動(dòng)車組電氣裝配質(zhì)量因素分析及改進(jìn)方法

曲 雙 梁飛航 任宇欣

(1.中車長春軌道客車股份有限公司工程技術(shù)部/高速動(dòng)車組制造中心，130062，長春； 2.天津大學(xué)管理與經(jīng)濟(jì)學(xué)部，300072,天津； 3. 吉林大學(xué)機(jī)械與航天航空工程學(xué)院，130022，長春//第一作者，教授級(jí)高級(jí)工程師)

動(dòng)車組設(shè)計(jì)和加工過程的誤差會(huì)對(duì)整車裝配產(chǎn)生影響[1]。動(dòng)車組的功能實(shí)現(xiàn)依賴于電氣傳動(dòng)與控制，因此，電氣裝配尤為重要。本文對(duì)動(dòng)車組電氣裝配質(zhì)量進(jìn)行因素分析，確定影響裝配質(zhì)量的因素并提出改進(jìn)建議。本文采用的技術(shù)分析路線如圖1所示。

1 電氣裝配流程

動(dòng)車組電氣裝配需要在兩個(gè)車間進(jìn)行，下線車間根據(jù)圖紙要求剪線并運(yùn)送至裝配車間，裝配車間執(zhí)行布線、設(shè)備安裝、接線和絕緣耐壓試驗(yàn)4大流程[2]。實(shí)際情況調(diào)查表明，對(duì)電氣裝配質(zhì)量影響最大的操作難點(diǎn)是低壓箱端子排接線問題[3]。

圖1 動(dòng)車組電氣裝配質(zhì)量技術(shù)分析路線

2 低壓箱接線過程能力分析

現(xiàn)場調(diào)查動(dòng)車組電氣低壓箱30個(gè)。假設(shè)：每個(gè)低壓箱的端子排接線為465根，可接受容錯(cuò)率為1%，即每只低壓箱可接受的接錯(cuò)數(shù)為4根。根據(jù)以上假設(shè)及現(xiàn)場低壓箱實(shí)際接錯(cuò)數(shù)統(tǒng)計(jì)，低壓箱端子排接線過程能力指數(shù)的計(jì)算過程如下：

式中：

w——低壓箱數(shù)，取值30；

Gi——第i個(gè)低壓箱的實(shí)際接錯(cuò)數(shù)；

Gμ——低壓箱可接受的接錯(cuò)數(shù)，取值4；

GP——低壓箱端子排接線過程能力指數(shù)。

通過以上計(jì)算可知，低壓箱端子排接線過程能力較差，應(yīng)采取改進(jìn)措施。

3 低壓箱接線影響因素分析

通過以上分析可知，低壓箱端子排接線過程能力缺乏，需要對(duì)其進(jìn)行因素分析。利用質(zhì)量分析方法中的魚骨圖分析法[4]找出影響接線質(zhì)量的因素(見圖2)。

圖2 接線質(zhì)量魚骨分析圖

4 影響接線質(zhì)量因素評(píng)價(jià)

4.1 評(píng)價(jià)方法篩選

層次分析法主觀影響大，灰度分析法缺乏主觀因素之間的關(guān)系判斷[5]，故將層次分析法與灰度關(guān)聯(lián)分析法結(jié)合,以彌補(bǔ)兩種方法的不足。

4.2 灰度層次分析法

4.2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

目標(biāo)層為“提高接線質(zhì)量”，準(zhǔn)則層為“解決時(shí)間”“解決成本”“解決效率”。篩選后影響因素為9項(xiàng)，如圖3所示。

4.2.2 構(gòu)建判斷矩陣及一致性檢驗(yàn)

(1)構(gòu)建判斷矩陣。根據(jù)現(xiàn)場收集的數(shù)據(jù)，構(gòu)建判斷矩陣，逐個(gè)比較要素，按照從1到9的權(quán)重進(jìn)行賦值。依照?qǐng)D3進(jìn)行運(yùn)算，得到的準(zhǔn)則層判斷矩陣如表1所示。

