一種基于非線性相關(guān)分析的工藝可靠性評估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及加工工藝可靠性評估方法，具體涉及一種基于非線性相關(guān)分析的工藝 可靠性評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 產(chǎn)品的固有可靠性是由設(shè)計決定，由制造過程保證的。在工程實(shí)踐過程中，相同設(shè) 計規(guī)范的產(chǎn)品，可由不同工藝方法加工制造，其固有可靠性會因工藝的不同，具有較大的差 異。據(jù)統(tǒng)計當(dāng)今機(jī)械產(chǎn)品，在使用過程中暴露的問題，約50%是由加工過程的缺陷造成的。 認(rèn)知產(chǎn)品固有可靠性在制造過程中的形成規(guī)律，定量評估加工工藝對產(chǎn)品可靠性的影響成 為目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0003] 在建立產(chǎn)品固有可靠性預(yù)測模型時，如果不對輸入變量進(jìn)行有效選擇，模型中包 含的冗余或影響較小的變量，可能會掩蓋重要變量的作用，并會增加預(yù)測模型的復(fù)雜性，降 低預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確度。并且產(chǎn)品的固有可靠性與各過程特性之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān) 系，這使得傳統(tǒng)的線性相關(guān)分析方法不再適用。
[0004] 產(chǎn)品的固有可靠性與各過程特性存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系，過程特性間也存在著 相關(guān)性，而且在建立產(chǎn)品固有可靠性預(yù)測模型時，輸入變量過多會增加預(yù)測模型的復(fù)雜性。 因此產(chǎn)品固有可靠性的預(yù)測較為困難，模型預(yù)測的準(zhǔn)確度也不能保證。
[0005] 因此對形成產(chǎn)品固有可靠性的制造過程進(jìn)行分析，確定對產(chǎn)品固有可靠性影響較 大的關(guān)鍵過程特性，并建立產(chǎn)品固有可靠性預(yù)測模型具有十分重要的意義，而目前關(guān)于這 方面的研究較為薄弱，本發(fā)明提供了一種基于非線性相關(guān)分析的工藝可靠性評估方法，并 在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝選取與優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于非線性相關(guān)分析的工藝可靠性評估方法，以解決 現(xiàn)有的線性相關(guān)分析方法，不適用于評價產(chǎn)品的固有可靠性與各過程特性之間存在有復(fù)雜 非線性關(guān)系的加工工藝可靠性的技術(shù)問題。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種基于非線性相關(guān)分析的工藝可靠性評估方法，包括：
[0009]步驟1:取產(chǎn)品固有可靠性評估指標(biāo)為早期失效率X，通過對產(chǎn)品進(jìn)行過程機(jī)理 分析和FMEA分析，選取影響產(chǎn)品早期失效率的產(chǎn)品特性有p個，記為 yi、y2、…、yp，則利用 基于Clayton copula熵的偏互信息估計方法，求得各產(chǎn)品特性與產(chǎn)品早期失效率之間的偏 互信息，該偏互信息表示為PMI (y1; A )，i = 1，2,…，t ;根據(jù)變量入選規(guī)則確定入選的關(guān)鍵 產(chǎn)品特性有m(m彡p)個，并重新整理記為y2、…、ym;
[0010] 步驟2 :通過過程機(jī)理分析和FMEA分析，選取影響產(chǎn)品關(guān)鍵產(chǎn)品特性的過程特性 共有q個，記為X^x2、…、x q;則利用基于Clayton copula熵的偏互信息估計方法，求得各 過程特性與關(guān)鍵產(chǎn)品特性之間的偏互信息可以表示為
[0011]
[0012] 則各過程特性最終的平均偏互fg息為式（I):
[0014] 根據(jù)變量入選規(guī)則確定最終入選的關(guān)鍵過程特性有n (n < q)個，并重新整理記為 XpXp…、Xn;
[0015] 步驟3 :收集并整理z組n個關(guān)鍵過程特性下m個產(chǎn)品特性的數(shù)據(jù)，以及對應(yīng)的 f?個時間下的早期失效率的數(shù)據(jù)，利用基于Clayton Copula熵的偏互信息估計方法步驟 中的前兩步估計出相應(yīng)Clayton copula函數(shù)，并依據(jù)變量間相依結(jié)構(gòu)的估計方法求出由 Clayton copula函數(shù)表示的兩個過程特性xu、xi22間的相依結(jié)構(gòu)5 = 1,2,…，g)如 表1所示；
[0016] 表1產(chǎn)品固有可靠性數(shù)據(jù)
[0017]
[0018] 步驟4 :利用數(shù)據(jù)挖掘軟件clementine，將表1中的z組n個關(guān)鍵過程特性和相應(yīng) 的g個相依結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)作為最終輸入，h (i = 1，2,…，f)時間下的早期失效率數(shù)據(jù)作為最 終輸出，建立固有可靠性預(yù)測模型；
