（机械设计及理论专业论文）弯管传感器质量数字化评价体系研究.pdf

摘要 摘要 本论文通过分析传统质量评价方法的特点及其不足之处和国内外模糊评价方法 的发展及现状的基础上，提出了产品质量的数字化评价方法。结合“机制弯管传感 器”，为其建立了质量的数字化评价体系，并基于m a t l a b 软件开发了一套弯管 传感器质量数字化评价软件。在此基础上，拓展到对机械产品的质量评价，为今后 对机械产品质量的数字化评价打下了基础。 本文的主要内容有： 阐述了弯管传感器静态质量和动态质量以及质量指数的含义，并对弯管传感器 的质量进行了描述。 研究了传感器弯径比的三坐标测量方法，实现了对弯管传感器几何形状的数字 化测量，并研究出计算弯管传感器弯径比的新方法。通过m a t l a b 软件编写的弯 径比的计算软件，可以快速、精确的计算出弯管传感器弯径比。 通过敏感度分析方法，结合弯管流量计的数学模型，科学的确定了弯管传感器 各个质量指标的权重。从而可以比较各个质量指标的相对重要程度，为弯管传感器 的机械加工提供一定的依据。 传统的质量评价方法只是按合格与不合格来划分产品的等级，为了进一步精细 化产品质量的分类，本文首先将评语集分为十级，结合模糊综合评判模型，对弯管 传感器的质量进行了模糊综合评判。如果将评语集再无限细分，则其会成为一个连 续的评语集，所以，本文通过将评语集作为在【0 ，1 上的连续函数，通过相对误差分 析方法，结合弯管流量计的数学模型，构造了弯管传感器各个影响因素的隶属函 数，并建立了弯管传感器静态质量数字化评价模型。 通过有限元分析软件，分析了温度对弯管传感器几何形状的影响，研究了弯管 传感器弯径比的动态质量，实现了对弯径比动态质量的数字化评价。 对弯管传感器静态质量和动态质量的数字化评价，构成了弯管传感器质量数字 化评价体系。 图2 9 表4 参6 2 关键词：弯管传感器；数字化评价；质量指数；机械产品 分类号： ( t h 7 0 1 ) 河北理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t l l i sp a p e rp u t sf o r w a r dm em e t 圭l o do fp f o d u c tq u a l i t y sd i g 蛔la s 蟠m c n tt 1 1 r o u g h t l l ea i l a i y s i so ft r a d i t i o n a lq u a l i 哆嬲s e s s m e n t sc h a r a c t e r i s t i ca i l dt l l e d e v e l o p m e n ta n d a c t i l a l i t yo ft l l em z z y 船s e s s m e mm 劬o d i tb 硼d su pt l i ed i g i t a la s s e s s m e n ts y s t e mo ft l l e e 1 0 b w p i p es e n s o r sq u a l i t y ，a n dd e v c l o p st h es o 丘眦o fd 远i t a l 船s e s s m e n to fm e e l b o w p i p es c i l s o r sq u a l i t yb a s e do n l es o f h v a r eo fm a t l a b 0 nt t l i sf o u n 出血o n ，i t n m _ l st o 廿l eq u a l i t y 船s e s s m e n to ft h em e c h a l l i c a lp r o m i c t ，a i l di tp l a y sab 够i cr o kf o r 血e q u a l i t y 嬲s e s s f n e n to f t l l em e c h a n i c a lp r o d u c ti n 如t 1 1 r e t h em a mc o n t e n t so f t l l i sp a p e ra r e ： i tc x p a t i a t e sm e a n i n g so fs t a s i ca 1 1 dd y n a m i cq u a l i t ya n d q u a 王时i i l d e xo fp r o d u c t ，a n d d e s c r i b e st h eq u a l i t yo f e l b o w - p i p es e i l s o r n 蚰1 d y s 血et 1 1 r e ec o o r d i n a t e sm e 船u r e m e n tm e m o do ft 1 1 ee l o b w _ p i p es e i l s o r ，趾d r c a l i z c st h cd