密零件的加工必须有专门的恒温车间，有些贵重精密设备还得安装在地下室，都是提高环境条件的稳定性，避免随机干扰。

6.技术测量

测量是检测运态变化过程参数，测量数据的准确性，影响系统的输出，但不是生成动态变化的原因。

以上6种因素是对工序质量影响的最基本的也是最重要的因素，它们彼此相关，相互影响，而不是独立无关，图4.18说明了它们之间的相互作用及影响。

不论是哪一方面的影响，最终都是影响到加工过程中的物理、几何量的变化，并最终导致工序质量的变化。

由于6大因素的相互制约相互作用，在一定条件下处于相对平衡之中，使加工系统运行不致发散，而处于一定的稳定的状态，形成相对稳定的母体，具有一定的概率分布，即正态分布。

具有一定的工序过程能力，改进和提高工序过程能力的种种措施，都可从6大因素对切削过程的物理本质的影响来分析。

人们掌握加工过程统计参数的动态变化，就能在一定的条件下，积极发挥工序的潜在能力。

图4.18对工序过程影响的5M1E因素间的相互关系

10、正态分布概率曲线有哪些性质

（1）由第3章2．2节式（3．3）已知，正态分布的概率密度函数为

（4.1）

它能完整地描述随机数据的分布特性，并且唯一地由均值和方差所决定，因此，常用的也是最主要的数字特征是均值和方差。

由于随机过程是由许多实现形成的（见第3章图3.1），如果采用相同

的均值和方差，在Matlab平台上生成的数据曲线是不相同的，因为每次生成的数据曲线只是一次实现，数据是随机的.每一次实现也是随机函数，它们是不可能重复的。

（2）曲线关于对称，这表明对任意z（z>0），有

式中，P表示在{·}范围中x出现的概率。

当时

，p（g）为最大值[由式（4．1）]

当x离愈远，p（x）值愈小，即x落在这个区间的概率愈小，如图4．10上的区间A。

（4）在

处，曲线有拐点，并以Ox轴为渐近线（见图4．10）。

图4.10沿x轴正态分布的曲线变化

（5）

规则。

现将标准正态分布曲线分成1，2，3三个区间，如图4．11所示，图中横坐标*表示偏差所在位置（在标准正态分布情况下=）。

即曲线在横坐标所包括的面积占总面积的68．26％。

即曲线在横坐标±2d所包括的面积占总面积的95.44％

即曲线在横坐标±3a上所包括的面积为99．74％。

图4.11规则的概念

换言之，在横坐标为之外，曲线所包括的面积仅占0．26％，此值甚小，也就是说绝大部分样本都落在区间内。

与生产过程5MIE种种因素有关，它包括丰富的物理意义，可作为标志生产过程的重要参数，以下还将继续说明它的应用。

11、请分析样本性质与正态分布的关系

3．4．1的意义及其波动特性

由第3章第2．3节的分析可知，如果数据属于某正态总体，一旦均值和方差已经确定，则其概率密度函数也就由式（3．1）唯一确定。

此处方差的平方根描述了样本函数对其平均值的偏离程度（见图3．2），即数据的波动特性。

因此均值口和均方差±都是正态分布的特征参数。

所谓“唯一确定”的含意是说：

若要用±去

描述某一数据总体，必须要求该数据总体是正态的。

在工程技术和经济领域中．随机事件是大量的，一般来说，大都服从正态分布，但就某一具体事件而言，则要对数据的分布特性进行具体分析和实际检测。

如果数据不是正态的，就不能再用这个参数来描述。

3．4．2的数据来自于样本的方差

在机械制造过程中的统计参数是根据生产中的实际问题统计计算的结果。

由式（3．20）

图4．14来自两个不同的正态总体的不合格品率

可知：

是的平方根（在样本计算中，又称标准差）。

可以描述数据围绕其均值的变化规律，上述“唯一确定”的第二个意义就是不同的如果相差太大。

往往属于不

同的样本总体。

因为不同，表示生产环境不同，正态总体改变了。

如图4．14表示了两条正态分布曲线A~N（0，4）和B～N（0，1），即因为二者相差一倍，它属于两个不同的正态总体，是在两个不同环境产生的。

表4．1列出了A、B两条曲线在不同的质量水平下的不合格品率，表中符号利用MATLAB平台计算求得，sixsigma（1sl，usl，mu，sigma）括号中的数字分别代表（0I，。

