專利名稱：提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于汽車制造技術(shù)領(lǐng)域的工藝優(yōu)化系統(tǒng)，特別是一種提高汽 車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對于越來越復(fù)雜的汽車覆蓋件制造問題，工藝優(yōu)化技術(shù)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的直接 搜索和試錯法來提高優(yōu)化處理效率、為產(chǎn)品制造工藝設(shè)計提供最優(yōu)方案，目前己 在汽車覆蓋件制造行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在汽車覆蓋件的實際制造過程 中，壓邊力、潤滑等工藝參數(shù)會產(chǎn)生波動；隨著時間的推移，模具表面發(fā)生磨損， 幾何尺寸會發(fā)生變化；同一牌號鋼板在不同廠家、不同生產(chǎn)批次，板料厚度、力 學(xué)性能也會存在差別。如不考慮上述隨機因素波動偏差的影響將導(dǎo)致優(yōu)化設(shè)計方 案的可靠性大大降低，甚至使設(shè)計失效。傳統(tǒng)的工藝優(yōu)化技術(shù)無法考慮這些隨機 因素的波動偏差，無法分析這些隨機因素的波動對產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的影響。近年 來車身覆蓋件中大量采用高強度鋼板，與低碳鋼板相比，此類板材軋制工藝控制 難度大，材料性能波動更為劇烈，導(dǎo)致其應(yīng)用于車身覆蓋件時制造質(zhì)量波動問題 愈發(fā)突出。因此，如何在產(chǎn)品設(shè)計階段就能考慮隨機因素的變差及其對制造質(zhì)量 的影響，如何通過工藝優(yōu)化來減小隨機因素波動對制造質(zhì)量的影響，成為提高汽 車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性、降低廢品率和制造成本的關(guān)鍵。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，MUllersch5n等在《7th International Conference and Workshop on Numerical Simulation of 3D Sheet Metal Forming Processes Interlaken, Switzerland, 2008: 819-828》(2008年在瑞士蘇黎世 召開的第7屆國際板料成形數(shù)值仿真大會，第819頁 第828頁)上發(fā)表了 "Stochastic analysis of uncertainties for metal forming processes with Ls-0pt"(基于Ls-Opt對金屬成形過程的不確定性進(jìn)行隨機分析)。該文中提出基 于可靠性的優(yōu)化設(shè)計技術(shù)，具體為結(jié)合實驗設(shè)計、逐歩回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型和有 限元仿真程序建立響應(yīng)面模型，采用基于可靠性的優(yōu)化技術(shù)獲得穩(wěn)健工藝方案。其不足在于采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立響應(yīng)面模型對專業(yè)經(jīng)驗的依賴較強，容易出現(xiàn)數(shù)值問題，對普通工程技術(shù)人員缺乏可操作性；基于可靠性的優(yōu)化結(jié)果與蒙特卡羅法結(jié)果有一定誤差，該方法的正確性和有效性缺乏驗證。
檢索中還發(fā)現(xiàn)，Y. Q. Li等在《International Journal of AdvancedManufacturing Technology》(國際先進(jìn)制造技術(shù)學(xué)報)(2006年30巻第631頁)上發(fā)表了 "CAE-based six sigma robust optimization for deep-drawing sheetmetal process. International Journal of Advanced ManufacturingTechnology"(面向板料成形過程的六西格瑪穩(wěn)健優(yōu)化)。該文中提出一套六西格瑪穩(wěn)健優(yōu)化技術(shù)，具體為將質(zhì)量工程中的六西格瑪理念與響應(yīng)面法、有限元仿真程序相結(jié)合，建立質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差的雙響應(yīng)面模型，采用傳統(tǒng)單目標(biāo)優(yōu)化技術(shù)得到穩(wěn)健工藝方案。