羅 陽

（陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限公司，陜兩 寶雞 722409）

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變速箱螺栓力矩的測(cè)量系統(tǒng)分析研究

羅 陽

（陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限公司，陜兩 寶雞 722409）

摘 要：測(cè)量系統(tǒng)分析是質(zhì)量改進(jìn)過程中的重要工具。文章根據(jù)不可重復(fù)測(cè)量系統(tǒng)分析的特點(diǎn)，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(fù)性和再現(xiàn)性分析方法，并對(duì)Minitab生成的圖形和會(huì)話窗口進(jìn)行了分析和說明，為變速箱質(zhì)量改進(jìn)提供了幫助。

關(guān)鍵詞：測(cè)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(cè)量系統(tǒng)分析(MSA，Measurement System Analysis)是指用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法來了解測(cè)量系統(tǒng)中的各個(gè)波動(dòng)源，以及它們對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度，最后給出本測(cè)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(fù)性和再現(xiàn)性等評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)的優(yōu)劣[2]。測(cè)量系統(tǒng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)方式不同可分為非破壞性和不可重復(fù)系統(tǒng)，兩者之間的分析方法有很大差異[3]。對(duì)于不可重復(fù)測(cè)量系統(tǒng)常用的方法是認(rèn)為同批次內(nèi)樣件的差異小到可以忽略不計(jì)，采用同一批次中的多個(gè)樣件當(dāng)作單個(gè)樣件來用。但是作者在實(shí)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(cè)量數(shù)據(jù)。針對(duì)此問題，本文借助Minitab工具利用嵌套(Nested)方差分析技術(shù)進(jìn)行變速箱軸承蓋螺栓力矩的重復(fù)性和再現(xiàn)性分析。

2、測(cè)量系統(tǒng)分析原理

測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)主要在精度方面，即測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性(R&R)[4]，在標(biāo)準(zhǔn)的量具R&R研究中，通常進(jìn)行某種假設(shè)：在同一批次中，測(cè)量的每個(gè)零件的質(zhì)量特性是相同的，即批次的同質(zhì)性。當(dāng)同一批次樣本規(guī)模足夠大，每個(gè)操作者能從每個(gè)批次中獲得足夠樣本時(shí)，可以用對(duì)同一批次中不同零件的測(cè)量替代對(duì)同一零件的重復(fù)測(cè)量；當(dāng)樣本的規(guī)模較小，每個(gè)操作者不能從同一批次測(cè)量多個(gè)樣本時(shí)，可以選擇采用嵌套的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。結(jié)合Minitab嵌套(nested)進(jìn)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(fù)測(cè)量系統(tǒng)各種波動(dòng)源方差的構(gòu)成，從而對(duì)量具R&R進(jìn)行分析。

表1　方差成分分析

3、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了對(duì)某型號(hào)變速箱螺栓軸承蓋螺栓力矩的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行分析，試驗(yàn)者隨機(jī)選取3個(gè)操作者，每個(gè)操作者隨機(jī)選取4批產(chǎn)品，每批產(chǎn)品中可以選取4個(gè)樣本進(jìn)行測(cè)量，這樣，每個(gè)操作者可以獲得16個(gè)測(cè)量值，共得到48個(gè)測(cè)量值。測(cè)量結(jié)果見表2。

表2　擰緊力矩檢測(cè)數(shù)據(jù)　單位：Nm

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

表3　標(biāo)準(zhǔn)差分析表

評(píng)價(jià)測(cè)量系統(tǒng)能力的方法通常用測(cè)量系統(tǒng)的波動(dòng)R&R與總波動(dòng)之比來度量，通常記為P／TV；當(dāng)P／TV≤10%時(shí)，表明測(cè)量系統(tǒng)是有能力的；當(dāng)P／TV≤30%時(shí)，測(cè)量系統(tǒng)能力處于臨界狀態(tài),需根據(jù)測(cè)量對(duì)象的重要性而定；當(dāng)P／TV>30%時(shí)，說明測(cè)量系統(tǒng)本身的波動(dòng)過大，測(cè)量系統(tǒng)須改進(jìn)[5]；從表3中的結(jié)果可以看出合計(jì)量具的R&R研究變異為16.15%，該測(cè)量系統(tǒng)的能力良好，重復(fù)性與再現(xiàn)性的波動(dòng)都較小，部件間波動(dòng)為98.69%，所以系統(tǒng)主要的波動(dòng)源是由于試樣間的差異所致，這表明盡管測(cè)量系統(tǒng)需要改進(jìn)，但每個(gè)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(yīng)在顯著性水平d=0.05下是不顯著的，因此認(rèn)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(fù)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(dòng)最顯著；在不可重復(fù)量具R&R的研究中，重復(fù)性估計(jì)實(shí)際上包含了同一試樣內(nèi)的波動(dòng)，這意味著在某種程度上，可能過高地估計(jì)了重復(fù)性，但由于試樣間的波動(dòng)遠(yuǎn)大于重復(fù)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(gè)批次內(nèi)的波動(dòng)是相對(duì)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(cè)批次之間的差異。

圖1

4、結(jié)論

通過對(duì)螺栓擰緊力矩測(cè)量系統(tǒng)采用嵌套的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案分析，可看出樣本間的波動(dòng)最顯著,從而為質(zhì)量改進(jìn)提供支持。隨著TSl6949體系在汽車制造業(yè)中的普及運(yùn)行，測(cè)量系統(tǒng)分析的研究也越來越深戰(zhàn)，只有合理運(yùn)用分析工具，并與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能找出解決問題的新思路、新方法。

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中圖分類號(hào)：U467.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-7988(2016)04-24-02

作者簡(jiǎn)介：羅陽，助理工程師，就職于陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)有限公司。研究方向?yàn)闄z測(cè)技術(shù)、測(cè)量過程控制、測(cè)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