判斷矩陣計(jì)算公式如下：

表1 接線質(zhì)量準(zhǔn)則層判斷矩陣

式中：

aij——第i行第j列的值；

m——判斷矩陣項(xiàng)數(shù)。

根據(jù)判斷矩陣公式計(jì)算λmax,從而進(jìn)行一致性檢驗(yàn),代入表1數(shù)據(jù)計(jì)算后所得結(jié)果如下：

W1=0.873 6，W2=0.464 2，W3=2.466 2；

W10=0.299 7，W20=0.122 0，W30=0.648 3;

A1=2.462 1，A2=1.392 4，A3=7.408 0；

λm1=3.003 8，λm2=2.999 6，λm3=3.003 8;

(2)一致性檢驗(yàn)。一致性檢驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算式為：

計(jì)算結(jié)果為：

IC=0.001 2 (m=3)

平均隨機(jī)一致性指標(biāo)IR=0.52(查表可得)

一致性比例RC=IC/IR=0.002 3<0.1

RC<0.1表示滿足一致性檢驗(yàn)。

4.2.3 確定準(zhǔn)則層權(quán)重及一致性檢驗(yàn)

(1)速度權(quán)重。由圖3可知，B1為“解決速度因素”，Ci為第i種影響因素的替代符號(hào)。從準(zhǔn)則層3個(gè)因素得出的9個(gè)影響因素的重要度排序如表2所示。

表2 影響因素在速度方面權(quán)重

由表2計(jì)算得出的速度方面權(quán)重為：0.217 6；0.060 5；0.281 1；0.162 3；0.078 1；0.044 7；0.034 3；0.087 1；0.034 3。一致性檢驗(yàn)結(jié)果如下：

λmax=9.999 3 (m=9)

IR=1.46(查表可得)，IC=0.124 9

RC=IC/IR=0.085 5<0.1

(2)成本權(quán)重。同理計(jì)算得出的成本權(quán)重為：0.208 1；0.082 1；0.154；0.058 8；0.114 5；0.042 7；0.031 9；0.283 8；0.024 1。一致性檢驗(yàn)結(jié)果如下：

λmax=9.224 9 (m=9)

IR=1.46(查表可得)，IC=0.028 1

RC=IC/IR=0.019 2<0.1

(3)效率權(quán)重。同理計(jì)算得出的效率權(quán)重為：0.207 7；0.116 7；0.025 5；0.278 3；0.044 4；0.034 5；0.083 6；0.153 8；0.06。一致性檢驗(yàn)結(jié)果如下：

λmax=9.268 7 (m=9)

IR=1.46(查表可得)，IC=0.033 6

RC=IC/IR=0.023<0.1

建立綜合評(píng)價(jià)模型，評(píng)價(jià)準(zhǔn)則有3個(gè)(m=3)，評(píng)價(jià)因素有9個(gè)(n=9)，接線效率特征矩陣為：

X={e1e2e3}={0.229 7 0.122 0 0.648 3}

4.2.5 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度

式中：

ρ——關(guān)聯(lián)指數(shù)。

(1)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

X1={0.354 3 0.531 1 1.000 0}

Tk1={0.217 6 0.208 1 0.207 7}

《創(chuàng)傷與急危重病醫(yī)學(xué)》雜志(國際標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號(hào)ISSN 2095-5561，中國標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)出版物號(hào)CN 21-1588/R)是由國家新聞出版總署批準(zhǔn)的公開出版物。本刊由沈陽軍區(qū)總醫(yī)院主管、主辦，以國內(nèi)外從事創(chuàng)傷與急危重病等相關(guān)學(xué)科的廣大臨床醫(yī)師為主要讀者和作者對(duì)象；以面向臨床，突出實(shí)用，注重傳播創(chuàng)傷與急危重病醫(yī)學(xué)最新研究進(jìn)展及臨床救治中難點(diǎn)、熱點(diǎn)的爭鳴討論為重點(diǎn)；以促進(jìn)和提高廣大臨床醫(yī)師救治水平為辦刊宗旨。本刊為ASPT來源期刊、中國期刊網(wǎng)來源期刊，由中國知網(wǎng)(www.cnki.net)、萬方數(shù)據(jù)(www.wanfangdata.com.cn)等全文收錄；具有較高的學(xué)術(shù)性、實(shí)用性及可讀性。

?

