专利名称：基于服役寿命分布的机械产品质量损失计算方法
技术领域：
本发明属于机械产品公差优化设计、机械产品质量损失评价领域，更具体的说是一种基于服役寿命分布的机械产品质量损失计算方法。
背景技术：
传统的质量观认为只要机械产品满足技术要求就是合格的，并不区分合格机械产品中不同的质量等级。而后来田口提出质量损失是指产品上市后给社会造成的损失， 并以二次损失函数来衡量产品质量损失。针对田口质量损失函数的局限性，国内外众多学者围绕产品质量损失建模进行了大量的研究。PAN在《Optimization of engineering tolerance design using revised loss functions〉〉中、李跃波等在〈〈一禾中新的损失函数〉〉 中提出了用逆正态分布函数取代田口二次函数作为质量损失函数，解决了田口质量损失函数的无界性Wu在《TANG G R. Tolerance design for products with asymmetric quality losses))中、Li ((Quality loss function based manufacturing process setting models for unbalanced tolerance design》中、陈湘来等在《非对称损失函数的质量特性值优化选择》提出了非对称质量损失函数模型；张根保等在《质量损失拓展模型及其经济性分析》中、王伯平等在《分段曲线质量损失模型的研究》采用分段函数理论对田口质量损失函数进行了拓展，建立了分段质量损失模型；曹衍龙在《模糊质量损失模型的建立与应用》 中应用模糊理论对田口质量损失模型进行拓展，提出了模糊质量损失模型；张月义等《动态特性质量损失函数研究》中提出了动态质量特性的质量损失函数。针对大多数研究集中于单一特征的质量损失函数，Lee 在((Tolerance design for products with correlated characteristics))中提出了多重相关特征总质量损失模型，彭和平等在《基于多重相关特征质量损失函数的公差优化设计》中提出了多重相关特征产品的综合模型，Himng等在 《Concurrent process tolerance design based on minimum product manufacturing cost and quality loss》中对多重相关装配尺寸进行了并行工序公差设计。王军平等在 《一种建立多参数质量损失模型的数学方法》中应用比例变换和多元函数泰勒展开的方法， 提出了质量损失模型的更普遍形式，孙棣华等在《扩展质量损失函数模型的研究》中采用逆正态型的质量损失函数，建立了一般情形下多维质量属性的质量损失函数模型。上述产品质量损失模型无论是田口提出的二次函数损失模型及其改进模型，还是后来学者为了完善田口质量损失模型的局限性提出的用逆正态分布函数及其改进模型、模糊质量损失模型等，都是假设质量损失按某一函数关系(如二次函数、逆正态分布函数、模糊函数)变化，来预测对社会带来的损失，其具有如下特点1)静态性，产品处于出厂检验后、投入服役前时间节点上，着眼于产品出厂前的制造加工阶段，而没有考虑产品的整个服役寿命内全面满足用户的需求；2)预测性，表示产品按假设的函数关系对社会可能带来的损失，并不涉及产品质量特征在投入服役后的变化规律以及损失到底是什么这一根本问题。田口的产品质量观下的损失模型所表示的产品质量特征值偏离目标值越大损失就越大、偏离越小损失就越小的这种关系是符合常理的。但产品通过制造加工、装配、 检验合格后投入使用，由于受力、运动和磨损等原因，产品中零部件尺寸特征在服役期间不断变化，从而导致产品服役性能质量特征变化，从而引起产品质量损失变化。A. Teran 在((Present worth of external quality losses for symmetric nominal-is-better quality characteristics))中引用工程经济分析原理中的资金流现值概念，在田口质量观的基础上将田口质量损失的时间扩展到产品服役阶段，通过把产品服役过程中变化的质量损失折现，提出了一种对称望目质量特征的质量损失折现模型，C.-Y. Chou在 ((Minimum-loss assembly tolerance allocation by considering product degradation and time value of money》中、H. P. Peng在《Optimal tolerance design for products with correlated characteristics by considering the present worth of quality loss))中应用Teran质量损失模型分别以加工成本和质量损失现值总和最小进行公差优化设计。Teran认为由于产品投入使用后，产品质量特征 ；c会随着时间发生变化，从而致使其均值珥(0和方差不断变化，因此产品的动态平均质量损失为
