PDCA循環(huán)法在模擬量調(diào)理模塊精度控制中的應(yīng)用

鄧玉嬌，王庭兵，陳蘭英，呂 滔

（中國核動力研究設(shè)計院 核反應(yīng)堆系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)重點實驗室，成都 610213）

0 引言

隨著DCS 控制系統(tǒng)在核電應(yīng)用中的發(fā)展，對DCS 系統(tǒng)的安全性和可靠性的要求也越來越高。DCS 系統(tǒng)的現(xiàn)場端采用的模擬儀表變送器單元，將現(xiàn)場信號以模擬量的形式輸入系統(tǒng)進行數(shù)字化處理[1]。本文介紹的是現(xiàn)場端變送器單元——模擬量調(diào)理模塊，該模塊輸入采集類型和輸出類型均是4mA ～20mA 的電流信號，主要對模擬信號進行隔離分配。在工業(yè)領(lǐng)域?qū)ζ渚纫蟾撸以撃K易受溫度影響。要保證模擬量調(diào)理模塊精度質(zhì)量，就必須加強該模塊在各環(huán)節(jié)的動態(tài)控制。

本文介紹了PDCA 循環(huán)，通過對PDCA 循環(huán)管理模式進行闡述，從而引入PDCA 循環(huán)質(zhì)量管理在模擬量調(diào)理模塊精度控制中的應(yīng)用。

1 PDCA循環(huán)法概述

PDCA 循環(huán)法是美國著名管理專家戴明博士最早提出的，所以又稱為戴明環(huán)。PDCA 循環(huán)法是改善過程質(zhì)量的重要方法，分別是：計劃、執(zhí)行、檢查、處理，以此為基礎(chǔ)形成了一個質(zhì)量管理循環(huán)過程。針對循環(huán)過程中存在的問題，明確問題出現(xiàn)的原因，將其視為之后循環(huán)中需要解決的目標，保證問題在新的循環(huán)中得到有效解決。它們不斷循環(huán)、上升，并持續(xù)改進。目前，PDCA 循環(huán)已經(jīng)成為各企事業(yè)單位一種非常重要的管理思想和方法[2]。

2 PDCA循環(huán)在模擬量調(diào)理模塊精度控制中的應(yīng)用

2.1 模擬量調(diào)理模塊精度控制流程

模塊精度控制流程大體分為3 個環(huán)節(jié)：生產(chǎn)環(huán)節(jié)、檢驗環(huán)節(jié)、工程環(huán)節(jié)。

2.1.1 生產(chǎn)環(huán)節(jié)

按照相關(guān)作業(yè)指導(dǎo)書的要求開展模塊校準工作，校準前需預(yù)熱10min，使用定制的校準工裝和校驗儀對8 個通道依次進行校準，所有通道校準完成后，將模塊重新上電，設(shè)置校驗儀分別輸出4mA 和20mA，觀察測量端是否在精度范圍內(nèi)，若通道有異常，可重新進行該通道校準。

按照上述要求校準好模塊后，經(jīng)流轉(zhuǎn)到檢驗環(huán)節(jié)。

2.1.2 檢驗環(huán)節(jié)

此檢驗環(huán)節(jié)主要進行模塊的功能測試，功能測試能檢測模塊的通道精度是否達到預(yù)期要求，以實現(xiàn)校準后的精度可靠性檢查，測試結(jié)果達到精度要求后才送往工程進行測試。

功能測試是使用定制產(chǎn)品NASBENCHII 進行的，根據(jù)模塊的不同特性對模塊進行不同功能的測試。以模擬量調(diào)理模塊為例，是對校準的8 個通道進行測試，判斷精度是否符合要求。若超量程，在界面測試信息中將該超精度通道標紅處理，并在測試結(jié)果中顯示不合格；若精度合格，在測試結(jié)果中顯示合格。

功能測試合格后的模塊移交到工程測試。

2.1.3 工程環(huán)節(jié)

模塊精度測試主要是在單體測試環(huán)節(jié)進行，旨在驗證機柜電氣性能是否滿足設(shè)計要求。

圖1 各環(huán)節(jié)精度控制流程圖Fig.1 Flow chart of precision control of each link

表1 模塊校準方法調(diào)整后的問題總結(jié)Table 1 Summary of problems after module calibration method adjustment