Tk9={0.034 3 0.024 1 0.060 0}

(2)求差序列

ΔTk1={0.136 7 0.323 0 0.792 3}

?

ΔTk9={0.320 0 0.507 0 0.940 0}

(3)兩級(jí)最大差和最小差

k1max=|XI(k)-Tk1(k)|=0.792 3

?

k9max=|XI(k)-Tk9(k)|=0.320 0;

k1min=|XI(k)-Tk1(k)|=0.792 3;

?

k9min=|XI(k)-Tk9(k)|=0.320 0

所以，Δmax=0.974 5,Δmin=0.073 2。

(4)灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)計(jì)算。ρ應(yīng)該在(0,1)內(nèi)部,ρ越小則越強(qiáng)，通常取0.5。

(5)灰色關(guān)聯(lián)度。灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果如表3所示。由表3可知：C4>C3>C1>C8>C5>C2>C6>C7>C9。

表3 灰色關(guān)聯(lián)度結(jié)果

5 改進(jìn)方法

以發(fā)明問題解決理論(TRIZ)[6]為指導(dǎo)，結(jié)合工業(yè)工程知識(shí)，提出低壓箱接線過程改善的解決方法。

5.1 接線工作臺(tái)改善

5.1.1 功能分析

接線工作臺(tái)功能分析模型如圖4所示。功能分析結(jié)果表明：座椅靠背對(duì)人作用不足；螺紋底座對(duì)螺紋桿作用不足；操作柜對(duì)圖紙作用不足。

圖4 接線工作臺(tái)功能分析模型圖

5.1.2 座椅改進(jìn)

(1)座椅高度：根據(jù)人體測量數(shù)據(jù)，座椅距底面的高度不應(yīng)低于40 cm，故應(yīng)增加腳踏板。

(2)座椅深度寬度：取第5百分?jǐn)?shù)的3/4，按照人體測量尺寸應(yīng)為350～400 mm，寬度不應(yīng)小于400 mm。

(3)靠背：當(dāng)前車間座椅采用中靠背，對(duì)腰椎沒有起到良好的支撐作用，應(yīng)采用全靠背設(shè)計(jì)；搖擺角度應(yīng)是 95°～110°；人體測量上半身(包含頭部)平均為690～700 mm,為保證頭部支撐，靠背部分與頭部總長設(shè)計(jì)為750 mm，脖子處適當(dāng)凸起，寬度方面取 410 mm。

(4)座椅面傾斜角：一般工作狀態(tài)時(shí)傾斜角設(shè)計(jì)為3°，休息為5°以上，因此，傾斜角設(shè)置在工作和休息之間的4°。

5.1.3 螺紋底座改進(jìn)

螺紋伸長存在物理矛盾。當(dāng)前采用的是嵌套方式[7]，采用液壓與氣壓原理也可以解決高度問題。座椅與底部接觸不牢產(chǎn)生晃動(dòng)，適當(dāng)增大螺紋接觸面積能夠有效的降低晃動(dòng)。加長螺紋旋進(jìn)長度，減小晃動(dòng)。氣壓缸會(huì)受到溫度與操作頻率的影響，從安全角度考慮，應(yīng)選擇螺紋連接。

5.1.4 操作柜改進(jìn)

(1)矛盾矩陣。希望支撐圖紙的操作柜能夠適應(yīng)圖紙不同的位置變化，但加大了操作柜結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，產(chǎn)生技術(shù)矛盾。查找矛盾矩陣其中氣壓與液壓原理和機(jī)械系統(tǒng)替代原理，可以改進(jìn)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高度轉(zhuǎn)換。

