基于统计过程控制与维护策略的联合经济设计模型

作者:金垚;潘尔顺;王莹 刊名:计算机集成制造系统 上传者:李明泽

【摘要】在已有研究的基础上,对传统的统计过程控制模型进行拓展,融合了设备维护的思想,给出了联合经济模型。该模型考虑了生产过程出现的三种情况,运用控制图监视每种情况的生产状态,通过田口质量损失函数定义相应状态的质量损失成本,并根据过程所处的生产状态对其实施相应的维护策略。过程产生的质量成本与维护成本计入总生产成本,以获得最优的控制图界限系数、抽样检验间隔、实施计划维护前需要的样本数量及样本大小,使得生产过程在生产周期内的总期望生产成本最小。模型结果有助于生产人员根据特定的生产过程情况做出科学经济的生产计划和决策。采用单纯型搜索法对模型进行求解,求解过程通过MATLAB工具箱实现,通过数值例子和参数敏感度分析说明了该模型的有效性。

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0引言随着科技水平的提高,产品和制造装配的复杂程度越来越高,致使生产过程越来越复杂。为保证生产过程能够有效地制造或组装出质量可靠的产品,组织者和生产者常常针对生产过程开发提出多种管理方法联合的策略,以满足不断提高的生产需求。作为生产过程控制中两种重要的控制工具,统计过程控制(StatisticalProcessControl,SPC)和维护策略(MaintenancePolicy,MP),无论在科学研究中还是实际应用中,通常被独立地运用在过程控制领域。近年来,越来越多的学者认识到了SPC法和MP法这两种关键的控制工具在过程控制应用中有互为强调和补充的功能:期望针对产品质量、过程稳定性和设备维护在控制过程变异的基础上获得最优的产品质量、最小的设备失效时间和最优的生产成本控制[1]。但是以往国内外的研究大都集中在单一的质量模型[2]或单一的维护模型[3]上,将这两种工具进行联合考虑研究的相对较少。Ben-Daya和Rahim[4]提出了将过程控制与维护策略同时考虑的模型。该模型针对制造过程中出现的不同生产状况提出不同的维护策略,并将由此产生的过程成本和维护成本计入总成本,求出最优的过程控制参数和维护策略参数,以使得生产周期中单位时间的成本最小。文献[4]还对生产过程优化、质量控制和维护策略的相关研究和贡献做了比较全面的回顾。控制图经济设计的概念被引入到过程控制中,已获得了良好的效果。其中Rahim[5]将田口质量损失的概念引入控制图的经济设计中,以计算质量损失成本,并在模型中将田口的离线概念扩展至经典的SPC方法,同时考虑抽样成本和检验成本,求得最优的控制图设计参数以获得最小的生产成本。也有研究将控制图概念与维护策略进行联合考虑,如Cassady[6]提出了控制图与预防性维护的整合模型。然而大多数研究在将质量损失成本引入模型中时,将其考虑为由质量损失函数估算得来的常数,这使得质量损失成本并没有很好地参与到模型的生产成本决策中,也不能完全体现结合SPC法与MP法的模型特点[4,6]。目前,很少有将质量损失、控制图设计和设备维护策略这三个思想进行联合考虑的研究。即使在进行联合设计时,其模型也仅将质量损失成本作为常数考虑,这不能体现联合模型的特点,更不能反映生产过程的实际状况。尤其当生产过程因为波动较大而产生更多的质量损失成本时,这种考虑显得更不适用。因此,本文提出一种基于SPC法和MP法的联合设计模型,在该模型中将综合考虑过程控制和维护策略对生产成本的影响,并突出了质量损失成本参与模型决策的作用。引用Ben-Daya和Ra-him[4]的模型,考虑生产过程有受控状态(incontrolstate)和失控状态(outofcontrolstate)两种生产状态。将该模型进行拓展:利用休哈特控制图监视生产过程的状态,针对不同的生产模式需要采用不同的休哈特控制图。本文主要论述该模型应用于批量生产模式的情况,根据批量生产特点,采用休哈特x珚控制图。对于在单件生产模式的应用,则需要对该模型进行一定的修正。引用田口质量损失函数,与控制图联合对各个状态的质量损失成本进行估计,同时在生产成本中考虑了抽样成本和维护成本使其更加完整,贴近实际情况。目标是求得最优的控制图与维护策略的参数设定,主要包括控制图界限系数L、抽样检验间隔h、实施计划维护前需要的样本数量k和样本大小n,使得生产周期下总的期望生产成本最小。1问题描述本文假设生产过程有受控状态和失控状态两种。同时假定在生产周期起始阶段生产过程处于受控状态,且在该状态中生产过程生产的产品质量特性值x遵循正态分布,即xN(0,

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