其不足在于質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、方差均采用泰勒級數(shù)展開法作近似處理，處理精度難以保證；不適用于分析形狀復(fù)雜、具有多處缺陷的汽車覆蓋件成形問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)，用于在產(chǎn)品設(shè)計階段檢測制造工藝、板材性能的波動偏差對制造質(zhì)量的影響，通過工藝優(yōu)化以減小隨機因素的波動對制造質(zhì)量的影響，達(dá)到提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性，減小廢品率的目標(biāo)。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括GUI (圖形用戶接口)模塊、變量屬性模塊、變量篩選模塊、響應(yīng)面建模模塊、噪聲因素隨機屬性模塊、
隨機響應(yīng)面建模模塊和工藝優(yōu)化模塊，其中
GUI模塊為用戶使用的圖形界面，通過該界面實現(xiàn)用戶與變量屬性模塊、變
量篩選模塊、響應(yīng)面建模模塊、噪聲因素隨機屬性模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊和工藝優(yōu)化模塊的交互式操作，并接收交互式操作過程中上述各個模塊的中間結(jié)果及最后結(jié)果。
變量屬性模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的可控工藝屬性、噪聲因素屬性和質(zhì)量檢測指標(biāo)屬性，并傳輸給GUI模塊、變量篩選模塊和響應(yīng)面建模模塊。
變量篩選模塊負(fù)責(zé)篩選對質(zhì)量檢測指標(biāo)影響最顯著的可控工藝、噪聲因素，并傳輸給GUI模塊、響應(yīng)面建模模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊和噪聲因素隨機屬性
6模塊。
響應(yīng)面建模模塊負(fù)責(zé)建立可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)之間的響應(yīng)面模型，并傳輸給GUI模塊和隨機響應(yīng)面建模模塊。
噪聲因素隨機屬性模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的噪聲因素隨機屬性，并傳輸給GUI模塊和隨機響應(yīng)面建模模塊。
隨機響應(yīng)面建模模塊負(fù)責(zé)建立可控工藝與質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差之間的隨機響應(yīng)面模型，并傳輸給GUI模塊和工藝優(yōu)化模塊。
工藝優(yōu)化模塊負(fù)責(zé)建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及約束條件，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法處理
獲得最優(yōu)工藝條件，并將最優(yōu)工藝條件傳輸給GUI模塊。
所述變量屬性模塊，包括可控工藝子模塊、噪聲因素子模塊和質(zhì)量檢測指
標(biāo)子模塊，可控工藝子模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的可控工藝屬性，并傳輸給變量篩選模塊；噪聲因素子模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的噪聲因素屬性，并傳輸給變量篩選模塊；質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的質(zhì)量檢測指標(biāo)屬性，并傳輸給變量篩選模塊、響應(yīng)面建模模塊。
所述變量篩選模塊，包括編碼變換子模塊、篩選處理子模塊，其中，編碼變換子模塊接收變量屬性模塊中可控工藝子模塊和噪聲因素子模塊的輸出，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換可控工藝和噪聲因素的取值范圍，并傳輸給篩選處理子模塊；篩選處理子模塊接收變量屬性模塊中質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊的輸出，采用一次正交回歸法，結(jié)合有限元程序輸出對質(zhì)量檢測指標(biāo)影響最顯著的可控工藝和噪聲因素，并將篩選后的可控工藝傳輸給響應(yīng)面建模模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊，將篩選后的噪聲因素傳輸給響應(yīng)面建模模塊、噪聲因素隨機屬性模塊。
