船用柴油机机身加工工艺可靠性分析与质量控制

1）本书以船用柴油机机身为研究对象，系统地介绍了其加工工艺可靠性分析与质量控制技术。主要内容包括绪论，工艺可靠性定义与工艺可靠性模型，船用柴油机机身加工工艺PFMECA与关键特征确定、加工工艺仿真分析，关键工艺参数与质量表征参数建模，船用柴油机机身加工工艺可靠性模型、工艺误差传递网络的建立与分析、加工质量预测及优化方法、孔系相似工序质量控制图、质量控制图模式识别诊断。
2）本书对船用柴油机机身加工过程进行了全方位、多角度的分析，为提升船用柴油机机身加工工艺可靠性水平和构建机身加工最佳工艺方案提供了理论支撑和技术指导，有较高的参考价值。

本书以船用柴油机机身为研究对象，系统地介绍了其加工工艺可靠性分析与质量控制技术。本书主要内容包括绪论，工艺可靠性定义与工艺可靠性模型，船用柴油机机身加工工艺PFMECA与关键特征确定、加工工艺仿真分析，关键工艺参数与质量表征参数建模，船用柴油机机身加工工艺可靠性模型、工艺误差传递网络的建立与分析、加工质量预测及优化方法、孔系相似工序质量控制图、质量控制图模式识别诊断。本书对船用柴油机机身加工过程进行了全方位、多角度的分析，为提升船用柴油机机身加工工艺可靠性水平和构建机身加工最佳工艺方案提供了理论支撑和技术指导，有较高的参考价值。

前言
第1章绪论1
1.1工程背景1
1.2工艺可靠性技术研究现状2
1.3产品质量控制技术研究现状4
1.4本书的主要内容9
第2章工艺可靠性定义与工艺可靠性模型10
2.1工艺可靠性定义10
2.2工艺可靠性模型11
2.2.1工艺可靠性串联模型11
2.2.2工艺可靠性顺序关联模型12
2.2.3工艺可靠性功能关联模型12
2.2.4工艺可靠性混联模型13
2.3本章小结14
第3章船用柴油机机身加工工艺PFMECA与关键特征确定15
3.1船用柴油机机身加工工艺过程15
3.2基于5M1E分析法对柴油机机身加工质量关键影响因素分析19
3.3柴油机机身系统定义及加工关键工序确定21
3.4基于PFMECA的柴油机机身关键特征确定22
3.4.1PFMECA方法介绍22
3.4.2风险优先数计算方法23
3.4.3柴油机机身关键特征确定26
3.5本章小结32
第4章船用柴油机机身加工工艺仿真分析33
4.1基于“生死”单元技术的粗加工工艺对加工精度的影响33
4.1.1残余应力对机身加工精度影响机理分析33
4.1.2基于“生死”单元技术的切削过程建模34
4.1.3初始残余应力载荷施加35
4.1.4机身粗加工工艺对变形影响分析36
4.2基于切削仿真技术的镗孔加工工艺对孔系精度的影响38
4.2.1镗削工艺有限元仿真建模39
4.2.2镗削工艺参数对孔系精度的影响43
4.3环境温度对孔系加工精度的影响46
4.4本章小结47
第5章关键工艺参数与质量表征参数建模49
5.1正交试验设计与分析49
5.1.1正交试验设计49
5.1.2正交试验结果极差分析51
5.1.3正交试验结果方差分析55
5.2响应面法建模与分析57
5.2.1响应面法建模原理57
5.2.2基于响应面模型的方差分析59
5.2.3响应面法建模与分析60
5.3BP神经网络建模61
5.3.1BP神经网络简介62
5.3.2数据获取与归一化63
5.3.3BP神经网络设计64
5.3.4BP神经网络训练与验证67
5.4本章小结69
第6章船用柴油机机身加工工艺可靠性模型70
6.1面向可靠性分析的加工工艺参数分布70
6.2柴油机机身加工工艺可靠性模型73
6.2.1工艺可靠性指标的确定73
6.2.2工艺故障判据的确定原则73
6.2.3计算质量表征参数的合格概率74
6.2.4机身加工工艺可靠性模型的建立75
6.2.5工艺可靠度计算及敏感性分析76
6.3柴油机机身加工工艺可靠性模型验证80
6.3.1柴油机机身加工工艺可靠性验证试验方案80
6.3.2柴油机机身关键质量表征参数数据处理方法80
6.3.3基于柴油机机身实测质量数据的工艺可靠度的点估计83
6.3.4基于柴油机机身实测质量数据的工艺可靠度的区间估计83
6.4本章小结84
第7章船用柴油机机身工艺误差传递网络的建立与分析85
7.1工艺误差传递网络的建立85
7.1.1机身工艺误差传递网络节点的定义85
7.1.2机身工艺误差传递网络边关系定义88
7.1.3机身工艺误差传递网络建模89
7.2工艺误差传递网络的分析90
7.2.1工艺误差传递网络拓扑关系评价指标90
7.2.2工艺误差传递网络分析结果91
7.3本章小结93
第8章船用柴油机机身加工质量预测及优化方法94
8.1质量预测模型的构建方法94
8.1.1质量预测流程94
8.1.2支持向量回归算法原理95
8.1.3蚁狮算法原理96
8.1.4质量预测模型的建立流程98
8.2误差因素统计量化方法研究99
8.3柴油机机身加工质量预测实例验证101
8.4基于工艺可靠性的机身工艺参数优化方法103
8.4.1优化变量及目标函数的设计103
8.4.2约束条件及优化模型的建立103
8.4.3基于HOOKE-JEEVES算法改进的粒子群寻优算法105
8.4.4实例分析106
8.5本章小结113
第9章船用柴油机机身孔系相似工序质量控制图114
9.1相似工序评定与统计过程控制相关理论114
9.1.1工序成组技术114
9.1.2直觉模糊集理论115
9.1.3质量控制图117
9.2基于直觉模糊集的机身孔系相似工序评定119
9.2.1关键孔系镗削工序加工过程影响因素分析119
9.2.2基于层次分析法的评价模型121
9.2.3机身孔系相似工序评定123
9.3相似工序数据处理与质量控制图绘制124
9.3.1基于相对公差法的数据处理方法124
9.3.2机身孔系质量控制图绘制128
9.4本章小结129
第10章船用柴油机机身质量控制图模式识别诊断130
10.1模式识别相关理论130
10.1.1质量控制图模式130
10.1.2质量控制图数据特征提取132
10.1.3支持向量机分类原理137
10.2质量控制图模式识别模型139
10.2.1多分类支持向量机139
10.2.2基于布谷鸟搜索的核参数优化140
10.2.3质量控制图识别模型的应用142
10.3质量控制图异常原因及处理措施145
10.3.1质量控制图异常原因分析145
10.3.2异常模式处理措施145
10.4基于去干扰点同轴度测量方法的机身事后质量控制方法146
10.4.1孔系同轴度测量原理146
10.4.2孔系同轴度检验方法改进148
10.5本章小结151
参考文献152

