SPC 試驗(yàn)設(shè)計(jì)在改善鐵道車輛緩解速度 過程中的探索

張興川 劉元森 楊德勝

（成都鐵路局集團(tuán)公司重慶西車輛段， 重慶）

0 引言

隨著近幾年我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)主要矛盾的轉(zhuǎn)變，總公司對鐵道車輛的運(yùn)行品質(zhì)和運(yùn)行效率也提出了更進(jìn)一步的要求，圖1 為我段

圖1 車輛緩解時(shí)間均值控制圖

檢修車輛緩解時(shí)間的控制圖，從圖上可以看出我段檢修車輛的緩解性能較低，還有很大的改善空間，并且車輛緩解時(shí)間越短一方面能說明車輛的整體性和車輛的運(yùn)行品質(zhì)越佳；一方面能縮短整列車輛在各作業(yè)場的停留時(shí)間和運(yùn)行過程中制動(dòng)緩解時(shí)間，減少整列車輛整趟運(yùn)行的時(shí)長，提升運(yùn)輸效率。SPC 中的DOE 試驗(yàn)設(shè)計(jì)是數(shù)理統(tǒng)計(jì)為根基，將試驗(yàn)科學(xué)合理化得一項(xiàng)技術(shù)，具有減少成本、縮短產(chǎn)品試驗(yàn)周期、降低產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的特點(diǎn)[2]。本項(xiàng)目主要通過DOE 試驗(yàn)找出了影響鐵道車輛緩解時(shí)間的顯著因素，為提升鐵道車輛整體緩解性能提供了可靠的理論依據(jù)。

2 SPC 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

DOE 試驗(yàn)設(shè)計(jì)是根據(jù)最好工藝結(jié)果的要求，設(shè)計(jì)一組試驗(yàn)次數(shù)較少的工藝試驗(yàn)，通過對設(shè)計(jì)試驗(yàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立能反應(yīng)生產(chǎn)工藝結(jié)果和工藝輸入條件間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)模型，從而確定能實(shí)現(xiàn)期望工藝結(jié)果的最優(yōu)工藝條件，DOE試驗(yàn)設(shè)計(jì)基本可分為DOE 的問題描述和分析、輸入變量因子和水平的確定、試驗(yàn)方案的確定和執(zhí)行、試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析、建立工藝模型優(yōu)化生產(chǎn)工藝的條件等步驟，其憑借可以減小試驗(yàn)規(guī)模、縮短試驗(yàn)周期、降低試驗(yàn)成本、結(jié)論科學(xué)等優(yōu)勢，在增加工藝生產(chǎn)水平、提升生產(chǎn)過程的成品率、改善工藝性能、工藝開發(fā)等諸多方面起著非常重要的作用[2]。

3 車輛緩解時(shí)間的DOE 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 車輛緩解時(shí)間影響因素分析

3.1.1、因子查找

本試驗(yàn)將車輛在緩解感度試驗(yàn)時(shí)的緩解時(shí)間作為車輛的緩解時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使用魚骨圖從人機(jī)料法環(huán)等方面分析了影響輸出響應(yīng)的因子，詳細(xì)情況如圖2所示，共找出了16 個(gè)影響車輛緩解時(shí)間的因子，但所找出的因子并不全都是影響車輛緩解時(shí)間的重要因子，因此還需通過因果矩陣進(jìn)一步的篩選出關(guān)鍵因子。

圖2 影響車輛緩解時(shí)間因子分析圖

3.1.2、因果矩陣篩選

結(jié)合車輛檢修實(shí)際情況和相關(guān)的理論依據(jù)，對圖2 篩選出的因子進(jìn)行打分篩選， 依據(jù)輕微影響（1 分）、一般影響（3 分）、重要影響（9 分）的準(zhǔn)則，對上述的因子進(jìn)行評價(jià)，詳情如表1 所示。

表格1 車輛緩解時(shí)間的因果矩陣篩選評價(jià)表

通過上述的評分，可看出傳感閥性能、限壓閥性能、制動(dòng)缸尺寸是影響車輛緩解時(shí)間的重要因子，而在車輛檢修過程中，車輛的制動(dòng)缸尺寸不能改變，因此可確定傳感閥、限壓閥的性能是影響車輛緩解時(shí)間的關(guān)鍵性因素。