所述響應(yīng)面建模模塊，包括取值域區(qū)間劃分子模塊、均勻設(shè)計子模塊和響應(yīng)面擬合子模塊，其中，取值域區(qū)間劃分子模塊接收變量篩選模塊中篩選處理子模塊輸出的可控工藝，將可控工藝的取值范圍劃分為若干區(qū)間，并傳輸給均勻設(shè)計子模塊；均勻設(shè)計子模塊接收變量屬性模塊中質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊的輸出，在每個取值域區(qū)間內(nèi)生成均勻設(shè)計表，結(jié)合有限元程序獲得質(zhì)量檢測指標(biāo)，生成均勻?qū)嶒灅颖?，并傳輸給響應(yīng)面擬合子模塊；響應(yīng)面擬合子模塊在均勻?qū)嶒灅颖镜幕A(chǔ)上，建立每個取值域區(qū)間內(nèi)可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)之間的多項式函數(shù)作為響應(yīng)面模型，若響應(yīng)面精度滿足要求，將響應(yīng)面模型傳輸給隨機響應(yīng)
7面建模模塊；若響應(yīng)面精度不滿足要求，則重新返回取值域區(qū)間劃分子模塊，繼續(xù)細(xì)分可控工藝的取值域區(qū)間直至響應(yīng)面滿足精度要求。
所述隨機響應(yīng)面建模模塊，包括隨機取值域區(qū)間劃分子模塊、隨機均勻設(shè)計子模塊、隨機屬性處理子模塊和隨機響應(yīng)面擬合子模塊，其中，隨機取值域區(qū)間劃分子模塊接收變量篩選模塊中篩選處理子模塊的輸出，將可控工藝的取值范圍劃分為若干區(qū)間，并傳輸給隨機均勻設(shè)計子模塊；隨機均勻設(shè)計子模塊在每個取值域區(qū)間內(nèi)生成均勻設(shè)計表，并傳輸給隨機屬性處理子模塊；隨機屬性處理子模塊接收變量屬性模塊中質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊的輸出和響應(yīng)面建模模塊中響應(yīng)面擬合子模塊的輸出，根據(jù)均勻設(shè)計表，采用蒙特卡羅法(Monte Carlo Method)處理得到質(zhì)量檢測指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差，生成均勻?qū)嶒灅颖?，并傳輸給隨機響應(yīng)面擬合子模塊；隨機響應(yīng)面擬合子模塊在均勻?qū)嶒灅颖镜幕A(chǔ)上，建立每個取值域區(qū)間內(nèi)可控工藝與質(zhì)量檢測指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差之間的多項式函數(shù)作為隨機響應(yīng)面模型，若隨機響應(yīng)面精度滿足要求，將隨機響應(yīng)面模型傳輸給工藝優(yōu)化模塊；若隨機響應(yīng)面精度不滿足要求，則重新返回隨機取值域區(qū)間劃分子模塊，繼續(xù)細(xì)分可控工藝的取值域直至隨機響應(yīng)面達(dá)到精度要求。
所述工藝優(yōu)化模塊，包括優(yōu)化模型子模塊和優(yōu)化處理子模塊，其中，優(yōu)化模型子模塊接收隨機響應(yīng)面建模模塊中隨機響應(yīng)面擬合子模塊輸出的隨機響應(yīng)面模型，將用戶設(shè)定的制造質(zhì)量目標(biāo)轉(zhuǎn)換為由質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差組成的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)和約束函數(shù)，并傳輸給優(yōu)化處理子模塊；優(yōu)化處理子模塊采用NSGA-II (改進(jìn)的非支配排序遺傳算法)優(yōu)化算法獲得最優(yōu)的可控工藝條件。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1) 處理速度快，處理過程穩(wěn)定，可操作性強。采用響應(yīng)面模型代替有限元程序運算，能夠顯著提高優(yōu)化效率；響應(yīng)面模型采用構(gòu)造原理成熟、形式簡單的多項式函數(shù)建立，避免采用復(fù)雜模型時帶來的擬合效率低、不收斂、對專業(yè)經(jīng)驗的依賴較強等問題，對普通工程技術(shù)人員具有較強的可操作性。
2) 響應(yīng)面模型精度可控，處理結(jié)果精度高。對可控工藝的取值域劃分區(qū)間越多，在各區(qū)間內(nèi)建立的響應(yīng)面精度越高，可根據(jù)具體問題選擇劃分區(qū)間的個數(shù)，以合理控制響應(yīng)面精度與處理時間；作為準(zhǔn)精確處理方法的蒙特卡羅法獲得的均值、方差在理論上是無限逼近真實結(jié)果的，因此具有很高的處理精度。
83) 適用于分析形狀復(fù)雜、缺陷位置較多的復(fù)雜汽車覆蓋件制造問題。汽車覆蓋件制造過程是一個非線性程度很強的系統(tǒng)，通過對復(fù)雜零件不同缺陷部位的制造質(zhì)量分別進(jìn)行研究，能夠顯著降低系統(tǒng)的非線性程度，使得采用多項式函數(shù)近似描述系統(tǒng)"輸入一輸出"關(guān)系也能具有較高的精度，使得分析形狀復(fù)雜、缺陷位置較多的復(fù)雜汽車覆蓋件制造問題成為可能。
