繼電器參數(shù)一致性分析方法應(yīng)用研究

貴州航天電器股份有限公司　韓征權(quán)　王　旭　李云召

1　引言

繼電器是一種關(guān)鍵的電子器件，在航空、航天、航海、兵器、電子、通信等領(lǐng)域廣泛得到應(yīng)用，完成信號傳遞、執(zhí)行控制、系統(tǒng)配電等功能。繼電器的可靠性對整個系統(tǒng)的可靠性有著直接的影響。

繼電器執(zhí)行線路切換的既有電磁感應(yīng)機(jī)構(gòu)，又有機(jī)械推動機(jī)構(gòu)，這兩者與具體參數(shù)相關(guān)，例如，電壓類參數(shù)有動作、釋放電壓，電阻類參數(shù)有線圈電阻、接觸電阻，時間類參數(shù)有動作時間、釋放時間、同步時間等，參數(shù)的一致性影響產(chǎn)品的穩(wěn)定性。國內(nèi)較多人員針對多品種、小批量產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量控制方法研究，孫嵐等人使用SPC對半導(dǎo)體生產(chǎn)線的氧化工序開展SPC應(yīng)用，賈彬等人對航天器件關(guān)鍵工序的統(tǒng)計過程方法進(jìn)行研究。因此，本文將相關(guān)統(tǒng)計方法引入到繼電器生產(chǎn)制造過程中，針對生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)收集、分析、判定，對產(chǎn)品的進(jìn)行評估、改進(jìn)，提升產(chǎn)品本質(zhì)可靠性。

2　數(shù)據(jù)的收集與預(yù)處理

2.1　數(shù)據(jù)來源

以某繼電器為例，其檢驗的過程中需控制的主要機(jī)械或電性能參數(shù)見表1。

表1　某繼電器測試參數(shù)

以上參數(shù)大可量化并采集到，在數(shù)據(jù)分類里面屬于計量值數(shù)據(jù)。可結(jié)合出廠檢驗測試采集歷年產(chǎn)品電性能參數(shù)，對同批次間、以及不同批次間的數(shù)據(jù)分析，評估單個產(chǎn)品或整批產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。

可靠性評估的數(shù)據(jù)來源于產(chǎn)品壽命周期各階段，如研制階段的可靠性試驗、可靠性評審報告；生產(chǎn)階段的制造、裝配、檢驗記錄、元器件的篩選與記錄。由于數(shù)據(jù)本身的質(zhì)和量對數(shù)據(jù)分析的結(jié)果影響很大，從統(tǒng)計觀點看，處理的數(shù)據(jù)量應(yīng)盡量大，統(tǒng)計數(shù)據(jù)才具有代表性。因此，獲取更多的數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的基本要求。

2.2　數(shù)據(jù)整理

繼電器各工序崗位每天產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，例如交收工序，用綜合參數(shù)測試儀測試一次可以得到相關(guān)的電性能和時間參數(shù)。測試的各種參數(shù)是以不同格式存儲在相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)未進(jìn)行統(tǒng)計和分析，不能直接使用，需要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成各種分析結(jié)果圖表，便于分析使用。

為了快速準(zhǔn)確地讀取數(shù)據(jù)，這里使用到動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)（DDE鏈接）。需要進(jìn)行數(shù)據(jù)源管理,建立起數(shù)據(jù)自動讀取更新的鏈接，通過不同數(shù)據(jù)庫之間的鏈接，可以在它們之間進(jìn)行數(shù)據(jù)的訪問、更新，這避免人為差錯導(dǎo)致的數(shù)據(jù)失誤。現(xiàn)在Minitab軟件為例，簡單介紹數(shù)據(jù)讀取更新的流程方法，以Minitab軟件客戶端，建立起數(shù)據(jù)的動態(tài)交換（DDE鏈接），作為服務(wù)器關(guān)聯(lián)起來的excel表格數(shù)據(jù)改變，更新時間可以隨意設(shè)置，可設(shè)置到ms級別，保證了數(shù)據(jù)更新的及時性。客戶端讀取的數(shù)據(jù)也隨著改變，以這些數(shù)據(jù)繪制的各種統(tǒng)計圖表設(shè)置自動更新，數(shù)據(jù)就實現(xiàn)了實時更新。基于以上數(shù)據(jù)，可以方便地借助于Minitab這個質(zhì)量統(tǒng)計工具平臺開展各種質(zhì)量數(shù)據(jù)和圖表的分析。

3　一致性評價實例應(yīng)用

3.1　能力指數(shù)分析

能力指數(shù)分析使用的指標(biāo)有Cpk、Ppk等,在工藝規(guī)定要求固定的情況下，能力指數(shù)反映了參數(shù)的離散程度和趨中程度，數(shù)值越大，表明數(shù)據(jù)的一致性越好。

