一种基于MC4试验室试验的工艺适航验证方法与流程

本发明属于民机工艺适航验证，具体涉及一种基于mc4试验室试验的工艺适航验证方法。

背景技术：

1、对于民机制造企业来说，工艺适航验证是型号取证工作的先行者，是制约民机型号合格审定的重要条件之一。中国民用航空规章《运输类飞机适航标准》(ccar-25)第25.605b)款规定：飞机的每种新制造方法必须通过试验大纲予以证实。这就意味着作为新的制造方法载体的工艺规范必须通过开展mc4试验室试验，验证该制造方法(工艺)是稳定的、可重复的，能够制造出可重现的、可靠的、始终完好的结构，从而证实制造方法对ccar25部§25.605条款的符合性。同时，中国民用航空局《型号合格审定程序》(ap-21-aa-2022-11)附录g第10.4节明确规定：在所有工艺规范得到批准之前是不可能颁发型号合格证(tc)的。

2、近年来，虽然众多学者对制造方法的适航条款及程序进行了研究和解读，但是，对于基于mc4试验室试验的工艺适航验证技术的研究并不多见。目前国内、外适航当局及民机制造业内尚未形成统一标准和要求，加之国内民机型号申请人适航取证经验参差不齐，型号取证工作面临着工艺关键参数识别困难、试验验证不充分、流程不清晰等等一系列技术瓶颈和困惑，使得工艺适航验证周期较长，无形中增加了型号取证成本。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服目前民机工艺适航符合性验证工作中出现的工艺关键参数识别困难、试验验证不充分以及流程不清晰的不足，提供一种基于mc4试验室试验的工艺适航验证方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种基于mc4试验室试验的工艺适航验证方法，包括以下步骤：

4、进行工艺研发试验和关键工艺技术攻关，根据试验数据和攻关成果，得到工艺参数范围，形成工艺规范；

5、根据工艺技术特性及工艺实施过程中影响产品质量的过程因素，构建关键工艺参数决策模型，提取构成产品质量特性的关键工艺参数和重要工艺参数，对关键工艺参数和重要工艺参数进行分析，得到多变量工艺参数；

6、解析关键工艺参数和重要工艺参数中，各参数之间的敏感度和耦合关系，建立多变量工艺参数的传递函数，并对传递函数进行解耦，消除多变量之间的耦合作用，提取并聚焦权重变量因子；

7、采用多项式矩阵控制模型，通过选择加权多项式矩阵，确保自变量控制的收敛性能，并通过正交试验进行优化，筛选出能够涵盖所需工况的权重变量因子组合；

8、根据多变量工艺参数和权重变量参数组合，制定工艺符合性验证试验方案；

9、按照工艺验证试验方案选取具有代表性的典型试验件进行试验，根据试验结果，修正或固化工艺实施过程中的关键技术参数及过程参数，证明工艺规范能够持续稳定地生产出符合要求的产品。

10、本发明进一步的改进在于，在进行工艺研发试验和关键工艺技术攻关，得到工艺参数的步骤中，具体包括：

11、在进行工艺研发试验和关键工艺技术攻关时，应结合产品的设计需求，为突破关键技术而开展工艺攻关试验，探究并获得工艺参数，形成工艺规范。

12、本发明进一步的改进在于，在根据工艺技术特性及工艺实施过程中影响产品质量的过程因素，构建关键工艺参数决策模型，提取构成产品质量特性的关键工艺参数和重要工艺参数，对关键工艺参数和重要工艺参数进行分析，得到多变量工艺参数具体包括：

13、根据“人、机、料、法、环、测”工艺过程控制六要素，结合工艺技术专业树、工艺分族及工艺参数库，构建关键工艺参数决策模型，提取构成产品质量特性的关键工艺参数和重要工艺参数；