4) 能自動處理獲得全局最優(yōu)的穩(wěn)健工藝條件，并具有良好的人機界面。將用戶設(shè)定的質(zhì)量目標(biāo)轉(zhuǎn)化為質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差組成的多目標(biāo)優(yōu)化模型，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法處理得到全局最優(yōu)的穩(wěn)健工藝條件，并將優(yōu)化后的制造質(zhì)量結(jié)果反饋給用戶，具有良好的人機界面和很強的工程指導(dǎo)性。


圖l本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖2某車型的行李箱蓋內(nèi)板成形結(jié)果；
其中1 -3均表示破裂缺陷部位，4表示起級缺陷部位。
圖3傳統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果與本發(fā)明優(yōu)化結(jié)果之間的比較其中圖(a)為破裂指標(biāo)5私的概率密度曲線比較圖；圖(b)為起皺指標(biāo)A的概率密度曲線比較圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例包括GUI模塊、變量屬性模塊、變量篩選模塊、響應(yīng)面建模模塊、噪聲因素隨機屬性模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊和工藝優(yōu)化模塊，其中GUI模塊為用戶使用的圖形界面，通過該界面實現(xiàn)用戶與變量屬性模塊、變量篩選模塊、響應(yīng)面建模模塊、噪聲因素隨機屬性模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊和工藝優(yōu)化模塊的交互式操作，并接收交互式操作過程中上述各個模塊的中間結(jié)果及最后結(jié)果；變量屬性模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的可控工藝屬性、噪聲因素屬性和質(zhì)量檢測指標(biāo)屬性，并傳輸給GUI模塊、變量篩選模塊和響應(yīng)面建模模塊；變量篩選模塊負(fù)責(zé)篩選對質(zhì)量檢測指標(biāo)影響最顯著的可控工藝、噪聲因素，并傳輸給GUI模塊、響應(yīng)面建模模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊和噪聲因素隨機屬性模塊；響應(yīng)面建模模塊負(fù)責(zé)建立可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)之間的響應(yīng)面模型，并傳輸給GUI模塊和隨機響應(yīng)面建模模塊；噪聲因素隨機屬性模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的噪聲因素隨機屬性，并傳輸給GUI模塊和隨機響應(yīng)面建模模塊；隨機響應(yīng)面建模模塊負(fù)責(zé)建立可控工藝與質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差之間的隨機響應(yīng)面模型，并傳輸給GUI模塊和工藝優(yōu)化模塊；工藝優(yōu)化模塊負(fù)責(zé)建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及約束條件，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法處理獲得最優(yōu)工藝條件，并將最優(yōu)工藝條件傳輸給GUI模塊。
所述變量屬性模塊，包括可控工藝子模塊、噪聲因素子模塊和質(zhì)量檢測指
標(biāo)子模塊?？煽毓に囎幽K負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的可控工藝屬性，并傳輸給變量篩選模塊中的編碼變換子模塊；噪聲因素子模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的噪聲因素屬性，并傳輸給變量篩選模塊中的編碼變換子模塊；質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的質(zhì)量檢測指標(biāo)屬性，并傳輸給變量篩選模塊中的篩選處理子模塊、響應(yīng)面建模模塊中的均勻設(shè)計子模塊。
所述變量篩選模塊，包括編碼變換子模塊、篩選處理子模塊。其中，編碼變換子模塊負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換可控工藝和噪聲因素的取值范圍，并傳輸給篩選處理子模塊；篩選處理子模塊采用一次正交回歸法，結(jié)合有限元程序輸出對質(zhì)量檢測指標(biāo)影響最顯著的可控工藝和噪聲因素，并將篩選后的可控工藝傳輸給響應(yīng)面建模模塊中的取值域區(qū)間劃分子模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊中的隨機取值域區(qū)間劃分子模塊，將篩選后的噪聲因素傳輸給響應(yīng)面建模模塊中的均勻設(shè)計子模塊、噪聲因素隨機屬性模塊。
