朱順 / 上海馬陸日用友捷汽車電氣有限公司

機動車零部件檢測實驗室振動試驗的內(nèi)部質(zhì)量控制方法

朱順 / 上海馬陸日用友捷汽車電氣有限公司

根據(jù)振動試驗的特點，采用鋁材料制作的Z形樣件作為質(zhì)量控制活動中的質(zhì)控樣品。在一定頻率范圍內(nèi)對工件的特定點進行掃頻，取其掃頻曲線中的最大點對應(yīng)的頻率作為振動試驗的結(jié)果值，從而將振動試驗結(jié)果量化。采用此方式進行機動車零部件檢測實驗室振動試驗的內(nèi)部質(zhì)量控制，可以達到預(yù)期的效果。

振動試驗；質(zhì)控樣品；內(nèi)部質(zhì)量控制

0 引言

內(nèi)部質(zhì)量控制是實驗室檢測結(jié)果質(zhì)量保證的重要手段之一，同時內(nèi)部質(zhì)量控制結(jié)果的數(shù)據(jù)分析又是實驗室質(zhì)量管理持續(xù)改進的來源之一，因此內(nèi)部質(zhì)量控制活動在實驗室管理和技術(shù)能力中占有重要地位[1]。振動試驗常用于機動車零部件的性能測試。作為常用的耐環(huán)境性能測試手段之一，許多機動車零部件實驗室引入振動試驗設(shè)備，開展振動試驗項目。但是如何有效開展振動試驗內(nèi)部質(zhì)量控制活動，成為實驗室較難解決的問題。

1 概述

1.1 內(nèi)部質(zhì)量控制

內(nèi)部質(zhì)量控制又稱實驗室內(nèi)質(zhì)量控制，是實驗室和檢測人員對分析檢測質(zhì)量進行自我控制和內(nèi)部質(zhì)控人員對其實施質(zhì)量控制技術(shù)管理的過程[2]。內(nèi)部質(zhì)量控制結(jié)果合格與否是體系運行中對包括人員、設(shè)備、環(huán)境和設(shè)施、檢測方法、量值溯源、抽樣及樣品處置等因素控制好壞的綜合反應(yīng)[1]。

1.2 內(nèi)部質(zhì)量控制活動應(yīng)考慮的因素

機動車零部件檢測實驗室實施內(nèi)部質(zhì)量控制活動時應(yīng)考慮檢測業(yè)務(wù)量；檢測結(jié)果的用途；檢測方法本身的穩(wěn)定性與復(fù)雜性；對技術(shù)人員經(jīng)驗的依賴程度；參加外部比對（包含能力驗證）的頻次與結(jié)果；人員的能力和經(jīng)驗、人員數(shù)量及變動情況；新采用的方法或變更的方法等因素[3]。此外已獲CNAS認(rèn)可的實驗室還應(yīng)滿足特定領(lǐng)域應(yīng)用說明的要求，如電氣領(lǐng)域應(yīng)用說明[4]中第5.9條款規(guī)定：針對電氣領(lǐng)域尚未開展能力驗證或基于檢測性質(zhì)無法開展實驗室比對的檢測項目，實驗室應(yīng)專門針對此類項目制定內(nèi)部質(zhì)量控制計劃以滿足質(zhì)量保證的要求。

2 方案設(shè)計

2.1 質(zhì)控樣品制作

結(jié)合振動試驗特點，本次質(zhì)量控制活動采用鋁為原材料制作成的Z形樣品。樣品展開后的總長為40 cm，其中兩水平部分長約10 cm，垂直部分長約20 cm，工件厚約2 cm，寬約20 cm。

2.2 質(zhì)控方式

為適合較為廣泛的振動試驗標(biāo)準(zhǔn)，且對于特定形狀的工件穩(wěn)定性較好，本次質(zhì)量控制采用掃頻方式。繪制掃頻曲線（f-g曲線），并采用f-g曲線中的特征點作為最終測量結(jié)果。