i 曲a lm e a s u f e m e n tt ot l l es l l a p eo fm ee l o b w _ p i p es e i l s o ra n dn c wm c n 州 o f c a 王c t l l a t i o n nc a nc a l c u l a t ef h s ta n da c c u r a t e l y 1 1 l cp a p e rc o 曲n n se a c hi n n u e n c i i l g 丘l c t o r s 、v c i g h to f l ee l b o w p i p c 璐o r s c i e n t i f i c a l l y ，也m u g hs e i l s i t i v ea n a l y s i sm e t h o da 1 1 dt l l em a t l l e m a t i cm o d d a sa 咒s l l l t ，i t c a nc o l p a r et h ew e i 曲to fe a c hi l l f l u e n c i n gf a c t o r s ，a n di tc a no 艉rs o m eg i s t st 0t i l e m a c h i n i n go f t h ee l b o 、v - p i p es e n s o r b e c a u s et h e 恤珂i t i o n a lq u a l 蚵a s s e s s m e n tm e t l l o do n l yc o m p a r n l l e n t a l i z e st 圭l e p r o d u c ta su pt 0g r a d ea n dd i s q u a l 湎c a t i o 玑a n df o rt i l es u b d i v i s i o no fp r o d u c tq u a l i t y ，m e p a p e r f i r s t c o m p a 衄l e n t a l i z e sm ec o m m e n tt o t e ng r a d e s ，趾dc o m b i n e s也ef h z z y a s s s m e i l tm o d e l ，c a n _ ) r st h r o u g ht h et h e 如z 巧a s s e s s m e n tt ot h ee l o b w p i p es e n s o r ，s q u a l i t y a sm es u b d i v i s i o no f t l l ec o m m e n t ，i tw mb ec o m i n u o u s ，s ot 1 1 ep a p e rh o l d s 毛l l e c o i i 皿e n t 嬲c o m i n u o u s 矗l l l c t i o no f o ，l 】，b yt i ea i l a l y s i sm e t h o do fo p p o s i t ee h d r ，i t e s t a b l i & h s 血es t a t i cq u a l i t yd i g i t a la s s e s 锄e n tm o d e l 1 1 1 ep a p e ra n a l y s e st 1 1 e 血n u e n c eo ft e m p e r a t u r et ot h ee l o b w - p i p es e n s o rb ym c s o 脚黜o fa l l s y s ，s t u d y s 龇d y n 锄i cq u a l 时o fr d ，a n dr e a l i z e st l l ed ”锄i cq 捌酊 d i g i t a ia s s e s s m e n to f 刚d t h r o u 曲t i l ed i g i t a la s s e s s m e n to fe l o b w - p i p es e n s o r s 诅t i ca n dd y l l 锄i cq l l a l 时，i t m a k e su po f t l l eq u a l i t yd i g i 诅1a s s e s s m e n ts y s t e mo f e l o b w p i p e s e n s o r i l a b s t r a c t f i g u r e2 9 ；t a b l e4 ；r c f j r e n c e6 2 k e y w o r d s ：e l b o w - p i p es e n s o r ；d i g i t a l 懿s e s s m e n t ；q u a l i t yi n d e x ；m e c h a i l i c a lp m d u c t c h i i l e s eb 0 9 k sc a t a l o g ：t h 7 0 1 独创性说明 本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 河北理工大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表 示了谢意。 