所述響應(yīng)面建模模塊，包括取值域區(qū)間劃分子模塊、均勻設(shè)計子模塊和響應(yīng)面擬合子模塊。其中，取值域區(qū)間劃分子模塊將可控工藝的取值范圍劃分為若干區(qū)間，并傳輸給均勻設(shè)計子模塊；均勻設(shè)計子模塊在每個取值域區(qū)間內(nèi)生成均勻設(shè)計表，結(jié)合有限元程序獲得相應(yīng)的質(zhì)量檢測指標(biāo)，生成均勻?qū)嶒灅颖?，并傳輸給響應(yīng)面擬合子模塊；響應(yīng)面擬合子模塊在均勻?qū)嶒灅颖镜幕A(chǔ)上，建立每個取值域區(qū)間內(nèi)可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)之間的多項式函數(shù)作為響應(yīng)面模型，若響應(yīng)面精度滿足要求，將響應(yīng)面模型傳輸給隨機響應(yīng)面建模模塊中的隨機屬性處理子模塊；若響應(yīng)面精度不滿足要求，則重新返回取值域區(qū)間劃分子模塊，繼續(xù)細(xì)分可控工藝的取值域區(qū)間直至響應(yīng)面滿足精度要求。所述隨機響應(yīng)面建模模塊，包括隨機取值域區(qū)間劃分子模塊、隨機均勻設(shè)計子模塊、隨機屬性處理子模塊和隨機響應(yīng)面擬合子模塊。其中，隨機取值域區(qū)間劃分子模塊將可控工藝的取值范圍劃分為若干區(qū)間，并傳輸給隨機均勻設(shè)計子模塊；隨機均勻設(shè)計子模塊在每個取值域區(qū)間內(nèi)生成均勻設(shè)計表，并傳輸給隨機屬性處理子模塊；隨機屬性處理子模塊根據(jù)均勻設(shè)計表，采用蒙特卡羅法(Monte
Carlo Method)處理得到相應(yīng)的質(zhì)量檢測指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差，生成均勻?qū)嶒灅颖?，并傳輸給隨機響應(yīng)面擬合子模塊；隨機響應(yīng)面擬合子模塊在均勻?qū)嶒灅颖镜幕A(chǔ)上，建立每個取值域區(qū)間內(nèi)可控工藝與質(zhì)量檢測指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差之間的多項式函數(shù)作為隨機響應(yīng)面模型，若隨機響應(yīng)面精度滿足要求，將隨機響應(yīng)面模型傳輸給工藝優(yōu)化模塊中的優(yōu)化模型子模塊；若隨機響應(yīng)面精度不滿足要求，則重新返回隨機取值域區(qū)間劃分子模塊，繼續(xù)細(xì)分可控工藝的取值域直至隨機響應(yīng)面模型達(dá)到精度要求。
所述工藝優(yōu)化模塊，包括優(yōu)化模型子模塊和優(yōu)化處理子模塊。其中，優(yōu)化模型子模塊將用戶設(shè)定的制造質(zhì)量目標(biāo)轉(zhuǎn)換為由質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差組成的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)和約束函數(shù)，并傳輸給優(yōu)化處理子模塊；優(yōu)化處理子模塊采用NSGA-II (改進(jìn)的非支配排序遺傳算法)優(yōu)化算法獲得最優(yōu)的可控工藝條件。
本實施例為應(yīng)用于某車型中的復(fù)雜汽車覆蓋件行李箱蓋內(nèi)板制造工藝優(yōu)化，獲得最穩(wěn)健的工藝條件，并與傳統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行對比。
根據(jù)圖1所示，首先調(diào)用變量屬性模塊，可控工藝子模塊保存用戶在GUI模塊輸入的可控工藝屬性四段拉延筋阻力(《、A、 A和X4)壓邊壓強^及其取值范圍，傳輸給變量篩選模塊中的編碼變換子模塊；噪聲因素子模塊保存用戶在GUI模塊輸入的噪聲因素屬性板料厚度a、應(yīng)變硬化指數(shù)&、各向異性系數(shù)^和潤滑條件^及其取值范圍，并傳輸給變量篩選模塊中的編碼變換子模塊；質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊保存用戶在GUI模塊輸入的質(zhì)量檢測指標(biāo)屬性:安全裕度5￥,、5￥2和5￥3為破裂缺陷部位1 3的質(zhì)量檢測指標(biāo)，起皺高度A為起皺缺陷部位的質(zhì)量檢測指標(biāo)，如圖2所示，并傳輸給變量篩選模塊中的篩選處理子模塊、響應(yīng)面建模模塊中的均勻設(shè)計子模塊。
然后進(jìn)入變量篩選模塊，編碼變換子模塊將可控工藝和噪聲因素的取值范圍均轉(zhuǎn)化為[-1，+1]，并傳輸給篩選處理子模塊；篩選處理子模塊采用一次正交回
11說明書第8/9頁
歸法，結(jié)合有限元程序輸出對質(zhì)量檢測指標(biāo)影響最顯著的可控工藝、噪聲因素，本例中對質(zhì)量檢測指標(biāo)(I,和A， /=1,2，3)影響最大的工藝因素為X,、 a和a，噪聲因素為&、 &和將篩選后的可控工藝(a、義2和Jf5)傳輸給響應(yīng)面建模模塊中的取值域區(qū)間劃分子模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊中的隨機取值域區(qū)間劃分子模塊，將篩選后的噪聲因素(&、 ^和&)傳輸給響應(yīng)面建模模塊中的均勻設(shè)計子模塊、噪聲因素隨機屬性模塊。
