礦車后橫梁制造過程不確定性分析

韓自強，何騰飛，王曉俊，單武斌，李邦彥

(1.湖南電氣職業技術學院 電梯工程學院，湖南 湘潭 411101；2.臥龍電氣南陽防爆集團股份有限公司，河南 南陽 473008)

1 引言

礦山裝備的技術水平，是衡量一個國家工業實力的重要標志。礦山裝備在經濟建設、科技進步和社會發展中占有十分重要的地位和作用，屬于國民經濟的支柱行業。礦用自卸車是一種大型、重載、復雜的集機、電、液一體的高效率運輸工具，具有可靠性高、車輛承載量大、操作輕便靈活等優點，在采礦、采煤等大型露天礦的運輸中應用越來越廣泛[1]。后橫梁是礦用自卸車的主要承載件，也是自卸車關鍵的零部件，將車架和后橋殼連接起來，既可以承受載荷，又可以起到減少震動沖擊的作用。因此，后橫梁質量的好壞在很大程度上影響著自卸車的使用壽命。不確定性普遍存在于產品生產的各個階段，對產品的性能有著較大影響。后橫梁制造過程工藝復雜，工序繁多，而每個工序都存在不確定性。對后橫梁制造過程的不確定性進行分析，可以提高產品的質量、可靠性并且能夠幫助工程師們在不確定性存在的情況下做出可靠的決策[2]。

2 不確定性在產品制造過程中的研究現狀

近年來，許多學者對產品制造過程的不確定性問題進行了研究，Huang lichao等[3]針對不確定性系統復雜特性導致的控制難題，提出了一種基于仿人智能控制的智能融合控制策略。李順江[4]針對新工件到達的不確定性，對機械加工置換流水線節能性多目標重調度問題進行研究。修大鵬[5]針對冷擠壓工藝設計領域知識存在不確定性和模糊性等異構性特點，提出了廣義可信度的概念和一種基于廣義可信度的模糊推理方法。韓自強[6]考慮環境不確定性和測量誤差等因素的影響，提出一種基于區間數的制造過程資源環境屬性評價方法。

產品的制造過程實際是一個存在諸多隨機不確定性因素的過程[7]。如產品加工材料和企業生產環境是不確定的；產品生產工藝要素(加工設備，如機床，在使用過程中機床的性能和精度會隨著使用時間的增加而變化；輔助物料，如刀具、切削液等，在生產過程中由于刀具磨損程度是變化的、切削液注入的方式和多少是不同的所以對加工工件的影響是不確定的)、工藝路線與工藝參數(工藝路線的變化或工藝參數的改變對加工過程的影響)是不確定的；產品資源消耗、環境影響、生產時間、生產質量、生產成本等生產指標是不確定的；對這些生產要素和生產指標的測量、統計與計算也存在不確定性。這些不確定性在產品制造過程的各個環節中傳遞，必然會引起產品質量的波動，并對產品的質量產生影響。使得所設計的產品要么由于對系統參數不確定性過于敏感而不能穩定地發揮其效能，或不安全而導致事故，要么由于采取過于保守的措施而不經濟[8]。所以，在確定性環境下做出的產品質量評價，可能會因為對生產實際中的不確定性因素過于敏感而導致決策失誤[9]。此外，進行產品制造過程的不確定性研究，有利于進行產品制造過程的質量控制，并評估其經濟和社會效益，有利于企業根據現有的生產工藝、裝備、資金等方面的條件逐步實施。

3 后橫梁的加工工藝及制造過程IPO模型圖

某型號自卸車后橫梁的材料為Q390E，毛坯是直徑為Φ460 mm壁厚為36 mm的無縫鋼管，其零件圖如圖1所示。

圖1 后橫梁零件

后橫梁的機械加工工藝如下：在帶鋸床(GB4260)上鋸斷毛坯，長度尺寸為2000 mm→車端面→去渣→在車床(CY6150/2000)上車一端外圓柱面Φ454 mm及Φ442 mm→掉頭車另一端外圓柱面Φ454 mm→倒外圓Φ454mm及Φ442 mm之間的過渡圓角→劃通孔線→用三維等離子切割機加工Φ260 mm的圓通孔及其兩端倒角→去毛刺銳邊。

后橫梁的制造過程是由一系列的工序過程組成的，結合其加工工藝過程和IPO(Input-Process-Output，輸入-處理-輸出)模型建立的原則[10]，可以建立后橫梁整個制造過程的IPO模型如圖2所示。

圖2 后橫梁制造過程的IPO模型

4 后橫梁制造過程的不確定性分析

后橫梁的制造過程是由一系列的工序過程組成的，這些工序過程存在種種潛在不確定性因素，因此有必要對這些不確定性因素進行研究(圖3)。結合后橫梁的加工工藝和制造過程的IPO模型，通常從以下幾個方面進行分析。

圖3 后橫梁制造過程不確定性影響因素

4.1 人的不確定性

后橫梁的制造過程是由人來完成的，而人的不確定性是影響最大的。不同的人文化程度不同、操作機床的熟練程度不同、心理素質也不同都會引起不確定性。即使是同一個人，在不同的心理狀態、不同的時間段，也會引起操作的不確定性。人的不確定性對以下工序影響最大：工序4在車床(CY6150/2000)上車一端外圓柱面Φ454 mm及Φ442 mm，工序5掉頭車另一端外圓柱面Φ454 mm和工序7用三維等離子切割機加工Φ260 mm的圓通孔及其兩端倒角。

4.2 機器的不確定性

機器是實現后橫梁制造過程質量特性的物質基礎，也是產生半成品或成品的實體因素。機床的振動、軸承的磨損、刀具的磨損鈍化、夾具的定位偏差和機床精度出現偏差這些不確定性都會影響后橫梁的加工質量。

4.3 材料的不確定性

原材料也是影響后橫梁制造過程的一個重要因素，所選材料的機械特性如剛度、硬度對零件的制造過程的影響具有不確定性。如果工件材料的質量不確定，也會使制造過程產生不確定的波動。原材料在微觀結構、顏色和硬度等方面隨時間和環境的變化，也會引起制造過程的不確定性。

4.4 方法的不確定性

工藝方法的選擇對于后橫梁制造的質量具有重要的影響，因為后橫梁產生的制造誤差通常是由于加工方法不完善引起的。加工工藝方法設計的是否合理，工件定位和加緊位置是否準確，刀具運動軌跡是否正確，工藝路線的變化或工藝參數的改變等對后橫梁在制造過程的影響是不確定的。

4.5 環境的不確定性

生產車間溫度的變化和濕度的變化，會使后橫梁制造過程產生不確定性。另外在制造過程中受到外界輻射、振動和噪聲干擾等不確定性因素影響，也會對后橫梁制造過程質量造成了不確定性。

4.6 測量的不確定性

在后橫梁制造過程中測量的作用主要是保證設計圖紙上的尺寸公差、形狀公差、位置公差和表面粗糙度。測量儀器的不斷磨損、測量儀器的精度、測量方法的改變和對測量儀器的維護、校準和調整情況都會使后橫梁制造過程產生不確定性。

5 結語

不確定性普遍存在于產品生產的各個階段，對產品的性能有著較大的影響，后橫梁的制造過程實際也是一個存在諸多隨機不確定性因素的過程。首先，介紹了不確定性在產品制造過程中的研究現狀；其次，闡述了后橫梁的加工工藝過程，并建立了后橫梁制造過程的IPO模型；最后，從人、機器、材料、方法、環境和測量6個方面對后橫梁的制造過程進行了不確定性分析。