船舶制造业的发展水平体现了国家与社会的科技与经济的综合实力。21世纪初，根据全球船舶制造业市场份额的分布情况，我国已经成为世界上重要的造船中心。在此背景下，我国船用柴油机制造业已具备跨越式发展能力与诸多优势，今后我国船用柴油机的制造水平也势必会迈上新台阶。但是，目前我国船用柴油机制造水平与国际先进水平仍存在着不小的差距，要大力发展我国船舶制造业，实现从造船大国向造船强国的成功转变，就必须加快发展船舶配套动力设备，从根本上解决船舶设备配套能力不足的问题。因此，发展以船用柴油机为代表的船用装备制造技术已成为当务之急。
柴油机机身作为柴油机的装配基础，其加工质量对柴油机装配与使用的影响极为显著。然而，由于机身尺寸大、结构复杂、技术要求和加工精度要求高，柴油机加工工艺过程复杂，在加工中及加工后容易产生变形，难以对机身整体的加工质量和可靠性进行评估，因此需要对其加工工艺可靠性进行建模，并对其加工质量进行预测及控制。针对这些问题，本书内容主要分为两大部分：第一部分侧重于船用柴油机机身加工工艺可靠性建模，采用可靠性领域的相关知识解决船用柴油机机身加工过程中的失效问题，并结合有限元软件的优势，构建了机身加工工艺可靠性模型；第二部分侧重于船用柴油机机身加工质量的控制，引入统计过程控制（SPC）理论，对柴油机机身加工过程中的关键质量参数进行监控，如果出现加工异常，则会及时报警，从而避免造成重大损失。
本书由周宏根、李国超、孙丽撰写。江苏科技大学机械工程学院船舶与海工装备智能制造研究所的硕士研究生张威、杨威斌、赵聪参与了本书相关课题的研究工作，在此深表感谢。同时，感谢陕西柴油机重工有限公司的谢占成高工、冯丰高工、曹利平高工等在试验方面提供的指导和帮助。此外，在本书撰写过程中参阅了相关文献、资料，在此谨向其作者表示感谢！
限于作者水平，书中不足之处在所难免，敬请专家和读者批评指正，将不胜感激。

周宏根 李国超 孙丽