汽车螺栓打紧质量大数据分析

发布时间：2020-09-02 20:42

　　汽车生产制造需要大量使用螺栓连接,其连接质量直接影响产品性能。随着工业物联网的迅速普及,具有监测功能的打紧设备在企业中广泛应用。打紧工艺过程涉及扭矩、转角、时间等多类型海量数据,利用大数据分析方法,结合企业螺栓打紧工艺对原始数据进行数据挖掘,建立异常检测模型,实现对潜在异常的模式识别,为企业提供准确的质量管理决策。本文从企业生产实际出发,分析了螺栓打紧的主要控制方法及理论,对螺栓打紧工艺过程及历经阶段进行研究,分析了目前企业应用自动打紧设备的质量控制技术,指出存在的质量评价缺陷。通过对螺栓打紧工艺原始数据特性的分析,总结了数据集存在的几方面问题,针对螺栓打紧数据不均衡特点,在SMOTE算法的基础上进行改进,并通过实验验证改进SMOTE算法的有效性。在对打紧技术分析的基础上,运用了大数据运算框架,完成对原始数据的预处理工作,进一步地提取螺栓打紧工艺直接特征与间接特征。针对螺栓打紧业务特点,基于CART决策树建立异常检测模型对螺栓打紧工艺的特征信息进行数据挖掘,诊断打紧质量,结合网格搜索和交叉验证寻找树深、基尼不纯度阈值参数的全局最优解,提高了模型的泛化能力和诊断精度。利用学习曲线和ROC曲线下面积AUC值对模型性能进行了评价,并对模型树进行了可视化解释。在此基础上,基于KMeans聚类分析打紧过程异常原因及异常模式识别分类,使用“手肘法”确定最优的聚类个数,综合螺栓打紧工艺对打紧过程异常情况进行了分类识别。最后,通过实验,从加速比、可扩展性、规模增长性3方面衡量了Spark平台中并行化聚类算法的运行性能。
【学位单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP311.13;U466
【部分图文】：

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力应变曲线斜率值降至设定值时表示打紧完成。屈服点法的最大优点在于，在提高打紧精度的同时，能够充分发挥螺杆材料的强度性能，并且采用这种方法有效避免摩擦系数对材料表面的影响以及转角控制方法转角起点位置的变化对装配质量的影响。然而，这种控制方法对外部干扰敏感，并且要求螺纹本身的高性能、结构设计和加工精度。此外，该方法在打紧过程中的控制难度是三种控制方法中最大的。2.2 螺栓打紧工艺过程分析螺栓的打紧过程一般是两步打紧，如图 2.1 所示。首先将螺栓打紧到被紧固零件的表面，此时为拧入阶段，在此阶段，螺栓和被打紧零件不会出现弹性变形，因此不会产生轴向载荷，然后继续打紧至目标扭矩即到最终打紧阶段，连接件产生轴向载荷，发生弹性形变，进而实现连接件的紧固。针对控制扭矩较大且承受较高冲击载荷的螺栓连接，为了进一步保证紧固质量，有时会在两步打紧的基础上先适当返松一定角度后再打紧至目标值，以此释放连接件中应力，进而减小扭矩损失，一般将这种打紧方法称为四步打紧，如图 2.2 所示。

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过程一般是两步打紧，如图 2.1 所示。首先将螺栓打紧到被紧入阶段，在此阶段，螺栓和被打紧零件不会出现弹性变形，然后继续打紧至目标扭矩即到最终打紧阶段，连接件产生轴进而实现连接件的紧固。矩较大且承受较高冲击载荷的螺栓连接，为了进一步保证紧紧的基础上先适当返松一定角度后再打紧至目标值，以此释小扭矩损失，一般将这种打紧方法称为四步打紧，如图 2.2图 2.1 螺栓打紧过程Fig. 2.1 Bolt tightening process

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第 2 章螺栓打紧技术分析打紧工艺的分析，螺栓的打紧过程经历五个阶段[35]，如图 2.3 所示紧到被连接件的过程中力矩为零，当螺纹件端面与连接件贴合时，增加而增大，打紧过程开始为自由打紧阶段，此阶段螺栓和连接件会发生弹性形变，自由打紧阶段主要以扭矩控制法对螺栓进行预紧域，在这个阶段，螺栓拆卸后，将自动回到其原始状态，螺栓的总螺纹件逐渐被打紧发生弹性形变，至屈服点后螺纹件发生塑性变形过程在屈服区域或塑性打紧区域结束，在塑性屈服阶段螺栓发生弹达到受力极限，螺栓打紧状态最佳，拆卸后螺栓保持打紧后总体被拉到原始状态。第五阶段为失效区域，螺栓已经失效，可能发生断裂或

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