3.2 改善車輛緩解時(shí)間的方案

傳感閥、限壓閥的性能是本試驗(yàn)的因子，現(xiàn)車單車緩解感度試驗(yàn)時(shí)的緩解時(shí)間是響應(yīng)，而傳感閥、限壓閥的性能不同其在試驗(yàn)臺(tái)上的緩解時(shí)間也不同，因此本試驗(yàn)將傳感閥、限壓閥在試驗(yàn)臺(tái)上空車位的緩解時(shí)間作為因子的水平，因子的高水平和低水平分別取試驗(yàn)臺(tái)上空車位的最小和最大的緩解時(shí)間值。而我段檢修的限壓閥在試驗(yàn)臺(tái)上空車位的緩解時(shí)間都在2s-4s 之間，限壓閥的緩解時(shí)間只有2s、3s、4s 三種情況，并且緩解時(shí)間都比較靠前，說明限壓閥的緩解性能比較優(yōu)越，因此本試驗(yàn)可以忽略限壓閥對車輛緩解時(shí)間的影響，只驗(yàn)證傳感閥的緩解性能是否對車輛的緩解時(shí)間具有顯著性的影響，具體的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案和試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2、3 所示。

表格2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

表格3 試驗(yàn)采集數(shù)據(jù)

39.22 33.43 43.00 38.00 37.31 35.87 41.50 38.34 35.98 40.76 38.00 40.90 38.23 39.98 40.37 41.22 35.65 40.22 41.85 35.87 40.96 38.55 36.85 33.84 41.50 36.09 40.06 41.41 38.98 40.95 41.59 34.88 40.65 36.06 36.47 41.11 37.35 36.29 40.82 39.20 35.20 41.02 41.98 36.11 41.23

3.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

3.3.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

1、試驗(yàn)數(shù)據(jù)箱線圖分析

對采集到的編組1、2、3 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用箱線圖檢測是否存在異常值，結(jié)果如圖3 所示，從圖中可看出編組3 采集到的數(shù)據(jù)存在異常值，將異常值剔除，編組3 刪除異常值后的箱線圖如圖4 所示，整組數(shù)據(jù)無異常，可進(jìn)行一下步的數(shù)據(jù)處理。

2、數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗(yàn)

在對數(shù)據(jù)進(jìn)行最終方差分析判斷因子是否對響應(yīng)有顯著性影響前，需驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)三個(gè)條件：①在各水平下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)需服從正態(tài)分布②在不同水平下的方差偏差一致性③采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)相互獨(dú)立。而本試驗(yàn)在相同的條件下進(jìn)行且試驗(yàn)的次序是隨機(jī)化的，因此方

差一致性和數(shù)據(jù)的相互獨(dú)立的條件能得到滿足，只需對數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)

圖3 編組1、2、3 的箱線圖

圖4 編組3 刪除異常數(shù)據(jù)后的箱線圖

性校驗(yàn)即可。圖5 為編組1、2、3 的概率圖，從圖中可看出3 組試驗(yàn)條件下采集到的數(shù)據(jù)都符合正態(tài)分布（p 值＞0.05），方差分析的三個(gè)基本假設(shè)得到滿足，接下來可以通過方差分析進(jìn)行影響因子的顯著性判斷。

圖5 編組1、2、3 的概率圖

方差分析的三個(gè)基本假設(shè)得到滿足可以進(jìn)行通過方差分析進(jìn)行影響因子的顯著性判斷。

3.3.2 方差分析

在試驗(yàn)過程中存在系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差等兩類波動(dòng)，而方差分析就是將上述兩種波動(dòng)的影響進(jìn)行區(qū)分[2]。本試驗(yàn)為單因子試驗(yàn)，需采用以下方差分析公式進(jìn)行計(jì)算統(tǒng)計(jì)量F 來進(jìn)行原假設(shè)檢驗(yàn)，以此判斷緩解閥性能對車輛緩解時(shí)間是否具有顯著性影響。

其中：m-因子選取的水平個(gè)數(shù) n-每個(gè)水平重復(fù)的次數(shù)

Q-各組數(shù)據(jù)之和的平方除以本組數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)之后在求和

通過上述公式計(jì)算得到的各個(gè)值如表4 所示。

表格4 傳感閥的方差分析表

3.4、方差分析結(jié)論

根據(jù)上述公式可得統(tǒng)計(jì)量FA=34.78＞F（2，47，0.05）=3.195，說明傳感閥性能對車輛制動(dòng)緩解時(shí)間具有顯著影響。

3.5 結(jié)論和下一步建議

1、傳感閥性能對車輛緩解時(shí)間具有顯著性影響，因此可以通過改善傳感閥的性能來提高鐵道車輛的緩解性能。

2、探討傳感閥緩解性能和車輛緩解性能的函數(shù)相關(guān)性。

3、在實(shí)際生產(chǎn)過程中驗(yàn)證傳感閥緩解性能對車輛緩解性能的顯著性影響。