签名：銮垫塑日期：飞丛年兰月兰日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解河北理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复 制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 虢塑聊锄承如：出业日 引言 引言 现代企业竞争的核心就是产品质量的竞争。随着世界经济的飞速发展和市场全 球化，企业之间的竞争越来越激烈，2 1 世纪的质量战争将更为严酷。产品质量是企 业生产经营成果在使用价值上的体现，也是企业获得经济效益的重要前提。产品质 量不好，其使用价值难以被用户承认，产品的销量会下降，难以实现企业期望的经 济效益。因此，在中国逐渐成为全球制造中心的今天，对产品质量的研究更有着独 特的意义。 传统质量评价主要是规定某一参数的公差范围，通过判断该参数是否落在所给 定的区间内，来确定产品是否合格。只要制成产品的该参数落在所给定的区间内， 则认为产品一律为“合格”，而制成产品的该参数落在所给定的区间外，则认为产 品一律为“不合格”。 该评价方法采用的是f o ，t 模型，即d 表示不合格，l 表示合格。由此可以看 出，传统质量评价只能将产品分为合格品与不合格品两类，而f o ，1 ) 模型只能将合 格与不合格分开，而并不能反映合格程度。 这种传统质量评价理论从上世纪延续至今，且仍在实际生产中应用，但是在制 造技术不断提高和人们消费水平持续提升的今天，这一沿用多年的传统方法已经受 到挑战，其不足之处也逐渐的显现出来。 首先，公差肉的产品在使用性能上存在着很大差别。一般讲，越靠近目标值的 产品使用性能越好，而传统的这种质量评价理论认为在公差范围内的产品是合格 品，合格品在使用性质上是相同的，显然，这是不符合实际的。 其次，不利于生产企业不断提高产品质量。由于传统的质量评价方法对产品质 量只进行定性评价，企业只满足于产品合格率，而没有不断提高产品质量的动力。 最后，对不同厂家生产的均为合格的产品，由于其所采用的质量控制手段的差 异，其生产产品的质量水平自然也是不同的。对工艺能力系数c p 高的厂家，其质量 水平较高，但目前的质量评价体系却不能够加以体现。从而使生产厂家和消费者都 承受质量损失。客观上抑制了企业持续进行质量控制，不断提高总体质量水平的积 极性。 数字化质量体系研究就是通过模糊数学的手段，把目前质量评价仅为合格或不 合格的简单二值判据扩展为能反映产品真实质量水平的连续函数，从而借助零部件 的检测数据，准确具体地给出每个产品的质量指数，为实现优质优价提供可靠准确 河北理工人学硕士学位论文 的质量数据，可以使产品质量水平高的企业获得更强的市场竞争力，取得应有的丰 厚收益。另一方面，数字化质量指数也可以使消费者在购买产品的时候，对适合自 己的产品有了更为广阔的选择空问。可见数字化质量体系的建立，将是实现企业经 济效益与消费者满意度高的社会效益有机结合的必要莳提。 由此可见，从传统的质量评价到数字化质量评价，有利于直观地、精确地对产 品加工质量进行评价，为决策者提供可靠的质量评价数据，它对于不断改进零件加 工工艺，提高产品质量具有重要意义i l l 。 在批量生产模式下对产品质量的研究与保证大体经历了三个阶段，即统计质量 控制( s p c ) 、全面质量管理( t q c ) 和质量体系认证。已经有了大量的研究成果 和工业实用技术，但这些研究工作主要致力于产品质量的稳定可控和符合设计公差 范围要求，很少对产品质量本身进行深入细致的研究和评价。数字化质量的研究是 继统计过程控制( s p c ) 、全面质量管理( t q c ) 和质量保证体系之后产品质量工程的 又一新阶段。目前国内外刚刚起步，尚属初创时期。目前开展的质量数字化可以认 为是该领域研究活动的第四个阶段，其目标是用数量值来精确播述产品个体的质量 情况，从而克服现阶段只能用定性手段来描述质量的不足。 针对传统质量评价体系的不足之处，本文运用模糊数学方法，并结合专利产品 “机制弯管传感器”，对一批产品的总体质量水平以及其中个体的质量状况做出数字 化的评价，不仅可以在目前质量划分为“合格”和“不合格”的基础上，进一步精 细化产品质量的评判，为其建立质量的数字化评价体系。通过弯管传感器质量数字 化评价体系的建立，使其质量的划分成为一个连续函数，并给出弯管传感器的数字 化质量指数，进而为弯管的机械加工及现场应用提供准确依据。 以此为切入点，应用这种评价方法，进一步拓展到对机械产品的质量实现数字 化评价。