調(diào)用響應(yīng)面建模模塊，若不劃分取值域，直接進(jìn)入均勻設(shè)計子模塊，生成包含可控工藝(a、 a和Xs)、噪聲因素(&、 ^和^)的六因素均勻設(shè)計表，結(jié)合有限元程序獲得質(zhì)量檢測指標(biāo)(5"見和A， /=1，2，3)，生成均勻?qū)嶒灅颖?，并傳輸給響應(yīng)面擬合子模塊；響應(yīng)面擬合子模塊在均勻?qū)嶒灅颖镜幕A(chǔ)上，建立可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)之間的多項式函數(shù)作為響應(yīng)面模型，經(jīng)過精度校驗發(fā)現(xiàn)響應(yīng)面精度不高。重新返回取值域子模塊，將可控工藝x5的取值范圍劃分為兩個子區(qū)間，并傳輸給均勻設(shè)計子模塊；調(diào)用均勻設(shè)計子模塊、響應(yīng)面擬合子模塊建立可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)(^見7和A,， J=l，2，代表不同取值域區(qū)間)之間的響應(yīng)面模型；此時獲得的響應(yīng)面精度滿足要求，將響應(yīng)面模型傳輸給隨機響應(yīng)面建模模塊中的隨機屬性處理子模塊。
調(diào)用噪聲因素隨機屬性模塊，將篩選后的噪聲因素"2、 ^和傳輸給GUI模塊，保存用戶在GUI模塊輸入的噪聲因素(&、 ^和a)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差等隨機屬性，并傳輸給隨機響應(yīng)面建模模塊中的隨機屬性處理子模塊。
進(jìn)入隨機響應(yīng)面建模模塊，隨機取值域區(qū)間劃分子模塊將可控工藝a的取值范圍劃分為兩個子區(qū)間，并傳輸給隨機均勻設(shè)計子模塊；均勻設(shè)計子模塊在Xs的兩個子區(qū)間內(nèi)分別生成均勻設(shè)計表，并傳輸給隨機屬性處理子模塊；隨機屬性處理子模塊采用蒙特卡羅法處理獲得兩個子區(qū)間內(nèi)，均勻設(shè)計表所對應(yīng)的質(zhì)量檢測指標(biāo)的均值(/^(6lQ和"XqQ， hl，2(代表可控工藝^的兩個子區(qū)間M、標(biāo)準(zhǔn)差( CS^)和A=l,2 (代表可控工藝a的兩個子區(qū)間)}，生成均勻?qū)嶒灅颖?，并傳輸給隨機響應(yīng)面擬合子模塊；隨機響應(yīng)面擬合子模塊在均勻?qū)嶒灅颖镜幕A(chǔ)上，建立兩個取值域區(qū)間內(nèi)可控工藝與質(zhì)量檢測指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差之間的多項式函數(shù)作為隨機響應(yīng)面模型，經(jīng)過精度校驗發(fā)現(xiàn)響應(yīng)面滿足精度要求，將隨機響應(yīng)面模型傳輸給工藝優(yōu)化模塊中的優(yōu)化模型子模塊。
12進(jìn)入工藝優(yōu)化模塊，優(yōu)化模型子模塊將用戶設(shè)定的制造質(zhì)量目標(biāo)(本例中為發(fā)生破裂失效的零件廢品率低于0.01%，同時盡量減小起皺)轉(zhuǎn)換為由質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差組成的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)和約束函數(shù)，分別如式(1)、式(2)所示，并傳輸給優(yōu)化處理子模塊；
Mj'jj!7m謂 《7) + ct* (^) (1)
".a ) — 3.72 (SMy ) > 5 (2)
優(yōu)化處理子模塊采用NSGA-II多目標(biāo)優(yōu)化算法對上述優(yōu)化模型進(jìn)行處理，得到最優(yōu)的可控工藝條件如下拉延筋阻力系數(shù)(DB1)為0.26，拉延筋阻力系數(shù)(DB2)為0.228，壓邊壓強為0. 65Mpa，并傳輸給GUI模塊。
圖3將本發(fā)明獲得的優(yōu)化結(jié)果與傳統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行了對比，其中本發(fā)明獲得最優(yōu)工藝條件下汽車覆蓋件的制造質(zhì)量用虛線表示，而傳統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果用實線表示。若采用不考慮隨機因素變差影響的傳統(tǒng)優(yōu)化方法，在其最優(yōu)工藝條件下，發(fā)生破裂失效的零件廢品率將達(dá)到19. 1%，如圖3 (a)所示，超出用戶制訂的質(zhì)量目標(biāo)；而發(fā)生起皺失效的廢品率為5.83%，如圖3 (b)所示。而本發(fā)明獲得的穩(wěn)健優(yōu)化結(jié)果表明，在最優(yōu)穩(wěn)健工藝條件下，發(fā)生破裂失效的零件廢品率降至0.01%，如圖3 (a)所示，已達(dá)到用戶制訂的質(zhì)量目標(biāo)；發(fā)生起皺失效的概率僅為3.48%，如圖3 (b)所示，也優(yōu)于傳統(tǒng)優(yōu)化結(jié)果。