S [￡“￡)] = 4《(￡) + (代( ) — % f ] (￡) + 扑)](1)
式中Y为加工过程中的质量损失系数，i = C;/A2 u力产品质量特征所容许的变动范围，即技术要求，称为公差；民⑷为质量特征值的偏差。Teran把质量损失函数^[Ar ( ]定义为发生在产品服役期Γ内的资金流量，并根据资金流现值的定义，推出了产品质量损失现值模型为
(T) = Ir0EiLx (I)]6^ =《[^0) + W2(2)
式中r为产品服役时间，r为年利率或折现率。Teran产品质量损失模型就是将产品服役T时间的质量损失变换为产品投入服役前时间节点上的折现，其内涵是质量损失随着服役时间增加而减少。虽然该模型涉及到产品质量特征在投入服役后的变化，但依然是在田口质量观基础提出来的，也是按二次函数关系来预测对社会带来损失，并没用涉及损失本身，即损失到底是什么这一根本问题。而且
将质量损失函数五[Af⑷]视为资金流量是不合适的，因为质量损失函数忍[4⑴]与产品
不合格所造成的损失&的量纲相同，通常是货币单位，即是资金，不是资金流量。式(2)得
到的产品质量损失现值单位就不是货币单位。另外，Teran质量损失模型是基于确定的产品服役时间来计算的，而然一批产品的服役时间不是一定的，而是随机不确定的。若将产品的服役寿命看成一定的，就与实际情况不相符。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种能够反映不同的机械产品在不同公差设计要求、不同服役条件和环境下因功能丧失导致报废而产生的实际损失，将机械产品公差设计从产品设计制造阶段扩展到产品服役阶段，为研究机械产品质量在设计、加工、运行阶段等全寿命周期内的变化规律提供新的解决方案的基于服役寿命分布的机械产品质量损失计算方法。本发明解决上述的技术问题的技术方案是一种基于服役寿命分布的机械产品质量损失计算方法，包括以下步骤
1)设定某个具体机械产品的质量特征值为 I,产品出厂时合格，即六0)满足 , %为产品质量特征、的真值，产品投入服役后，其特征值发生随机变化，在
某个时刻t使得h⑴-,即产品不合格报废，不合格所造成的损失为G，进而得出该产品报废产生的损失折现为IW = Q(1+Γ疒；
2)设C(I)为机械产品服役寿命分布密度函数， 以年为单位，把一期又分为《期，则总
期数为 期，每一期的时间间隔为流，因此得出一期内的损失资金为Ο^^Ο ,其现值为
权利要求
1. 一种基于服役寿命分布的机械产品质量损失计算方法，包括以下步骤1)设定某个具体机械产品的质量特征值为；φ),产品出厂时合格，即X(O)满足卜, 为产品质量特征1的真值，产品投入服役后，其特征值发生随机变化，在某个时刻 使得> Δ ,即产品不合格报废， 不合格所造成的损失为G，进而得出该产品报废产生的损失折现为
全文摘要
本发明公开了一种基于服役寿命分布的机械产品质量损失计算方法。包括以下步骤1)根据机械产品投入服役后因其质量特征值超出规定范围而报废产生的实际损失折现值得出一期内的质量损失资金的折现值；2)计算机械产品服役寿命内的总质量损失；3)综合考虑机械产品投入服役前的质量特征分布、投入服役后的质量特征分布的变化、质量特征的公差技术要求，获得基于质量特征公差要求的机械产品服役寿命分布和其密度函数；4)把密度函数代入到步骤3)，得出基于服役寿命分布的机械产品质量损失。本发明能够反映不同的机械产品在不同公差设计要求、不同服役条件和环境下因其质量特征值超出规定范围而丧失功能导致报废所产生的实际损失折现值。
文档编号G06F19/00GK102495966SQ20111040883
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月11日 优先权日2011年12月11日
发明者刘德顺, 文泽军, 杨书仪, 柳乔, 蔡春波, 赵延明 申请人:湖南科技大学