相信企业为了自身的发展，会不断提高产品的总体质量水平，对全面提升 我国机械产品的质量意识和水平产生极大的推进作用，对整个社会生产技术的不断 进步也有着极其重要的意义。 2 一 1 绪论 1 1 产品质量评价方法概述 1 绪论 随着社会的发展和人们观念的转变，社会对产品质量的要求越来越高。作为一 个企业，要在竞争日益激烈的市场立于不败之地，必然要开发、生产品质优良的产 品，但就企业自身而言，如何客观、准确和定量评价或比较产品质量水平就显得尤 为重要。下面介绍两种产品质量评价方法。 1 1 1 传统质量评价方法 传统的质量评价方法是规定某一参数的公差范围，通过判断该参数是否落在所 给定的区问内，来确定产品是否合格，即采用的是 o ，l 二值模型。传统质量评价 方法如图1 所示。 d 图1 传统质量评价 f g 1 t f a d j t i o n a lq u a i i t ya s s e s s m e n t 当质量特性x 在区间胁一，聊+ 】时，认为质量完全合格，用l 表示； 当质量特性工落在区间 肌一，m + 】外时，认为质量不合格，用o 表示。 显然，这种传统的质量评价方法只能定性判别合格品与不合格品，而对于合格 品却不能判别合格的程度。 事实上，产品的质量并不是处于完全合格和完全不合格这两个极限状态，而是 存在中问过渡的状态，即质量的状念是一个连续的分布函数，而用传统质量评价的 二值逻辑就不能够来描述。 姒 一 河北理工大学硕十学位论文 1 1 2 模糊评价方法 1 模糊数学基本理论 1 9 6 5 年z a d e h 教授在i n f o 蛐a t i o na n dc o n 曲l 杂志上发表了一篇创造性论文 f u z z ys e t s ，标志着模糊数学的诞生。所谓模糊性，主要是指客观事物差异存在 中间过渡中的“不分明性”，处于这样中介间过渡的事物，具有“亦此亦彼”的性 质。这在日常生活中俯拾皆是。例如“高个与矮个”，“清洁与污染”， “美与 丑”，“质量好与质量坏”等等概念，就是定义不确切，边界不清楚的模糊概念。 这种边界不清的模糊概念不是由于人的主观认识达不到客观实际所造成的，而是事 物的一种客观属性，是事物的差异之间存在着中间过渡过程的结果1 2 l 。 1 ) 模糊集合 模糊集的基本思想是：把普通集合中的绝对隶属关系因子加以扩充，使元素对 “集合”的隶属度由只能取0 和l 这两个值，推广到可以取单位区间【0 ，l 】中的任 一数值，从而实现定量地刻画模糊性事物1 3 l 。 模糊集合是模糊理论的基础，模糊集合的概念可以表述如下： 一般而言，在不同程度上具有某种特定性质的所有元素的总和叫模糊集合。模 糊集合是应事物描述的模糊性而产生的。普通集合可以解决精确性的集合问题，即 “属于”和“不属于”集合的问题。而某些事物是无法用普通集合进行表示的，如 饥饿、高个矮个、年轻年老、健康等问题，并不是简单的是或不是所能表达的，因 而，表示这些模糊性的事物和概念，就需要引入模糊集合1 4 j 。 如果论域u 中的任意一元素u 对集合a 来说，函数u a 在u 上都对应着一个值 ( “) 满足 o ( 甜) s 1 ( 1 ) 即【，。( “) o ，1 ，则说隶属函数u a 确定了论域u 上的一个模糊子集a ，或简称 模糊集a ，u 。( “) 称为u 对于模糊子集a 的隶属度。4 ( “) 的值越接近l ，表示u 隶 属于一的程度越高：爿似) 的值越接近o ，表示u 隶属于彳的程度越低。 2 ) 模糊关系 现实生活中，存在着大量的更为复杂的关系，元素之间的关系很难用“有”和 “没有”那样简单的方法来衡量，必须考虑元素之间的关联的程度，因此需要把普 通关系加以拓宽。若直积u y = ( “，v ) n 的一个模糊子集r ，称为u 到v 的 一个模糊关系。如果( “，v ) u x 矿，称。( “，v ) 为( “，v ) 具有关系r ( “，v ) 的程度。 d l 绪论 3 ) 模糊矩阵 设u = “，“：， ，p = v ”v ：，。 均为有限集，则从u 到v 的模糊关系墨可 以用九脚阶矩阵来表示，仍记作墨，即 r = ( ，) ，= 胁( “，v ，) j 0 ，1 】，1 f 胛，1 _ ，s ， 满足上式的矩阵，称为模糊关系矩阵，简称模糊矩阵。即： r = 1 12 r 2 l 嘞 -t lz ( 2 ) ( 4 ) 4 ) 隶属函数和隶属度 隶属函数是模糊数学最基本的和最重要的概念。在模糊理论中，对模糊性的描 述就是通过隶属函数进行的。 在模糊性的事物中，用特征函数来表示其属性是不恰当的，因为模糊事物根本 无法断然确定其归属，所以不能用绝对的o 或1 来表示。为了说明具有模糊性事物 的归属，所以将特征函数取值o 或1 的情况，改为对闭区间f o ，l 】取值，则特征函数 就可以取0 1 之间的无穷值，这样，特征函数就成了一个无穷多值的连续逻辑函 数，因而就得到了描述模糊集合的特征函数一一隶属函别”。 隶属函数的概念为：用于描述模糊集合，并在闭区间 o ，l 】上可以连续取值的特 征函数。