1權(quán)利要求
1、一種提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括GUI模塊、變量屬性模塊、變量篩選模塊、響應(yīng)面建模模塊、噪聲因素隨機屬性模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊和工藝優(yōu)化模塊，其中GUI模塊為用戶使用的圖形界面，通過該界面實現(xiàn)用戶與變量屬性模塊、變量篩選模塊、響應(yīng)面建模模塊、噪聲因素隨機屬性模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊和工藝優(yōu)化模塊的交互式操作，并接收交互式操作過程中上述各個模塊的中間結(jié)果及最后結(jié)果；變量屬性模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的可控工藝屬性、噪聲因素屬性和質(zhì)量檢測指標(biāo)屬性，并傳輸給GUI模塊、變量篩選模塊和響應(yīng)面建模模塊；變量篩選模塊負(fù)責(zé)篩選對質(zhì)量檢測指標(biāo)影響最顯著的可控工藝、噪聲因素，并傳輸給GUI模塊、響應(yīng)面建模模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊和噪聲因素隨機屬性模塊；響應(yīng)面建模模塊負(fù)責(zé)建立可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)之間的響應(yīng)面模型，并傳輸給GUI模塊和隨機響應(yīng)面建模模塊；噪聲因素隨機屬性模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的噪聲因素隨機屬性，并傳輸給GUI模塊和隨機響應(yīng)面建模模塊；隨機響應(yīng)面建模模塊負(fù)責(zé)建立可控工藝與質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差之間的隨機響應(yīng)面模型，并傳輸給GUI模塊和工藝優(yōu)化模塊；工藝優(yōu)化模塊負(fù)責(zé)建立優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)及約束條件，采用多目標(biāo)優(yōu)化算法處理獲得最優(yōu)工藝條件，并將最優(yōu)工藝條件傳輸給GUI模塊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)，其特征是，所述變量屬性模塊，包括可控工藝子模塊、噪聲因素子模塊和質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊，其中，可控工藝子模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入的可控工 藝屬性，并傳輸給變量篩選模塊；噪聲因素子模塊負(fù)責(zé)保存用戶在GUI模塊輸入 的噪聲因素屬性，并傳輸給變量篩選模塊；質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊負(fù)責(zé)保存用戶在 GUI模塊輸入的質(zhì)量檢測指標(biāo)屬性，并傳輸給變量篩選模塊、響應(yīng)面建模模塊。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)，其特征是，所述變量篩選模塊，包括編碼變換子模塊、篩選處理子模塊，其中， 編碼變換子模塊接收變量屬性模塊中可控工藝子模塊和噪聲因素子模塊的輸出， 負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換可控工藝和噪聲因素的取值范圍，并傳輸給篩選處理子模塊；篩選處理 子模塊接收變量屬性模塊中質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊的輸出，采用一次正交回歸法， 結(jié)合有限元程序輸出對質(zhì)量檢測指標(biāo)影響最顯著的可控工藝和噪聲因素，并將篩 選后的可控工藝傳輸給響應(yīng)面建模模塊、隨機響應(yīng)面建模模塊，將篩選后的噪聲 因素傳輸給響應(yīng)面建模模塊、噪聲因素隨機屬性模塊。