3. 制造过程控制:概论

1.1 引言

什么是制造过程控制？

• 什么是制造？
  • 流程
  • 偏差
• 什么是控制？
  • 偏差控制
    • 识别
    • 表征
    • 最小化
    • 持续生产合格产品

过程控制方法

1. 理解偏差的来源
2. 检测并区分随机偏差与确定性偏差
3. 运用工程原理分析确定性偏差的影响
4. 基于测量数据，利用概率论与统计学建立随机行为模型
   • 对预期偏差进行预测
   • 利用统计模型“控制”或管理偏差

制造的核心目标

1. 质量：始终生产符合规格要求的产品
2. 产量：生产能力满足市场需求
3. 成本：以具有竞争力的成本进行生产
4. 灵活性：快速调整生产品种以匹配需求，且不产生成本或质量损失

本课程研究重点

1. 单元工序：生产系统的基本组成单元
2. 核心优化方向
   • 提升质量：产品符合规格要求，最大限度降低偏差
   • 提高生产效率
   • 增强生产灵活性
   • 降低生产成本

1.2 过程控制的通用模型

研究方向：追踪偏差

1. 确定性偏差的来源
   • 设备因素
   • 材料因素
   • 操作因素
2. 随机偏差的建模
   • 过程的概率模型
   • 统计结果作为输出
   • 与预期行为的偏差分析
3. 偏差减少
   • 影响统计特征的因素分析
   • 统计特征的优化
   • 附：均值μ=0μ=0μ=0、方差s2=1s^2=1s2=1时的正态概率密度函数，纵轴取值为0~0.4

偏差的建模方法

1. 基于物理基本原理（F=maF=maF=ma）
   • 从工艺物理角度寻找确定性偏差的成因
   • 建立预测模型并进行全局校准
   • 示例：预测形变应变、热收缩、机床变形等
2. 经验模型（y=mx+by=mx+by=mx+b）
   • 建立确定性输入-输出关系的“标准”模型（回归分析、曲线拟合）
   • 针对小偏差进行局部校准
   • 该内容为本系列的研究重点
3. 统计模型（a<Prob(x)<ba<Prob(x)<ba<Prob(x)<b）
   • 假设过程存在固有随机性
   • 建立随机性的数学模型
   • 利用模型对比并优化过程表现
   • 该内容为本系列的研究重点

制造过程的定义

制造过程是对工件材料的状态改变，主要包括：

1. 几何形状改变
   • 从初始形状加工至最终形状
   • 重点关注关键尺寸
2. 本构性能改变
   • 力学性能
   • 电学性能
   • 热学性能
   • 化学性能

过程控制模型

通用模型

制造过程的组成要素

偏差的主要来源

1. 设备偏差：位置、压力、温度、模具/刀具形状
2. 材料偏差：弹性模量、屈服强度、硬度、厚度、热性能
3. 操作偏差：手动操作或自动操作的人为/系统误差