隶属函数用p 。( 工) 表示，即r 隶属于彳的程度。其中，彳表示模糊集合，而 x 是一的元素。隶属函数满足：o 。( x ) 1 。有了隶属函数以后，人们就可以把 元素对模糊集合的归属程度恰当的表示出来阻l 。 5 ) 权重的确定方法 常用的方法有：德尔斐( d e l p h i ) 法、专家调查法和判断矩阵分析法。 德尔斐法，也称专家评议法，它是利用专家集体智慧来确定各因素在评判问题 或者决策问题中的重要程度系数的有效方法之一。求因素重要程度系数的工作，必 须由专家米进行，要求专家不但要有渊博的专业知识，而且要熟悉和掌握所研究问 题的全部具体情况。 5 河北理工大学硕士学位论文 专家调查法，是把在评判问题中或决策问题中所要考虑的各因素，由调查人事 先制定出表格，然后根据研究问题的具体内容，在本专业内聘请阅历高、专业知识 丰富并且有实际工作经验的专家就各因索的重要程度发表意见，填入调查表。最 后，由调查人汇总，计算出因素重要程度系数。 判断矩阵分析法，是把评判因素排成判断矩阵，专家通过对因素两两比较，根 据各因素的重要程度来确定矩阵中元素值的大小。然后，计算判断矩阵的最大特征 根及其对应的特征向量。这个特征向量就是所要求的因素重要程度系数值f 7 j 。 2 模糊综合评判模型 在现实生活中，同一事物或现象往往具有多种属性，因此在对事物进行评价 对，就要兼顾各个方面。模糊综合评判作为模糊数学的一种具体应用方法，最早是 由我国学者汪培庄提出的。这一应用方法深受广大科技工作者的欢迎和重视，并且 得到广泛的应用。 模糊综合评判就是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，考虑与被评价事物相 关的各个因素，对其所作的综合评价。这里，评价的着眼点是所要考虑的各个相关 因素。模型建立如下【8 1 。 1 ) 建立评判对象的因素集： u = 转。，甜：， 其中，元素“，( i = l ，2 ，九) 为影响评判对象的各种函素。因素就是对象的各种属 性或性能，也称为参数指标或质量指标，它们将综合反映出对象的质量。人们就是 根据这些因素给对象评价。 2 ) 建立评判集：矿= v l ，v 2 ，v ，) 元素v ，( _ ，= l ，2 ，神为各种可能的总评价结果，如实验成绩的各种等级就组成 一个评判集。 3 ) 建立单因素评价，构成单因素评价矩阵。 从一个因素越，出发进季亍评价，以确定评价对象对评价集元素v ，的隶属程度， 称为单因素模糊评价。对第f 个因素“评价的结果r 。称为单因素模糊评价集， r ，= ( ，f l ，l ：，) ，它是矿上一个模糊子集。同理，可得到相应于每个因素的单因 素模糊评价集，将各单因素评价集的隶属度为行，组成单因素评价矩阵。如式( 2 ) 所 示。于是( u ，y ，r ) 就构成了一个综合评价模型。 一6 一 1 绪论 4 ) 综合评判。 由于对u 中各因素有不同的侧重，需要对每个因素赋与不同的权重，构成权重 集鲁= ( q ，口：，) ，4 。= l ，口f 2 0 ，权重集爿为因素集u 上的一个模糊子集e 在 = l r 与爿求出之后，则综合评价为： b = 一。r ( 5 ) 记6 = ( 6 l ，6 ：，吒) ，它是矿上的一个模糊子集，其中： n 6 j2 吕( q ，) ( 6 ) ，= ( 1 ，2 ，搬 它是综合考虑所有因素的影响时，评价对象对评价集中第j 个元素的隶属程 度。如果评价结果i l ，应将它归一化，得归一化的模糊综合评价集： j = i f = ( 6 l 6 ，6 2 ，6 ，6 卅，6 ) = ( 巩，如，6 。) ( 7 ) 6 = 屯 根据最大隶属度原则，若6 ，= m a x ( 6 1 ，6 ，6 卅) ，则模糊综合评价结果为v ，。 1 2 国内外质量评价方法的研究现状 1 2 1 产品质量模糊评价法在国外的发展 对产品质量和性能的模糊评价方面，c e ny o n 昏i n g 在1 9 9 6 年提出了模糊质量的 概念并给出了能把常规质量与模糊质量统一起来的模糊数学方法f 9 j 。 p - j m o l n a r 在1 9 9 5 年提出了食品质量的模糊综合评价方法，作者提出用单个质 量指标指数的加权和来作为水平质量指数。每一个参数都被归一化为介于0 到1 之 间的数，o 表示最差，l 表示最好。 c e c i i i at e m p o n i ，f a r i dd 甜s a v if 耵d ，h w c o r i e y 提出了颜色再生评估的一个模 糊决定模型，从而消除了传统专家评估中的个人主观性 14 1 。 g e o r g et s e k o u m s 等提出产品质量特性分类的模糊逻辑方法。在文章中，提出了 模糊分类方法，它可作为足够可靠的专家系统来进行产品质量的分类，并与其他 “黑盒”技术作比较，充分显示出这种方法的优点旧。 7 河b 理工大学硕+ 学位论文 h a nz h e n g h o n g ，y a n gt a o ，f a n gn i n g s h e n g 运用模糊数学方法，评估城市交通环 境质量。