(2)物質(zhì)—場模型[8]。由圖5可見，場的作用力不足導(dǎo)致操作平臺(tái)對(duì)圖紙的支撐作用不足。通過采用一個(gè)容易控制的場代替一個(gè)不易控制的場[9]，即在當(dāng)前的圖紙和操作平臺(tái)間引入另一個(gè)更易于操作的物質(zhì)加強(qiáng)對(duì)圖紙的控制。

圖5 物質(zhì)—場模型圖

利用特性轉(zhuǎn)移方法，考慮與當(dāng)前系統(tǒng)有同樣要求的學(xué)生書桌及置書架，可將其結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移至操作柜上。操作柜結(jié)構(gòu)采用鋁合金或不銹鋼材質(zhì)，用螺紋連接，結(jié)構(gòu)簡單容易實(shí)現(xiàn)。連桿機(jī)構(gòu)控制操作平面升高時(shí)，當(dāng)?shù)蛪合湮恢迷趥?cè)面且較低時(shí)，平臺(tái)會(huì)與低壓箱碰撞。由于操作平面的高度和角度的調(diào)節(jié)不靈活，因此采用夾具改善使之更便捷有效。

5.2 剪線長度

電線從扎線桿接入端子口時(shí)，接線箱空間狹小電線數(shù)量多，排列整齊有助于防止電線纏繞，便于后期檢查。剪線長度不固定。

5.2.1 技術(shù)矛盾

接線過程中電線的預(yù)留長度相似，這有助于改善接線箱復(fù)雜性，但是會(huì)讓操作過程變復(fù)雜。通過查找矛盾矩陣加以解決[8]。

5.2.2 解決方案

將多余的電線剪至恰當(dāng)長度，以此為衡量標(biāo)準(zhǔn)，可減少操作者考慮時(shí)間，且沒有增加額外成本。

5.3 規(guī)定休息時(shí)間

5.3.1 計(jì)算能耗量

假設(shè)：人體身高為1.7 m，體重70 kg，基礎(chǔ)代謝平均值為157.5 kJ/(m2·h)，能量代謝率為3.5，最多連續(xù)工作4 h。計(jì)算得出，仰視情況下平均能耗為21.96 kJ/min，平視情況下平均能耗為19.63 kJ/min。

5.3.2 計(jì)算休息時(shí)間

假設(shè)同前，計(jì)算得出：仰視情況下工作19.3 min后應(yīng)休息6 min，平視情況下工作35 min后應(yīng)休息6 min，并可適當(dāng)調(diào)整。

6 結(jié)論

本文通過分析電氣裝配流程，確定了低壓箱接線過程是薄弱環(huán)節(jié)；通過分析接線環(huán)節(jié)的過程能力，進(jìn)行了過程能力判斷；通過魚骨圖找到了影響接線質(zhì)量的因素。利用層次與灰度分析相結(jié)合的方法對(duì)影響接線質(zhì)量因素進(jìn)行了重要度排序，運(yùn)用TRIZ理論與工業(yè)工程相結(jié)合方法解決了問題。

本文得出了可以解決過程質(zhì)量問題的通用方法：第一步，明確具體操作流程，根據(jù)實(shí)際情況找到問題環(huán)節(jié)；第二步，找出問題環(huán)節(jié)中對(duì)質(zhì)量影響最大的操作過程，對(duì)其進(jìn)行過程能力分析，判斷是否需要改進(jìn)，如需改進(jìn)則執(zhí)行第三步；第三步，搜集質(zhì)量數(shù)據(jù)，使用質(zhì)量分析工具得出影響質(zhì)量的因素；第四步，根據(jù)需求使用評(píng)價(jià)方法對(duì)質(zhì)量因素進(jìn)行排列，得出解決問題的優(yōu)先順序；第五步，運(yùn)用TRIZ理論與工業(yè)工程方法提出解決問題的措施。