2.3 質(zhì)控要求

振動試驗中，由人員產(chǎn)生的影響極小；質(zhì)控樣件唯一，不存在抽樣的影響；試驗設(shè)備和傳感器均經(jīng)過量值溯源，溯源性已確定，因此本次質(zhì)量控制需著重關(guān)注環(huán)境條件。為確保質(zhì)控樣件的穩(wěn)定性，本次質(zhì)量控制的工作環(huán)境為溫度18～28 ℃，相對濕度25%RH～75%RH。

2.4 量化選擇

將測量用傳感器放置在Z形質(zhì)控樣品的上水平面，并位于上水平面邊緣中心位置；控制用傳感器位于振動試驗臺上距離樣品垂直面2 cm處，并與測量用傳感器位于樣品垂直部分的同一側(cè)，且位于樣品垂直部分與振動試驗臺接觸線的中心線上，如圖1、圖2所示。

圖1 傳感器安裝示意圖（側(cè)面視圖）

圖2 傳感器安裝示意圖（俯視視圖）

進行一次模擬操作：結(jié)合實驗室實際頻率使用范圍進行20～200 Hz頻率的掃頻，控制傳感器的控制值設(shè)置為6.000g，g為重力加速度。測試f-g曲線如圖3所示。

圖3 掃頻（f-g）曲線

為便于比較，本次質(zhì)量控制活動的最終測試結(jié)果為f-g曲線中的最大值點，并讀取最大值對應(yīng)的頻率，單位：Hz。

2.5 質(zhì)控步驟

1）將質(zhì)量控制活動的Z形樣品放置在振動試驗臺的中心并固定；

2）使用2個加速度傳感器，分別作為控制用傳感器和測量用傳感器，按照圖1、圖2的方式布置在相應(yīng)位置上；

3）設(shè)置控制值（如6.000g），并進行其他儀器必要的設(shè)置；

4）控制環(huán)境溫度在18～28 ℃范圍內(nèi)，空氣相對濕度在25%RH～75% RH范圍內(nèi)；

5）測試特定范圍內(nèi)（如20～200 Hz）的測量值（如最大值對應(yīng)的頻率），至少進行6次重復(fù)性測量。

2.6 可行性分析

2.6.1 質(zhì)控實施

分別對實驗室A、B兩個不同型號的振動試驗設(shè)備（含對應(yīng)設(shè)備的加速度傳感器）進行6次重復(fù)性測量，控制值為6.000g，頻率范圍為20～200 Hz，測量結(jié)果見表1。

表1 兩種不同型號振動設(shè)備測量結(jié)果（單位：Hz）

由表1可知，對于A型號振動試驗臺：

標(biāo)準(zhǔn)偏差sA=1.113 Hz

對于B型號振動試驗臺：

標(biāo)準(zhǔn)偏差sB=1.019 Hz

2.6.2 質(zhì)控樣品評價

F檢驗法常用于一組樣品的均勻性檢查[5]。對于單個樣品，F(xiàn)檢驗法可評價樣品是否適合用作質(zhì)量控制，確定樣品是否因自身變化較大而引起測量結(jié)果的無法評估使用。

根據(jù)F檢驗法公式：

式中：sd——標(biāo)準(zhǔn)偏差較大的一組數(shù)據(jù)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值；

sx——標(biāo)準(zhǔn)偏差較小的一組數(shù)據(jù)對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)偏差值

結(jié)合表1及式（1），兩組數(shù)據(jù)的F檢驗值FAB=1.193。

取置信水平0.05，使用A型號設(shè)備測試時自由度vA=6-1 =5；同樣，使用B型號設(shè)備測試時自由度vB=6-1 =5，因此F檢驗臨界值F0.05(5,5)=5.05。

由于FAB=1.193＜5.05 =F0.05(5,5)

因此，該Z形樣品可以用作質(zhì)量控制使用。2.6.3 質(zhì)控結(jié)果的評價

由于質(zhì)控樣品的穩(wěn)定特性，加之人員的影響較小，因此采用T檢驗法[5]對質(zhì)控結(jié)果進行統(tǒng)計分析，用以評價A、B兩個型號設(shè)備測量數(shù)據(jù)平均值是否有顯著性差異。