首先建立评价了系统，然后确定评价标准，并构造出隶属函数，进行程序 设计与实例分析，提出运用模糊理论方法评估城市交通环境质量的有效方法i l 2 1 。 1 2 2 产品质量模糊评价法在国内的发展 郭惠昕用模糊概率p ( 爿) 作为产品设计的模糊质量目标函数，以此为其稳健设计 的准则口3 1 。1 9 9 4 年，陈武铨等应用模糊综合评判方法对电视机质量进行综合评价，可 得出一批电视机的质量等级比率，用来比较不同批次的质量情况。还可以看出应当 在哪些指标方面改进，如电、光、声性能和图像、伴音质量等【2 4 l 。 王宏斌等用模糊评价方法对减速器产品的设计方案进行比较【2 5 j 。郑敏航等应用 模糊数学方法，通过对零件尺寸公差、形位公差和表匦粗糙度的检测数据，建立了 机械零件加工质量的综合评价模型1 2 6 】。 吴小寅等提出模糊数学应用与南宁市大气环境质量的综合评价方法【2 7 j 。黄飞， 陶进庆采用模糊数学法对城市生活垃圾处理方法进行综合评价【2 8 1 。史玉峰，曲i 晷庆 用模糊数学综合评判法评定数字化地籍图【2 9 j 。刘雅玲，冯爱芬提出了模糊数学在服 装综合评判上的应用0 3 0 1 。谢君等采用模糊数学等方法对风景区生态环境系统进行环 境质量综合评价【3 “。 石柱等提出模糊软件质量综合评价【3 引。徐福留等对城市环境质量提出了多级模 糊综合评价方法吲。黄桂丛对洗衣机质量模糊综合评价方法进行了研究1 3 4 1 。 顾冰芳机械制造工艺质量的模糊评价f 35 1 。邓明萌，范玉宏运用模糊数学法对焚 烧烟气处理方法进行综合评价1 3 。 韩银富，杨林运用模糊数学综合评判法评价宝应县地下水质量印j 。王淑文，刘 臣运用模糊数学方法和分级评价法中的地图重叠法分别对通化市哈泥河水质进行评 价对比，发现模糊数学法不仅直观易懂，而且弥补了地图重叠法的不完善之处，评 价结果更符合客观实际1 3 8 1 。周泽义等研究了食品污染综合评价的模糊数学方法，建 立了食品污染综合评价的模糊数学方法模型，并将此模型应用于对蔬菜、水果和肉 类中重金属、农药、多环芳烃、硝酸盐和亚硝酸盐污染调查结果的综合评价，取得 了较为满意的结果1 3 9 j 。 沈智毅等利用模糊数学中的综合评判原理，建立一种对遥感卫星地球站的工作质 量进行评判的数学模型，同时利用聚类分析方法对结果进行了验证，并对模型的适用性 进行了讨论i 帅j 。 8 一 1 绪论 商建东等进行了质量驱动的产品设计质量模糊评价及方案决策方法研究【4 i j 。介 绍了质量驱动的产品开发方法及其计算机辅助方案集成决策系统，并提出质量驱动的 基于功能特征模型的产品设计质量模糊评价及方案决策方法，还详细给出了该方法 的主要步骤、数学模型及应用实例。 陈炜等应用模糊数学对汽车覆盖件拉延模型面设计质量模糊综合评判【4 2 1 。其在 应用模糊数学的基础上，首先通过确定影响覆盖件拉延模型面设计的因素集、因素权 重集、备择集和评判矩阵，解决了专家设计经验知识的量化问题；然后建立起二级 模糊综合评判方法，为拉延模型面设计提供系统、科学的设计质量评判手段，并为 该工作在将来实现设计自动化创造了条件。 1 2 3 文献述评 在国外，模糊综合评价方法研究的较为深入，有些文献提出了用o 和l 之间的 数来表示产品质量。在国内，大部分是模糊综合评判方法在不同场合的具体应用。 1 3 本文的研究内容 l 。弯管传感器弯径比的测量和计算方法。 首先通过用三坐标测量机对弯管传感器进行三维数字化测量，获得弯管传感器 数据点坐标，再通过所编写的数据处理软件，计算出弯管传感器的几何特征参数。 2 权重的确定。 通过敏感度分析方法，结合弯管流量计的数学模型，科学的确定弯管传感器各 个质量指标的权重。 3 隶属函数的确定。 为了进一步精细化产品质量的分类，首先将评语集分为十级，建立各影响因素 隶属于该评语集的隶属函数；再将评语集无限细分，则其会成为一个连续的评语 集，通过将评语集作为在【o ，l 】上的连续函数。通过相对误差分析方法，结合弯管流 量计的数学模型，构造弯管传感器各个影响因素的隶属函数。 4 弯管传感器静态质量的模糊综合评判。 通过所计算的权重向量和将评语集分为十级所建立的隶属函数，结合模糊综合 评判模型，对弯管传感器的质量进行模糊综合评判。 5 弯管传感器静态质量数字化评价。 9 河北理工大学硕士学位论文 通过所计算的权重向量和将评语集作为在 o 1 】上的连续函数，建立弯管传感器 单一尺寸参数的静态质量数字化评价模块，单个弯管传感器静态质量数字化评价模 块和批量弯管传感器静态质量数字化评价模块。 6 弯管传感器动态质量分析。 通过有限元分析软件( a n s y s ) ，分析弯管传感器管内介质的温度和管外温度的 温差对弯管传感器几何形状的影响，得出弯径比的动态质量指数。从而结合弯管传 感器的静态质量，建立弯管传感器的动态质量评判模型，从而得出弯管传感器的动 态质量，构成弯管传感器质量的数字化评价体系，如图2 所示。 