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)， 其特征是，所述響應(yīng)面建模模塊，包括取值域區(qū)間劃分子模塊、均勻設(shè)計子模 塊和響應(yīng)面擬合子模塊，其中，取值域區(qū)間劃分子模塊接收變量篩選模塊中篩選 處理子模塊輸出的可控工藝，將可控工藝的取值范圍劃分為若干區(qū)間，并傳輸給 均勻設(shè)計子模塊；均勻設(shè)計子模塊接收變量屬性模塊中質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊的輸 出，在每個取值域區(qū)間內(nèi)生成均勻設(shè)計表，結(jié)合有限元程序獲得質(zhì)量檢測指標(biāo)， 生成均勻?qū)嶒灅颖荆鬏斀o響應(yīng)面擬合子模塊；響應(yīng)面擬合子模塊在均勻?qū)嶒?樣本的基礎(chǔ)上，建立每個取值域區(qū)間內(nèi)可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)之間 的多項式函數(shù)作為響應(yīng)面模型，若響應(yīng)面精度滿足要求，將響應(yīng)面模型傳輸給隨 機響應(yīng)面建模模塊；若響應(yīng)面精度不滿足要求，則重新返回取值域區(qū)間劃分子模 塊，繼續(xù)細(xì)分可控工藝的取值域區(qū)間直至響應(yīng)面滿足精度要求。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)， 其特征是，所述隨機響應(yīng)面建模模塊，包括隨機取值域區(qū)間劃分子模塊、隨機 均勻設(shè)計子模塊、隨機屬性處理子模塊和隨機響應(yīng)面擬合子模塊，其中，隨機取 值域區(qū)間劃分子模塊接收變量篩選模塊中篩選處理子模塊的輸出，將可控工藝的 取值范圍劃分為若干區(qū)間，并傳輸給隨機均勻設(shè)計子模塊；隨機均勻設(shè)計子模塊 在每個取值域區(qū)間內(nèi)生成均勻設(shè)計表，并傳輸給隨機屬性處理子模塊；隨機屬性 處理子模塊接收變量屬性模塊中質(zhì)量檢測指標(biāo)子模塊的輸出和響應(yīng)面建模模塊中響應(yīng)面擬合子模塊的輸出，根據(jù)均勻設(shè)計表，采用蒙特卡羅法處理得到質(zhì)量檢 測指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差，生成均勻?qū)嶒灅颖?，并傳輸給隨機響應(yīng)面擬合子模塊； 隨機響應(yīng)面擬合子模塊在均勻?qū)嶒灅颖镜幕A(chǔ)上，建立每個取值域區(qū)間內(nèi)可控工 藝與質(zhì)量檢測指標(biāo)的均值、標(biāo)準(zhǔn)差之間的多項式函數(shù)作為隨機響應(yīng)面模型，若隨 機響應(yīng)面精度滿足要求，將隨機響應(yīng)面模型傳輸給工藝優(yōu)化模塊；若隨機響應(yīng)面精度不滿足要求，則重新返回隨機取值域區(qū)間劃分子模塊，繼續(xù)細(xì)分可控工藝的 取值域直至隨機響應(yīng)面達(dá)到精度要求。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)， 其特征是，所述工藝優(yōu)化模塊，包括優(yōu)化模型子模塊和優(yōu)化處理子模塊，其中， 優(yōu)化模型子模塊接收隨機響應(yīng)面建模模塊中隨機響應(yīng)面擬合子模塊輸出的隨機 響應(yīng)面模型，將用戶設(shè)定的制造質(zhì)量目標(biāo)轉(zhuǎn)換為由質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差組 成的多目標(biāo)優(yōu)化函數(shù)和約束函數(shù)，并傳輸給優(yōu)化處理子模塊；優(yōu)化處理子模塊采 用NSGA-II優(yōu)化算法獲得最優(yōu)的可控工藝條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于汽車制造技術(shù)領(lǐng)域的提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性的工藝優(yōu)化系統(tǒng)，其中GUI模塊為圖形用戶接口，實現(xiàn)用戶與其他模塊的交互；變量屬性模塊保存用戶輸入的可控工藝屬性、噪聲因素屬性和質(zhì)量檢測指標(biāo)屬性；變量篩選模塊篩選對質(zhì)量檢測指標(biāo)影響最顯著的可控工藝、噪聲因素；響應(yīng)面建模模塊建立可控工藝、噪聲因素與質(zhì)量檢測指標(biāo)之間的響應(yīng)面模型；噪聲因素隨機屬性模塊保存用戶輸入的噪聲因素隨機屬性；隨機響應(yīng)面建模模塊建立可控工藝與質(zhì)量檢測指標(biāo)均值、標(biāo)準(zhǔn)差之間的隨機響應(yīng)面模型；工藝優(yōu)化模塊采用多目標(biāo)優(yōu)化算法處理獲得最優(yōu)工藝條件。本發(fā)明可以實現(xiàn)提高汽車覆蓋件制造質(zhì)量穩(wěn)定性，減小廢品率的目標(biāo)。
文檔編號G06F17/50GK101493858SQ20091004668
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者波 侯, 李淑慧, 來新民, 林忠欽, 王武榮 申請人:上海交通大學(xué)