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淺析六西格瑪設(shè)計DFSS之零件容差設(shè)計

一、零件容差分析技術(shù)

零件加工規(guī)劃階段的公差分析通常采用公差設(shè)計圖，公差設(shè)計圖是一種系統(tǒng)化的表示零件加工順序、機(jī)床、加工尺寸和工藝公差的方法。零件的公差分析可以通過計算機(jī)自動實現(xiàn)公差設(shè)計圖表的相關(guān)過程。研究的重點是零件的公差綜合。

二、零件公差綜合技術(shù)

零件的工藝公差綜合應(yīng)確保工藝公差滿足設(shè)計公差約束。公差綜合有兩種方法。

1.基于線性和非線性規(guī)劃模型的工序能力差異分配方法。利用線性和非線性規(guī)劃分配零件的工藝公差是零件公差綜合的常用方法。

2.基于圖論的工序公差差異分配方法。在裝配、零件裝夾和加工規(guī)劃階段，用圖論表示模型，并進(jìn)行公差設(shè)計。

工藝公差的分配方法已被廣泛研究，包括線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃等非常規(guī)方法。除了成本-容差優(yōu)化方法，其他方法大多不太關(guān)注加工經(jīng)濟(jì)性，更不關(guān)注產(chǎn)品生命周期成本的LCC。在公差設(shè)計中，并行工程的方法很少使用。并行公差設(shè)計的優(yōu)點是:在產(chǎn)品的設(shè)計階段可以利用裝配零件的工藝規(guī)劃信息；在產(chǎn)品層面，掌握某一個或某幾個零件的設(shè)計公差對整個產(chǎn)品有著重要的作用，便于優(yōu)化相關(guān)零件的加工規(guī)劃，分配更合理的工藝公差，支撐更低的產(chǎn)品成本和更好的產(chǎn)品性能。

公差是設(shè)計、制造、檢驗和裝配的基礎(chǔ)，因此近年來一直在努力將設(shè)計和可制造性結(jié)合起來。在產(chǎn)品或工藝設(shè)計的早期階段追求制造工藝的優(yōu)化已被廣泛認(rèn)為是一種有效的低成本提高質(zhì)量的方法。作為理想的公差設(shè)計，參數(shù)化設(shè)計和公差設(shè)計都要考慮。沒有公差設(shè)計，就不能保證參數(shù)化設(shè)計的結(jié)果是最優(yōu)的。此外，并行質(zhì)量工程要求同時考慮設(shè)計公差和過程公差。需要一個系統(tǒng)的并行公差優(yōu)化框架。然而，關(guān)于平行公差設(shè)計的研究卻很少。K.Yang等人提出了設(shè)計公差和制造公差并行設(shè)計的方法，但沒有回答結(jié)果是穩(wěn)健的還是最優(yōu)的。Jeff Wu提出了參數(shù)和容差積分的方法，并用泰勒級數(shù)展開來逼近響應(yīng)函數(shù)。與田口的序貫設(shè)計相比，總成本大大降低。但這種方法要求響應(yīng)函數(shù)必須已知，公差設(shè)置為傳統(tǒng)的3 σ，不僅應(yīng)用受限，而且設(shè)計時也不考慮可制造性。

研究發(fā)現(xiàn)，公差并行設(shè)計的相關(guān)方法已經(jīng)開始引起重視，但主要集中在可制造性方面。設(shè)計早期的綜合公差并行設(shè)計方法和過程鮮有報道。實踐表明，這些方面是未來公差設(shè)計理論和實踐發(fā)展的重要方向。因此，從生命周期的角度來看，概念階段的公差設(shè)計方法可以作為重點研究內(nèi)容之一。