使用校驗儀給機柜的測試端子注入如20mA 電流信號，使用校驗儀在輸出端子上讀取電流值，并計算此模塊的采集精度，精度要求為±2‰。

3 個環(huán)節(jié)的流程圖如圖1 所示。

2.2 問題現(xiàn)狀

生產(chǎn)環(huán)節(jié)按照相關(guān)作業(yè)指導(dǎo)書的要求進行該模塊校準工作，根據(jù)后端檢驗環(huán)節(jié)和工程環(huán)節(jié)反饋進行校準方法調(diào)整，表1 是問題總結(jié)。

從上述調(diào)整可以看出，單純地進行模塊精度校準方法的改善，已不能完全覆蓋該模塊精度控制，此時的模塊精度控制流程一時間陷入反復(fù)校準、反復(fù)超精度的死循環(huán)。

2.3 目標確定

根據(jù)現(xiàn)狀調(diào)查分析，從提高模塊精度通過率為突破點，設(shè)定本次論文的目標：實現(xiàn)模擬量調(diào)理模塊校準完成后，在檢驗環(huán)節(jié)和工程環(huán)節(jié)精度合格率為100%。

2.4 原因分析和確認

2.4.1 原因分析

模塊校準、檢驗、測試在3 個不同的環(huán)節(jié)進行，操作人員不同、使用儀器不同、環(huán)境溫度不同等都是可能導(dǎo)致模塊測量值不同的原因。從人、機、料、法、環(huán)五方面進行原因分析，得出以下可能因素：

1）人員技能水平不均衡。

2）儀器誤差。

3）校準方法誤差。

4）檢驗設(shè)備未預(yù)熱。

5）模塊精度控制工序不合理。

6）作業(yè)流程不規(guī)范。

7）溫濕度不適宜。

2.4.2 原因確認

針對以上7 個原因，采用統(tǒng)計分析，測量數(shù)據(jù)對比，現(xiàn)場實踐操作，現(xiàn)場環(huán)境試驗，觀察操作手法等手段，對原因進行逐一分析和確認。

1）人員技能水平不均衡

模塊校準、檢驗、測試3 個環(huán)節(jié)的所有操作人員均具備崗位要求的相應(yīng)資質(zhì)，各員工對所負責(zé)的環(huán)節(jié)都較為熟悉，能夠獨立地在相應(yīng)指導(dǎo)書和工作文件的指導(dǎo)下完成工作任務(wù)，人員技能水平差距小，對整個模塊精度控制影響較小。此項為非要因。

2）儀器誤差

模塊在生產(chǎn)校準環(huán)節(jié)和工程測試環(huán)節(jié)均使用相同型號的儀器，并使用校驗儀進行輸出、測量。校驗儀均是定期經(jīng)過第三方檢驗合格的計量器具。而功能測試環(huán)節(jié)，使用的是NI 公司的仿真模擬模塊，也是定期進行第三方檢驗合格的計量設(shè)備。因此，三者使用的儀器都滿足要求。此項為非要因。

3）校準方法誤差

從上述問題分析可以看出，校準方法的不同對模塊精度影響還是比較大的。校準方法的調(diào)整后，從后端得到的反饋來看，校準值都是按照20mA 或者20.015mA 進行校準的，未根據(jù)器件的差異性進行合理地調(diào)整，上述3 種校準方式都有些許不合理之處，導(dǎo)致校準后的測量值存在偏差。根據(jù)經(jīng)驗所得：由于器件固有差異，通道預(yù)熱后存在上偏、下偏、變化較小3 種變化趨勢，前期校準的模塊基本是一個批次生產(chǎn)的，器件的變化趨勢只有朝下偏移這一種，導(dǎo)致工作人員的固有認知判斷錯誤——把校準值全部往上校準。隨著生產(chǎn)的模塊越來越多，規(guī)律性也逐漸找出。如果未根據(jù)器件變化趨勢進行校準，嚴格按照20mA 或者20.015mA 進行，在遇到往上偏移的模塊時，便會出現(xiàn)：后續(xù)測量往上超精度。此為影響模塊精度的要因。

4）檢驗設(shè)備未預(yù)熱

3 個環(huán)節(jié)在預(yù)熱方面是有差別的。模塊校準和工程測試過程均進行了預(yù)熱，考慮功能測試時，板卡較多且為了涵蓋所有模塊的檢驗工作，在設(shè)計此設(shè)備時并沒有預(yù)熱功能。而此模塊的固有特性決定，模塊未預(yù)熱和預(yù)熱過后，精度是有一定差異的。這個差異可能會造成校準合格的模塊檢驗不合格，校準不合格的模塊檢驗合格。此為影響模塊精度的要因。