图2 弯管传感器质量数字化评价模型 f i g 2 q u a l i t yd i g i t a ia s s e s s m e n tm o d e lo f e l b o w - p i p es e n s o r 2 弯管传感器质量数字化评价体系建立 2 弯管传感器质量数字化评价体系建立 弯管流量计的流量测量系统如图3 所示。它由弯管传感器、温度传感器、压力 传感器、差压传感器和二次仪表构成。 其中，弯管传感器是由9 0 。标准机制弯头加工而成的，在实际测量工作中，只要 用弯管传感器代替原来管道上的弯头即可进行流量测量。由于弯管传感器本身就是 一个9 0 。标准弯头，没有阻力件，压损小，有利于节约能源。 图3 弯管流量计流量测量系统 、 f i g 3 f 1 u xm e a s u r e m e m s y s 紫o f e l b o 、卜p i p en o w m e t e r s 弯管流量计的工作原理是当具有一定流速的流体流经弯管传感器时，由于受到 弯曲管道限制，流体被迫作圆周运动。根据流体强制旋流理论，流体在管道内作圆 周运动，与固体在空间状态下作圆周运动类似。流体必然产生惯性离心力，离心力 大小与流体的流速、密度以及圆周运动的曲率半径( 即弯管传感器曲率半径) 等因素 有关【4 3 】。 河北理工大学硕十学位论文 2 1 产品质量定义与描述 2 1 1 质量定义 国际标准i s 0 9 0 0 0 ：2 0 0 0 的质量定义为删： 产品质量是指“产品的一组固有特性满足顾客和其他相关方面要求的能力”。 这里包含有两方面的意义，一方面，产品质量首先是指产品本身所固有的“特 性”，这些特性是产品的客观属性；另一方面，产品质量又是对产品的这些特性满 足用户需要程度的一种主观感觉或评价。 2 1 2 静态质量与动态质量 任何产品的质量都由静态质量和动态质量构成。 静态质量包括设计质量和制造质量。其中，设计质量指产品的几何特征参数设 计和公差分配等；制造质量指实际制造出的产品与设计指标的符合度。 动态质量是指产品在使用的过程中受周围环境等的影响所表现的实时质量。 而对于弯管传感器来说，其质量也包括静态质量和动态质量。 弯管传感器的静态质量又分为设计质量和制造质量，其中，设计质量指弯管传 感器的几何特征参数设计和公差分配等；制造质量指实际制造出的弯管传感器与设 计指标的符合度。 弯管传感器的动态质量主要指传感器受周围环境、温度、管内介质、安装位置 等影响的实时质量。 对弯管传感器的质量的评价必须同时综合考虑传感器的静态质量和动态质量， 以确保对其质量评价的全面性和实用性，但由于时间的限制，本文只对制造质量和 动态质量进行评价。 2 1 3 质量指数定义 质量指数是通过数字化测量和计算，并结合零件或产品的原理及应用实际，将 其质量映射在【o ，1 】区间的一个数字参数，用以精细化地表示其质量状态。 记为：q i ( q u a l i t yi n d c x ) 。 1 2 2 弯管传感器质量数字化评价体系建立 2 1 4 质量描述 本文研究数字化的产品质量是用 o ，1 】区间内的数来描述的，即用质量指数描 述， o ，l 】是指质量可以取0 l 之间( 包括0 和1 ) 的任何实数，根据数值的大小来描述 产品质量的高低，l 表示质量最好，o 表示质量最不好。 产品的功能波动客观存在，根据田口博士的理论，有功能波动就会造成社会损 失。也就是说，只要产品的质量特性偏离预定的目标值，就会给用户和第三者造成 损失，而这种损失大小与波动程度大小成正比。 田口质量损失函数定义为【4 5 “9 】： 质量损失函数就是定量表述“经济损失”与“功能波动”之间相互关系的函 数。按照产品质量特性的不同，存在不同形式的质量损失函数。 设产品( 系统) 的输出特性( 质量特性) 为z ，目标值为m 。若x 研，k 一州l o ， 则造成经济损失；且偏差越大，损失越大。当工= 聊时，损失最小r 零损失) 。输出特 性为工的产品，其质量损失计作( z ) 。 则田口二次质量损失函数为： 三( 曲= t o m ) 2 ( 9 ) 七= 昙i ( 1 0 ) 阳口的二次损失函数如图4 所示，此即为望目特性的质量损失函数。 质量损失函数中，似一卅) 2 反映了质量特性与目标值的接近程度，亦即功能波动 程度，比例常数七反映了单位平方偏差的经济损失，后值越大，损失越大。 五 月 0 图4 对称型质量损失函数 f i g 4s y m m e t r i c a lq u a l i t yi o s sm n c t i o n 1 3 河北理上人学硕士学位论文 此外，还有不对称的二次损失函数等。如图5 所示。 0 图5 非对称型质量损失函数 f i g 5d i s s y m m e 埘c a lq u a l j 睁l o s s 劬c t i o n 不对称的二次质量损失函数： 当x 在区间 m 一。