14、判断关键工艺参数和重要工艺参数的可控性和可测性，并评估关键工艺参数和重要工艺参数对产品性能的潜在影响；

15、根据键工艺参数和重要工艺参数的可控性和可测性结合对产品性能的潜在影响，得到多变量工艺参数。

16、本发明进一步的改进在于，在解析关键工艺参数和重要工艺参数中，各参数之间的敏感度和耦合关系的步骤中，具体包括：

17、采用多因素敏感性分析法与多因素线性回归分析法解析关键工艺参数和重要工艺参数中各参数的敏感度，并解析关键工艺参数和重要工艺参数的耦合关系。

18、本发明进一步的改进在于，在建立多变量工艺参数的传递函数，并对传递函数进行解耦，提取并聚焦权重变量因子的步骤中，具体包括：将输入向量r送入解耦控制器g(s)中，解耦控制器g(s)输出解耦输出变量u，将解耦输出变量u送入传递函数g(s)中，输出解耦变量y，解耦变量y作为聚焦权重关系的变量因子。

19、本发明进一步的改进在于，输入向量r＝ri，i＝1,2,3…n，解耦输出变量u＝ui，i＝1,2,3…n，解耦变量y＝yi，i＝1,2,3…n。

20、本发明进一步的改进在于，传递函数g(s)为：

21、

22、其中，y(s)为多变量系统耦合关系输出，u(s)为多变量系统输入，n为输出变量的数量，m为输入变量的数量，gnm(s)为m个输入变量和n个输出变量间的传递函数关系。

23、本发明进一步的改进在于，运用对角矩阵解耦法，设计解耦控制矩阵(s)，通过对传递函数g(s)解耦，得到对角矩阵即：

24、

25、以2个输入变量和2个输出变量为例，则解耦控制器矩阵(s)的数学模型为：

26、

27、其中，d11(s)表示第1个输入变量对第1个输出变量的影响程度，d12(s)表示第2个输入变量对第1个输出变量的影响程度，d21(s)表示第1个输入变量对第2个输出变量的影响程度，d22(s)表示第2个输入变量对第2个输出变量的影响程度。

28、本发明进一步的改进在于，正交试验优化包括以下步骤：

29、获取工艺验证试验所有试验条件；

30、根据权重关系的变量因子对所有试验条件赋予权重值；

31、将赋予权重值的所有试验条件输入多项式矩阵控制模型中，输出得到涵盖目标工况的权重变量参数组合。

32、本发明进一步的改进在于，在mc4试验室对试验件进行工艺符合性验证试验时，按照工艺适航符合性验证试验方案“四维度”设计原则，“四维度”设计原则为试验件材料、试验件构型、试验参数、试验件质量控制四个维度，设计能够涵盖该工艺所有的且最严酷的工况进行试验验证，验证到该工艺参数最大包线和工艺能力边界，从而证明该工艺方法的稳定性、持续性和可靠性。

33、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

34、本发明根据工艺规范和工艺参数，构建关键工艺参数决策模型，提取构成产品质量特性的关键工艺参数和重要工艺参数，对关键工艺参数和重要工艺参数进行分析，得到多变量工艺参数，运用决策逻辑关系决策、提取关键工艺参数的方法和技术；运用多项式矩阵控制模型，通过选择加权多项式矩阵，确保自变量控制的收敛性能，并设计正交试验进一步优化、筛选出可涵盖最严酷工况的工艺参数组合的试验方案策划技术路径，指导和规范申请人工艺适航验证工作，从而有效缩短型号取证周期，降低型号取证成本，有效提高了工作效率，并且本发明具有合规性(符合适航规章和审定程序规定)和通用性，对申请人型号取证工作有实际指导意义。

35、进一步的，本发明通过对试验件材料、试验件构型、试验参数和试验件性能测试四个维度进行严酷工况的组合，开展符合性工艺验证试验，能够确保验证试验能够覆盖工艺规范中规定的各工艺要素的最严酷和最不利的组合，即验证试验应能够充分验证工艺参数的最大包线和工艺能力的边界，使本发明能够验证和表明某一制造方法能够始终制造出稳定合格的产品。