[0019] 步驟5 :假設(shè)有r道新工藝，給出其過程特性數(shù)據(jù)（如表2所示），利用該過程特性 數(shù)據(jù)求出其相依結(jié)構(gòu)，將該過程特性數(shù)據(jù)和求出的相依結(jié)構(gòu)輸入步驟4中建立的所述固有 可靠性預(yù)測模型，可得到各道新工藝下的早期失效率數(shù)據(jù)（如表2所示），利用該早期失效 率數(shù)據(jù)繪圖并觀察比較各道工藝下早期失效率的下降情況，選取下降最快且在尾部水平最 高工藝為最優(yōu)工藝。
[0020] 表2新工藝下過程特性和早期失效率數(shù)據(jù)
[0021]
[0039] 如上所述的可靠性評估方法，優(yōu)選地，在步驟3中所述變量間相依結(jié)構(gòu)的估計方 法，其計算方法如下：
[0040] 在Clayton copula函數(shù)選定后，相依結(jié)構(gòu)5可由下式近似表達(dá)：
[0042] 所述式（8)為一個簡化的測度，用于考慮兩個隨機(jī)變量相依結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化；而 S的估計值可表示為：
[0044] 所述式（9)中，Xi是隨機(jī)變量X的樣本，在Clayton copula函數(shù)框架下，u就等于 F1 (X);而V就等于F2 (y)，其估計方法和F1 (X) -樣；此時，
[0045] 8 ^ 2C (F1 (x), F2 (y)) / (F1 (x) +F2 (y)) (10)。
[0046] 本發(fā)明提供了一種基于非線性相關(guān)分析的工藝可靠性評估方法，其通過對產(chǎn)品的 工藝過程進(jìn)行分析，明確過程特性以及產(chǎn)品特性對產(chǎn)品固有可靠性的影響關(guān)系，并選取關(guān) 鍵特性并建立產(chǎn)品固有可靠性預(yù)測模型，從而根據(jù)預(yù)測結(jié)果選取最優(yōu)工藝方案。
[0047] 本發(fā)明利用偏互信息有效地衡量變量間的非線性關(guān)系，并利用偏互信息與 Clayton Copula熵之間的關(guān)系式避免估計聯(lián)合概率密度函數(shù)，提高偏互信息估計的準(zhǔn)確 度。對輸入變量進(jìn)行有效選擇，提高了模型的預(yù)測精度和效率。
[0048] 本發(fā)明借助于Cl ay ton copu I a函數(shù)，刻畫了影響產(chǎn)品固有可靠性的過程特性間的 相依結(jié)構(gòu)，更準(zhǔn)確的揭示了產(chǎn)品固有可靠性的形成規(guī)律。
【附圖說明】
[0049] 圖1是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例產(chǎn)品固有可靠性預(yù)測模型。
[0050] 圖2是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例新工藝下的產(chǎn)品早期失效率。
【具體實(shí)施方式】
[0051] 本發(fā)明將早期失效率作為工藝可靠性的評價指標(biāo)，給出了基于非線性相關(guān)分析的 工藝可靠性評估方法。首先對產(chǎn)品進(jìn)行失效機(jī)理分析和FMEA分析，確定影響產(chǎn)品固有可靠 性的產(chǎn)品特性以及影響各產(chǎn)品特性的過程特性，然后利用基于Clayton copula熵的互信息 估計方法選取關(guān)鍵產(chǎn)品特性和關(guān)鍵過程特性，然后借助于Clayton copula函數(shù)給出過程特 性間的相依結(jié)構(gòu)，最后給出基于支持向量機(jī)的產(chǎn)品固有可靠性預(yù)測方法，并根據(jù)預(yù)測結(jié)果 選取合適工藝。
[0052] 下面采用某鍍膜過程的加工工藝，具體說明本發(fā)明。
[0053] 某鍍膜過程是增加軸承固有可靠性的一道熱處理工藝，通過對產(chǎn)品進(jìn)行過程機(jī)理 分析和FMEA分析，確定影響產(chǎn)品固有可靠性的產(chǎn)品特性有硬度（Y 1)、膜厚（Y2)和表面粗糙 度（Y3)，影響產(chǎn)品特性的過程特性有鍍膜時間（X 1)、基底偏壓（X2)、基底溫度（X3)、靶基距 (X4)、氦氣流量（X 5)和氬氣流量（X6)。按上述產(chǎn)品特性和過程特性設(shè)定工藝加工過程，通過 設(shè)定實(shí)施15次工藝過程，記錄每次工藝所設(shè)定各特性值及早期失效率的測量值。表3是收 集的15次工藝過程的歷史數(shù)據(jù)，每次包括對過程特性的設(shè)定值以及對產(chǎn)品特性和t。時刻 早期失效率的測量值。假設(shè)當(dāng)前擬采用的新工藝有3道，其過程特性數(shù)據(jù)如表4所示。試 評估各新工藝下的產(chǎn)品早期失效率，并給出最優(yōu)的工藝方案。
[0054] 表3 15次工藝下的歷史數(shù)據(jù)
[0057] 表4擬采用的3道新工藝數(shù)據(jù)
[0058]
[0075] 式（7)中：表示所有Clj的中位數(shù)；計算所有PMI值所對應(yīng)的z鷹，如果最大 的PMI值對應(yīng)的Z j值大于3,那么確定該變量為入選變量。
[0076]將表3中的數(shù)據(jù)帶入公式（2)至公式（6)，求得各產(chǎn)