。

，p，d）。

可以看出：

曲线A在（-6，6，0，2）条件下的不合格品率为2699．796063ppm，而曲线日只需在（-3，3，0，1）条件下，便可得到相同的。

质量水平及不合格品率。

这是由于各个正态总体都是在各自的环境中形成的，例如可以理解为是在一般生产条件下在通用机床上进行半精加工或粗加工，=2当然较大，要在此条件下达到6水平是相当困难的；而曲线的a2=1，比曲线^小一倍，可以理解为是在精密生产条件下在精密磨床进行精加工，它实现质量水平，要比前者容易得多。

这并不是说可以用口去取代A。

要使^容易接近6d质量水平，必须采取必要的技术措施，如采用必要的工艺装配、更换精度较高的机床、提高工人技术水平等，使实际数据的波动小，即减少a才能达到此目的。

但也会造成生产效率降低、生产成本增加。

12、请论述б与6б质量管理的关系

3.5.1正负3б与公差和配合的关系

一台机器是由成千上万个零件装配而成，零件与零件之间有相互配合的关系。

按照产品的性能要求。

采用适当配合才能达到产品性能的预期指标，如间隙配合、过渡配合和过盈配合等。

该转动的要能转动自如，并保证规定的转动精度;该触止不动的，装配后就不得相互移动，还要能顺利地装进去。

按照产品功能的要求和工序成本最低的原则，结合生产实际经验，制定了各种机器零件允许的公差范围和配合方法。

（1）公差范围（即公差带）.即工件的实际尺寸出现过大或过小，将影。

（2）实际尺寸偏差范围w的取值是按其概率计算。

因为机械加工过程是随机的，尺寸偏差也是随机的，而每一个部件的短一种功能都山许多零件装配而产生的，零件与零件之间形成一个尺寸链，在同一尺寸链中，各环的实际尺寸的概率分布特性也不尽相词，这将影响到封闭环的概率分布性质，办法就是减少各环节尺寸波动，必须留有余地，故实际尺寸的波动范围w取值小于T。

3.5.2以正负3б为极限值公差的配合与6б的关系

（1）以正负3б为极限值的公差配合与6б的质量水平要求之间并不矛盾，因为二者所追求的目标是一致的，即无缺陷产品。

但实施方法不同，前者是以接近均值为期望值，要求工件的实际尺寸离均值愈近愈好;而后者则是以降低不合格品率为日标，当然希望离6б愈近愈好（也就是离均值愈远）。

分析如果能从产生

波动的原因人手，诸如改进工件材料质量不均、提高机床刚度、减少机床刀具的振动等，将工件的实际尺寸控制在范围内，把不合格品排除加工过程之中，这也是加工质量状态监测研究的主要内容之一。

（2）制定合适的公差配合标准是从零件的加工过程考虑的，只要机械制造过程稳定、工件实际尺寸波动小误差自会降低。

而6б质量水平是从经营角度考虑的，但应从整机性能出发，零部件安装配合好、整机性能就好，再就是零件换性要好、便于维修、顾客满意、不合格品不流入市场、市场份额也就必然增加。

（3）从工序成木角度来看，并非不合格品率越低越好。

要减少不合格品率，必须采取相应的技术改进措施，但这将导致工序成本增加，能在二者之问寻求最佳点，如工序综合成本最小的废品率.

13、请论述5MIE6大因素对加工过程影响的机理

1．工件材料

工件材料是根据零件在机器中的作用规定的。

这不是在工序过程可以变动的参数，但它与其他工序的加工质量有关。

如热处理显徽结构不均造成硬度不均匀形成加工系统的振动的激励源，使得加工时尺寸不稳定，并导致分散性增大。

由本章3．1节所定义的母体的概念，即使尺寸规格相同的零件，如果材料不同。

加工过程属性将产生很大的变化，不属于同一母体。

2．机器设备

机器设备主要是机床，当然包括工艺装备．它是影响工序质量的重要因素，机床对加工过程的影响一是机床本身精度．机床精度不高，势必影响加工精度；二是机床的刚度。

它直接影响机床一刀具一工件的加工系统刚度。

这两方面因素都直接反映在工序质量上．提高加工系统的刚度，可增加工序尺寸的稳定性。

在不同的的机床上加工相同的零件．加工过程属性也将产生很大的变化。

3．加工方法

加工方法是提高工序质量最积极的因素，采用不同的方法，即不同的工艺，是保证质量、提高零件寿命的重要因素。

现在许多引进的产品．多半是工艺上由于多特色，这些都足以说明加工方法对工序质量的影响．因此．用不同的加工方法加工的零件属性不同，也导致数据总体不属于同一母体。

4.操作者的技术水平

这是影响工序质量的直接因素，例如技术水平高的工人加工的零件，其子样均值比较接近零件的公称尺寸，且分散性较小，使的变化容易控制在容差范围之内，因而工序质量稳定；而技术水平低的工人，子样均值往往偏离理想均值，且的分散性较大，容易超差。

此