計算Cpk值的計算公式如下：

UL和UU分別為工藝規(guī)格下限和工藝規(guī)格上限。

Ppk值的計算方法類似，區(qū)別只在于估計標(biāo)準(zhǔn)偏差σ的不一樣，通過對比Cpk、Ppk值，可以比較不同批次之間產(chǎn)品參數(shù)的穩(wěn)定性，從而評估不同批產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性。在這里，結(jié)合直方圖進(jìn)行能力指數(shù)分析，可以更加直觀得觀察到參數(shù)一致性的變化。

能力指數(shù)分析是建立在直方圖和控制圖的基礎(chǔ)上。結(jié)合直方圖觀察數(shù)據(jù)的分布形態(tài)，控制圖用于判別數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，能力指數(shù)有Cpk、Ppk等。

圖1　動作/釋放電壓能力指數(shù)分析示例圖

以某批繼電器為例，作出該批產(chǎn)品動作電壓和釋放電壓的能力指數(shù)分析情況，從圖1所示中可以看出，兩者Cpk值分別為1.29、1.21，而Ppk只有0.98、0.97，只接近1，說明產(chǎn)品批產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性還有待提高。

圖2　接觸電阻能力指數(shù)分析示例圖

圖2所示為該繼電器的四個觸點接觸電阻能力指數(shù)分析結(jié)果，從圖中可看出，第一三組觸點的Cpk、Ppk都較第二四組觸點大，說明同一只產(chǎn)品內(nèi)，雖結(jié)構(gòu)相同，但是觸點之間差異較明顯，要解決產(chǎn)品的本質(zhì)可靠性需要減少其差異性，提高零件一致性，控制產(chǎn)品裝配的一致性。

3.2　控制圖分析

常見的控制圖有單值-移動極差控制圖、均值-極差控制圖、均值-標(biāo)準(zhǔn)差控制圖等，控制圖的原理及相關(guān)公式可參考GB/T 4091-2001《常規(guī)控制圖》。

控制圖關(guān)注的是每一個產(chǎn)品某一個質(zhì)量特性對應(yīng)的數(shù)據(jù)。軍品必為精品，不能僅僅關(guān)注產(chǎn)品的總體狀況，還需關(guān)注到每一個個體。控制圖就是一個很好的工具，可以將大量產(chǎn)品的參數(shù)繪制在一張控制圖表中，對比觀察每一個產(chǎn)品之間的差異，容易找出那些明顯離群的個體產(chǎn)品，做好分析，及時采取措施。

以某批次繼電器產(chǎn)品的動作電壓和釋放回跳時間數(shù)據(jù)為例，作出的控制圖，結(jié)合前面的數(shù)據(jù)動態(tài)交換技術(shù)（DDE鏈接），可以方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時更新，在一定程度上甚至可以達(dá)到實時在線監(jiān)控的目標(biāo)，見圖3和圖4所示。

圖3　動作電壓均值控制圖

圖4　釋放回跳時間均值控制圖

從動作電壓控制圖、釋放回跳時間控制圖可看出，大部分的參數(shù)值都集中在均值附近，其中的62#、61#、58#產(chǎn)品明顯偏離均值，這三只產(chǎn)品雖然參數(shù)滿足要求，但在后續(xù)的使用過程中，經(jīng)過環(huán)境應(yīng)力的作用后，這三只產(chǎn)品參數(shù)超差的概率比其他任何產(chǎn)品大，因此，應(yīng)按異常數(shù)據(jù)剔除。按照常規(guī)的檢驗方法，這些產(chǎn)品都屬于合格品，但數(shù)據(jù)離散性較大，未引起重視。

在生產(chǎn)過程中引入控制圖的思維，有效區(qū)別并隔離少數(shù)參數(shù)異常的產(chǎn)品，可明顯降低產(chǎn)品使用的風(fēng)險。因此，后續(xù)的產(chǎn)品質(zhì)量管控，將工作重心放在如何提高產(chǎn)品零件生產(chǎn)和裝配一致性上，產(chǎn)品本質(zhì)可靠性有了提升的可能性。

4　結(jié)束語

本文參數(shù)將一致性評價的兩個工具，即能力指數(shù)、控制圖引入到繼電器生產(chǎn)制造過程中，以具體實例進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析得出結(jié)果，評估產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性，挖掘隱藏在數(shù)據(jù)后面的質(zhì)量提升點。這種評估方法值得在其他元器件生產(chǎn)環(huán)節(jié)推廣，提升元器件的參數(shù)一致性水平，從根本上提高其質(zhì)量可靠性。

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[4]常規(guī)控制圖[S].GB/T4091-2001,2011.

[5]全國質(zhì)量專業(yè)技術(shù)人員職業(yè)資格考試辦公室.質(zhì)量專業(yè)基礎(chǔ)知識與實務(wù)[M].北京:中國人事出版社,2014:285-289.