國六發動機多維度在線檢測計量確認方法的研究

【摘要】本文針對國六發動機在線檢測領域缺乏量值溯源的難題，開發多維度在線檢測確認方法，實現國六非標測量設備通過連續的比較鏈與國際或國家測量標準聯系起來，解決了國六發動機在線檢測領域缺乏量值溯源的難題，確保國六在線計量設備量值溯源評價確認。

【關鍵詞】國六發動機；多維度；在線檢測

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.05.033

Research on Multidimensional Online Detection and Measurement Verification Method for National StageⅥEngines

AN Qiang，WANG Zhihui

（Guangxi Research Institute of Metrology & Test， Nanning 530007， China）

Abstract： In response to the challenge of lacking traceability of measurement values in the field of online detection for National StageⅥengines， a multidimensional online detection verification method has been developed. This method enables National StageⅥnonstandard measurement equipment to be linked to international or national measurement standards through a continuous comparison chain. It addresses the issue of traceability of measurement values in the online detection field for National StageⅥengines， ensuring the evaluation and confirmation of traceability for National StageⅥonline measurement equipment.

Keywords： national stageⅥengine； multidimensional； online detection

隨著全球對環境保護的日益重視，各國紛紛出臺了更為嚴格的汽車排放標準。在中國，國家六號排放標準（簡稱“國六”）的實施標志著對汽車排氣排放物控制的更高要求。這一政策的實施不僅對汽車制造商提出了新的挑戰，也對相關的檢測技術和設備提出了更高的精度和可靠性要求。特別是在國六發動機精加工線上，發動機的在線檢測技術尤為關鍵，以確保生產出的發動機能夠滿足嚴格的排放標準。然而，目前我國在國六發動機在線檢測領域面臨著量值溯源的難題，這直接影響到檢測數據的準確性和可靠性。為了應對這一挑戰，本文提出了一種多維度在線檢測確認方法，旨在提升國六發動機在線檢測設備的精度和量值溯源能力，以滿足國家政策的要求。

以某企業國六發動機精加工線為例，國六精加工線與國際先進設備供應商合作開發全自動加工設備線，實現數字化的檢測，但國六加工線的SPC在線測量設備屬于非標設備，目前國家或行業還沒有相應的檢定校準技術標準，無法委托第三方檢測機構進行確認。尤其是排放標準器需返回歐美進行計量溯源，每年需耗費400萬元以上且需歷時半年。因此，我國自主在線檢測技術的研發刻不容緩。

國六發動機生產企業按照在線測量設備的布點和工藝精度，結合了計量溯源和國際通用的測量系統分析、設備比對等相關要求，遵循測量設備（量儀）的分辨率達到被測公差要求的1/20的原則，開發出多維度計量確認方法，分別從標準件/器的計量校準（量值溯源）、%R&R評定（MSA的重復性和再現性評定）、Cgk評定（測量能力指數評定）、線性比對（與標準設備三坐標機的結果比對），四個維度評價方法對設備測量精度進行確認，見圖1；同時將確認方法輸入到計算機控制系統中，由系統根據測量設備判異規則，自動開展計量校準。

1標準件溯源的方法

標準件溯源是一種關鍵的質量控制手段，它確保了工業生產中使用的測量設備能夠提供準確可靠的數據。這個過程涉及將標準件（如量塊、量規、校準環等）送至具有高精度的計量設備進行校準和驗證。在現代工業測量中，三坐標測量機是一種常用的高精度測量設備，它能夠對工件的尺寸、形狀和位置進行精確測量。坐標精度達到0.5μm。在溯源過程中，不同類型的測量設備可能需要不同類型的標準件。例如，用于校準測量機（如凸輪軸孔、主軸孔、缸孔測量機）的整體式校對標準件通常需要提供兩個，一個代表最大值，另一個代表最小值。對于其他類型的測量傳感器，如接觸式或非接觸式傳感器，可能需要提供更多的校對標準件，通常是最大值和最小值各兩個，這樣既可以用于日常使用，也可以作為備用。這種做法確保了在任何時候，測量設備都能夠提供一致且可靠的測量結果。

溯源過程不僅包括校準操作，還包括對校準結果的記錄和分析。這些數據會被記錄在溯源證書或校準報告中，以證明測量設備的準確性和可靠性，它們是產品質量保證和符合國際標準的重要依據。

2測量能力指數Cgk方法

測量能力指數Cgk是一種衡量測量系統性能的統計工具，它用于評估在實際生產條件下，測量系統重復測量同一零件的能力。Cgk指數是通過對同一零件進行多次測量，然后分析這些測量數據的變異性來計算得出的。這種方法可以幫助制造企業了解他們的測量系統在生產環境中的表現，以及是否能夠滿足質量控制的要求。