表2 對策表Table 2 Countermeasure table

5）模塊精度控制工序不合理

模塊在校準過程一般總上電時間為1h，功能檢驗上電時間為5min ～10min，工程測試上電時間一般情況下都≥5h。模塊上電時間越久，發(fā)熱越多，模塊內(nèi)部溫度也就越高。根據(jù)現(xiàn)場反饋，工程測試過程上電一段時間后，模塊出現(xiàn)了從不超精度到超精度的現(xiàn)象，涉及模塊數(shù)量較多?？梢院侠碚J為模塊精度控制工序流程存在一定的不合理性。此為影響模塊精度的要因。

6）作業(yè)流程不規(guī)范

3 個環(huán)節(jié)均有相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書和技術(shù)文件支持，操作過程嚴格按照文件執(zhí)行，作業(yè)規(guī)范，對模塊精度影響忽略不計。此項為非要因。

7）溫濕度不適宜

校準和功能檢驗兩個環(huán)節(jié)是在實驗間進行，而工程測試是在現(xiàn)場調(diào)試間進行，兩個區(qū)間溫濕度均控制在溫度18℃～35℃，濕度30%RH ～70%RH，最終發(fā)現(xiàn)溫濕度為非要因。

2.5 對策制定

確定要因后，根據(jù)存在的問題制定相應(yīng)的對策。表2是對策制定表。

2.6 實施對策

對策表制定后，按照對策措施落實，具體做法如下：

2.6.1 優(yōu)化校準方法

上電預(yù)熱半小時后，通道預(yù)熱時多觀察模塊的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)模塊出現(xiàn)往上偏移時，校準值設(shè)定在19.985mA 左右；模塊出現(xiàn)往下偏移時，校準值設(shè)定為20.015mA 左右；發(fā)現(xiàn)模塊變化趨勢不明顯時，校準值保持在20mA 左右。

2.6.2 功能檢驗進行通道預(yù)熱

在功能測試時，連續(xù)測10 次，取最后1 次結(jié)果作為精度驗證的結(jié)果。

圖2 優(yōu)化后的模塊精度控制流程圖Fig.2 Optimized module accuracy control flow chart

2.6.3 增加老化工序

為提前模擬工程測試環(huán)節(jié)高溫工作環(huán)境，提高產(chǎn)品可靠性，確保產(chǎn)品的品質(zhì)，在模塊校準完成，進行功能測試后，又多加了老化這個工序。

改進后的模塊精度控制流程圖如圖2 所示。

2.7 效果檢查

通過以上對策的實施，對檢驗環(huán)節(jié)和工程測試環(huán)節(jié)模塊精度的測試數(shù)據(jù)進行了部分統(tǒng)計，選取了14 個生產(chǎn)樣本進行分析，該樣本能正常校準，視為健康樣本。隨機抽樣的14 個樣本，實際上柜使用僅6 個，且部分通道作為備用或者非安全級的使用，導(dǎo)致實際能夠測試到的通道較少，基于以上數(shù)據(jù)進行一個簡要分析。

測試數(shù)據(jù)見表3。

根據(jù)樣本可知，實際測試情況為：校準合格后的模塊全部通過了功能檢驗，上柜使用后也全部合格，完成了精度控制100%的目標。

2.8 鞏固階段

除了分析上述樣本的具體測試值，還對所有該模塊校準后的情況進行了統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)：將此3 種改善方式繼續(xù)運用于后續(xù)的模塊精度控制環(huán)節(jié)，模塊精度超量程的情況沒有再出現(xiàn)。

對此，根據(jù)實踐結(jié)果，升級更新相關(guān)作業(yè)指導(dǎo)書，將改善后的操作方式編入其中，同時，增加老化工序，使整個作業(yè)流程更加完善。

3 總結(jié)

PDCA 循環(huán)在質(zhì)量過程管理中運用的核心是通過持續(xù)不斷地改進，使過程管理在有效控制的狀態(tài)下向預(yù)定目標發(fā)展，確保生產(chǎn)、檢驗、工程各環(huán)節(jié)工作可控。通過PDCA 循環(huán)的科學(xué)應(yīng)用，使模擬量調(diào)理模塊精度得到了有效控制[3]。

表3 測試值、校準值對比Table 3 Comparison of test values and standard values