，m 】时，质量损失函数为： 上( x ) = i l + ( x 一，以) 2 ( 11 ) 毒( 1 2 ) 当z 在区间【柳，小+ ：】时，质量损失函数为： ( x ) = 七2 + ( x 一，雄) 2 ( 1 3 ) 妒毒( 1 4 ) 只要是质量特性偏离目标值就会产生质量损失，即合格品亦有质量损失，由此 可见，质量损失也是描述产品质量的一个工具，只不过本文用质量指数来描述质 量，是从质量损失相反的方面来描述的。 一1 4 2 弯管传感器质量数字化评价体系建立 2 2 弯管传感器质量影响因素的选取 2 ，2 1 弯管传感器质量影响因素的选取原则 弯管传感器是弯管流量计的流量传感器件，它是一个标准的9 0 。弯管。影响因素 的选取，应根据目前的研究现状，选取比较重要的，并且研究比较成熟的几何特征 参数。 2 2 2 弯管传感器质量影响因素的确定 根据弯管传感器质量影响因素的选取原则，选取以下四个尺寸参数做为弯管传 感器的质量影响因素： 1 弯径比，它是弯管传感器理论模型中唯一的几何特征参量，对流量测量起着 重要的作用，是弯管传感器加工制造的主要控制参数； 2 内孔管径，它是区分不同弯管传感器的重要特征： 3 内侧取压孔角度； 4 ，外侧取压孔角度； 根据目前工厂制造及现场安装的实际情况，内外侧取压孔的位置角度也是一个 重要的工艺控制参数。 因此，初步选择这四个影响因素来进行研究。 2 3 弯管传感器各影响因素权重的确定 弯管传感器各影响因素的权重是指弯径比，管径，内侧取压孑l 角度和外侧取压 孔角度的相对重要程度，本课题根据弯管传感器的特点，采用敏感度分析法来确定 权重。 对于本课题来说，敏感度分析法就是结合弯管流量计的质量流量模型，分析弯 管传感器四个影响因素尺寸分别做微小变化时对质量流量的影响。用数学手段，就 是对质量流量公式关于各个影响因素求导米实现。 2 3 1 弯管流量计的质量流量模型 1 弯管流量计的管内流体平均流速： 1 5 河北理_ l 人学硕十学位论文 肚s 血、刮等c ， p 其中，矿为管内流体平均流速，尝为弯径比；口为流量系数；p 为流体流经弯管 处内外侧产生的压力差( p a ) ，p 为流体介质密度( k 咖3 ) 。 在一般场合，测量显示的是流体的质量流量，流体的质量流量公式为： g 堋叫缸居廖c 争s 中口捂西c ，回 其中，流体质量流量g 的单位为( 仙) 。 2 内外侧取压孔压力确定 设内侧压力为只，内侧取压孔角度为，则两者之间的关系为： e = 石( 盯。) ( 1 7 ) 外侧压力为只，内侧取压孔角度为口。，则两者之间的关系为： 最= 以 ：) ( 1 8 ) 假设：水的密度为p = 1 0 0 0 咯m 3 ，流速为v = 1 聊，j 。取压孔内外侧角度与压力 的关系如表l 所示。 表1 取压孔角度与压力的关系 。 t a b i e1 r e l 撕o n s h i p b e t 、v e e ni n s i d e 卸do u t s i d eh o l e sa n g l ea f l dp r e s s u r e 将表1 的数据进行拟合得到内外侧取压孔角度与压力的关系曲线如图6 所示。 1 6 2 弯管传感器质量数字化评价体系建立 享 i 出 二：毫 彳 1 ，一 1 一一一一一l ，一j 一一一 i 一 ：_ ” 取眶扎角厦 图6 取压孔角度与压力关系图 f 嘻6r e l a t i o n s h i pb e n e e ni n n e ra n do u t e i h o l e sa 1 1 舀ea n dp r e s s u r e 内侧取压孔角度与压力的关系拟合公式为： 只= 工( 啊) = 一o 0 0 2 7 口1 3 + o 4 5 4 口1 2 1 9 9 5 8 7 口l + 5 8 1 6 6 6 4 ( 1 9 ) 外侧取压孔角度与压力的关系拟合公式为： 最= ( 口2 ) = 一0 0 5 9 3 口2 。+ 5 6 8 5 口2 + 9 3 6 2 5 9 ( 2 0 ) 将式( 1 9 ) ，( 2 0 ) 代入式( 1 6 ) 得 g - 3 6 三如括历万刁丽扫( 2 1 ) 2 3 2 权重计算 1 弯径比的变化对质量流量的影响为： g f ( 争护6 三廊老厕厕扛( 2 2 ) 2 管径的变化对质量流量的影响为： g ( d ) ：嵩以s 三z 。口偿瓜万而后( 2 3 ) 1 7 河北理工大学硕十学位论文 g = 嵩以s 、压赢揣尻， 4 外侧取压孔角度的变化对质量流量的影响为： ，= 嵩矗s 居焘儿 由于权重为f 值，因此各参数权重分别为： 1 弯径比的权重 础僻阿碉曷瓣网 d 2 打再了而 2 居 2 秀赢磊磊一 2 管径的权重 一阿雨高煞羽丽 z 。厝瓣 孕啪捂厕丽+ 纛+ 熊 vd 3 内侧取压孔角度的权重 1 8 2 弯管传感器质量数字化评价体系建立 俐= 丽环踹黠碉 。2 唇 习菰覆菰萧 d 2 办面了丽磊+ 黧+ 黧 4 外侧取压孔角度的权重 电，= 丽面蒜辫 ( 2 8 ) ( 2 9 ) 其中，权重是归一化的，即： n ( 多+ 口( d ) + 口( ) + 口噼：) = 1 2 4 弯管传感器质量的模糊综合评判模型建立 24 1