在進行Cgk評估時，首先需要選擇一個經過校準的標準件，這個標準件的尺寸應該與被測零件的尺寸相匹配。然后將這個標準件放置在測量設備上，并進行50次連續的測量。每次測量之間，零件需要重新定位和裝夾，以模擬實際生產中零件的更換過程。重要的是，在整個測量過程中，不允許對測量設備進行任何調整或校準，以確保評估是在沒有任何干預的情況下測量系統的真實性能。

在每次測量后，收集的數據將被用來計算測量系統的變異性。為了確保評估的準確性，評價標準在表1中詳細列出，包括公差范圍要求和Cgk接收標準。這些標準有助于確保評估過程的一致性和可重復性，從而使得Cgk指數成為一個可靠的衡量工具。通過這種方法，企業可以有效地監控和改進他們的測量系統，以確保產品質量符合設計和客戶的要求。

3測量系統（線性）比對評定方法

測量系統（線性）比對評定方法是一種用于評估量具或測量設備在實際使用條件下性能的標準化過程。其目的是確保測量結果的準確性和一致性，以便在生產和質量控制過程中做出可靠的決策。

在進行比對評定時，首先需要準備2到5個校準件作為樣本。這些校準件的規格應該覆蓋被評價量具的整個工作量程，以確保評定結果的全面性。例如，如果校準件用于測量長度，那么校準件應該包括從最小測量范圍到最大測量范圍的多個尺寸。

接下來，對每個校準件進行12次獨立的測量。每次測量都需要重新定位和裝夾校準件，以模擬實際生產環境中的測量過程。在這個過程中，不得對校準件進行任何形式的調整或校準，以保證評定的是在未經干預的自然狀態下校準件的性能。

測量完成后，收集的數據將與標準值進行比較。標準值通常由第三方檢定機構或用戶計量室出具的數據確定，這些數據被認為是準確的參考值。通過計算測量值與真值之間的偏差，可以評估校準件的準確性。偏差的計算可以采用多種統計方法，如平均偏差、標準差等。

為了評價校準件的性能，需要將測量結果與預設的評價標準進行比較。評價標準在表2中列出，包括公差范圍和（線性）比對評價標準。如果測量結果在這些標準范圍內，那么可以認為校準件的性能是可接受的。如果超出了這些標準，可能需要對校準件進行校準、維修或更換。

4%R&R評定的方法

%R&R（重復性和再現性）評定是一種用于評估測量系統性能的方法，它通過測量同一樣本在相同條件下的多次測量結果的一致性來確定測量系統的可靠性。這種評定對于確保產品質量控制過程中測量數據的準確性和一致性至關重要。

在進行%R&R評定時，首先需要準備10個樣本。這些樣本應該能夠代表實際生產中的工件，并且它們的尺寸應該覆蓋工作量程。這樣做可以確保評定結果能夠全面反映工件在不同尺寸范圍內的性能。接下來，對每個樣本進行3次測量。為了保證測量的一致性，每次測量都需要重新定位和裝夾樣本。這個過程中，樣本不得進行任何調整或校準，在完成所有測量后，收集的數據將用于計算重復性和再現性的百分比。重復性（%R）是指在相同條件下，由同一操作員使用同一量具對同一樣本進行多次測量所得結果的一致性。再現性（%R）則是指在不同條件下（例如，不同的操作員、不同的量具或不同的測量環境）對同一樣本進行測量所得結果的一致性。

評價標準在表3中列出，包括公差范圍、非形位公差項目評價標準和形位公差項目評價標準。如果測量結果符合表3中的標準，那么可以認為測量系統具有良好的重復性和再現性。如果不符合，可能需要進行進一步的校準或改進操作流程。通過%R&R評定，企業可以有效地評估和監控其測量系統的穩定性和可靠性，從而確保產品質量控制的有效性。

第三方計量機構與企業聯合開展現場方案驗證。只有校準件經計量校準合格、測量能力指數Cgk可接受、測量系統分析% R&R可接受、測量系統比對可接受，則測量設備校準合格，見圖2；輸出企業標準《國六精加工線SPC檢測設備校準規范》。

5結束語

本文提出的多維度在線檢測確認方法，不僅解決了國六發動機在線檢測設備在量值溯源方面的難題，而且為我國自主在線檢測技術的發展提供了有力支持，實現了數字化檢測，這對于提升我國汽車制造業的整體競爭力具有重要意義。此外，該方法的實施有助于減少對國外檢測技術的依賴，降低成本，縮短檢測周期，從而更好地適應國家政策導向和市場需求。展望未來，我們將繼續優化這一方法，探索更多高效、低成本的量值溯源途徑，以確保國六發動機在線檢測技術的持續進步，為我國汽車工業的綠色發展和可持續發展做出更大貢獻。

【參考文獻】

[1]通用計量術語及定義：JJF 1001—2011[S].

[2]董雙財.測量系統分析：理論方法和應用[M].北京：中國計量出版社，2006.

【作者簡介】

安強，男，1967年出生，高級工程師，學士，研究方向為計量檢定。王智慧，男，1984年出生，高級工程師，碩士，研究方向為計量檢定。

（編輯：李鈺雙）