變速箱螺栓力矩的測量系統(tǒng)分析研究

羅 陽

（陜西法士特汽車傳動集團有限公司，陜兩 寶雞 722409）

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變速箱螺栓力矩的測量系統(tǒng)分析研究

羅 陽

（陜西法士特汽車傳動集團有限公司，陜兩 寶雞 722409）

摘 要：測量系統(tǒng)分析是質(zhì)量改進過程中的重要工具。文章根據(jù)不可重復測量系統(tǒng)分析的特點，利用Minitab工具利用嵌套(Nested)方差分析技術(shù)，介紹了某變速箱軸承蓋螺栓力矩的重復性和再現(xiàn)性分析方法，并對Minitab生成的圖形和會話窗口進行了分析和說明，為變速箱質(zhì)量改進提供了幫助。

關(guān)鍵詞：測量系統(tǒng)分析； Minitab軟件；嵌套；螺栓力矩

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.009

CLC NO.: U467.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-24-02

1、問題的提出

測量系統(tǒng)分析(MSA，Measurement System Analysis)是指用統(tǒng)計學的方法來了解測量系統(tǒng)中的各個波動源，以及它們對測量結(jié)果的影響程度，最后給出本測量系統(tǒng)是否合乎使用要求的明確判斷[1]。通常利用分辨力、偏倚、穩(wěn)定性、線性、重復性和再現(xiàn)性等評價測量系統(tǒng)的優(yōu)劣[2]。測量系統(tǒng)根據(jù)實驗方式不同可分為非破壞性和不可重復系統(tǒng)，兩者之間的分析方法有很大差異[3]。對于不可重復測量系統(tǒng)常用的方法是認為同批次內(nèi)樣件的差異小到可以忽略不計，采用同一批次中的多個樣件當作單個樣件來用。但是作者在實際生產(chǎn)中遇到在試制或小批量生產(chǎn)的情況，無法獲得足夠測量數(shù)據(jù)。針對此問題，本文借助Minitab工具利用嵌套(Nested)方差分析技術(shù)進行變速箱軸承蓋螺栓力矩的重復性和再現(xiàn)性分析。

2、測量系統(tǒng)分析原理

測量系統(tǒng)的波動主要在精度方面，即測量系統(tǒng)的重復性和再現(xiàn)性(R&R)[4]，在標準的量具R&R研究中，通常進行某種假設：在同一批次中，測量的每個零件的質(zhì)量特性是相同的，即批次的同質(zhì)性。當同一批次樣本規(guī)模足夠大，每個操作者能從每個批次中獲得足夠樣本時，可以用對同一批次中不同零件的測量替代對同一零件的重復測量；當樣本的規(guī)模較小，每個操作者不能從同一批次測量多個樣本時，可以選擇采用嵌套的試驗設計方法。結(jié)合Minitab嵌套(nested)進行結(jié)構(gòu)分析，很容易得到方差分析表，通過方差分析可以得到不可重復測量系統(tǒng)各種波動源方差的構(gòu)成，從而對量具R&R進行分析。

表1　方差成分分析

3、實驗設計

為了對某型號變速箱螺栓軸承蓋螺栓力矩的測量系統(tǒng)進行分析，試驗者隨機選取3個操作者，每個操作者隨機選取4批產(chǎn)品，每批產(chǎn)品中可以選取4個樣本進行測量，這樣，每個操作者可以獲得16個測量值，共得到48個測量值。測量結(jié)果見表2。

表2　擰緊力矩檢測數(shù)據(jù)　單位：Nm

應用Minitab軟件，將表2數(shù)據(jù)錄入Minitab，進行下列操作：Stat→Quality→GageStudy→GageR&RStudy(nested)，可得到表3所示結(jié)果。

表3　標準差分析表

評價測量系統(tǒng)能力的方法通常用測量系統(tǒng)的波動R&R與總波動之比來度量，通常記為P／TV；當P／TV≤10%時，表明測量系統(tǒng)是有能力的；當P／TV≤30%時，測量系統(tǒng)能力處于臨界狀態(tài),需根據(jù)測量對象的重要性而定；當P／TV>30%時，說明測量系統(tǒng)本身的波動過大，測量系統(tǒng)須改進[5]；從表3中的結(jié)果可以看出合計量具的R&R研究變異為16.15%，該測量系統(tǒng)的能力良好，重復性與再現(xiàn)性的波動都較小，部件間波動為98.69%，所以系統(tǒng)主要的波動源是由于試樣間的差異所致，這表明盡管測量系統(tǒng)需要改進，但每個操作者仍能夠區(qū)分不同批次間的差異。

表4　嵌套的方差分析表

表5　方差成分分析

分析表4可得：操作者的效應在顯著性水平d=0.05下是不顯著的，因此認為操作者自身之間的差異不顯著；結(jié)合表4、5可看出量具的重復性大于再現(xiàn)性，且操作者問沒有顯著的差異，部件間的方差占比例最大，表明試樣問的差異引起的波動最顯著；在不可重復量具R&R的研究中，重復性估計實際上包含了同一試樣內(nèi)的波動，這意味著在某種程度上，可能過高地估計了重復性，但由于試樣間的波動遠大于重復性和再現(xiàn)性，說明同一試樣的樣本比不同試樣的樣本更具有同質(zhì)性。從圖1中R圖可見，每個批次內(nèi)的波動是相對穩(wěn)定的；在X圖中，批次平均值的變化超過控制限，說明批次之間存在明顯差異，所以X圖可以用于探測批次之間的差異。

圖1

4、結(jié)論

通過對螺栓擰緊力矩測量系統(tǒng)采用嵌套的實驗設計方案分析，可看出樣本間的波動最顯著,從而為質(zhì)量改進提供支持。隨著TSl6949體系在汽車制造業(yè)中的普及運行，測量系統(tǒng)分析的研究也越來越深戰(zhàn)，只有合理運用分析工具，并與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能找出解決問題的新思路、新方法。

參考文獻

[1] 馬林,何楨.六西格瑪管理[M].北京:中國人民大學出版社,2007:166-183.

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[3] 冷雅莉．實驗室測量系統(tǒng)分析實施要點[J]．現(xiàn)代測量與實驗室管理,2011,(5)：48—49.

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[5] 唐中一,俞磊．測量系統(tǒng)分析(MSA)及其軟件設計 [J].測控技術(shù),2007,(23)：126-127.

中圖分類號：U467.4

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2016)04-24-02

作者簡介：羅陽，助理工程師，就職于陜西法士特汽車傳動集團有限公司。研究方向為檢測技術(shù)、測量過程控制、測量系統(tǒng)分析。

Study on Measurement System Analysis in Bolt Torque of Transmission

Luo Yang
( Shaanxi Fast Automotive Transmission Group Co., Ltd., Shaanxi Baoji 722409 )

Abstract:Measurement system analysis is an important tool in the process of quality improvement. According to the characteristics of non repeatable measurement system, Using Minitab tools to analyze the variance of Nested, The repeatability and reproducibility analysis method of torque of bearing cover bolt of transmission is introduced in this paper. Introduced and analysed the graph and session window of Minitab, and provided a reference for improving the quality of transmission.

Keywords:MSA; Minitab software; Bolt torque; Nested