根據(jù)T檢驗法公式：

式中：X1——第一組數(shù)據(jù)的平均值；

X2——第二組數(shù)據(jù)的平均值；

n1——第一組數(shù)據(jù)的測量次數(shù)；

n2——第二組數(shù)據(jù)的測量次數(shù)；

s1——第一組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差；

s2——第二組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差

結(jié)合表1及式（2），兩組數(shù)據(jù)的T檢驗值TAB=0.536。

取置信水平為0.05，自由度v =6 + 6 - 2 =10，因此T檢驗臨界值T0.05,10=2.228。

由于TAB=0.536＜2.228 =T0.05,10

因此，兩組數(shù)據(jù)的平均值無明顯差異，本次質(zhì)量控制結(jié)果滿意。

2.6.4 使用En值評價

若將A、B兩型號的振動設(shè)備視為兩個實驗室的測試結(jié)果，使用En值[5]進行統(tǒng)計分析。

根據(jù)En值公式：

式中：X1——第一組數(shù)據(jù)的平均值；

X2——第二組數(shù)據(jù)的平均值；

U1——第一組數(shù)據(jù)的測量擴展不確定度；

U2——第一組數(shù)據(jù)的測量擴展不確定度

結(jié)合表1及式（3），根據(jù)實驗室評估的測量不確定度U1=3.4 Hz，U2=3.4 Hz，由計算得到En=0.069。

因En≤1，故本次質(zhì)量控制結(jié)果滿意。

2.6.5 統(tǒng)計比較

定義函數(shù)

式中：Qi——統(tǒng)計計算值；

Q0——數(shù)據(jù)測試條件下的臨界值

結(jié)合式（4）及F檢驗法、T檢驗法、En值法的相關(guān)數(shù)據(jù)，三種統(tǒng)計方法的Q數(shù)據(jù)見表2。

表2 三種檢驗法對應(yīng)的統(tǒng)計計算值及臨界值

根據(jù)表2中信息繪制Q值柱狀圖，如圖4所示。

圖4 三種統(tǒng)計方法Q柱狀圖

由圖4可直觀看出，F(xiàn)檢驗法與T檢驗法比較，樣品自身穩(wěn)定性占有較大比例，T檢驗法Q值的增加是由于重復(fù)性測量引起的；T檢驗法和En值比較，Q值的減少由樣品自身穩(wěn)定性和重復(fù)性測量引起的比例較低?？梢姳痉桨赋m合內(nèi)部質(zhì)量控制外，還適合實驗室間比對使用。

3 振動試驗內(nèi)部質(zhì)控

3.1 內(nèi)部質(zhì)量控制方法

振動試驗內(nèi)部質(zhì)量控制方式按本文方案設(shè)計中要求的方式進行。

3.2 內(nèi)部質(zhì)量控制方式

根據(jù)振動試驗內(nèi)部質(zhì)量控制方案的特點，可采取以下方式進行內(nèi)部質(zhì)量控制：

3.2.1 使用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

使用內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進行質(zhì)量控制是許多機動車零部件檢測實驗室進行內(nèi)部質(zhì)量控制的方式之一。用振動試驗臺對工裝進行測試，取f-g曲線最大值，測量至少20個數(shù)據(jù)，使用平均值作為其工件賦予值，取測量不確定度U作為最大允許誤差，將工件作為內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。用被核查設(shè)備測定內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)，將其測得值與內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)給出的標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，考核被核查儀器的測得值是否在受控范圍（±U）內(nèi)。若落在其范圍內(nèi)，則認(rèn)為內(nèi)部質(zhì)量控制結(jié)果是滿意的，否則不滿意。

3.2.2 設(shè)備間比對

由同一人員使用兩臺不同的設(shè)備分別對制作的工件進行測試。根據(jù)設(shè)備所在區(qū)域不同分為：同一區(qū)域的試驗設(shè)備比對和不同區(qū)域間的試驗設(shè)備比對。

對于同一區(qū)域間的試驗設(shè)備比對，每臺設(shè)備至少進行6次測量，并進行T檢驗法檢驗。若計算的T檢驗值不大于T臨界值，則認(rèn)為兩組數(shù)據(jù)的平均值無顯著性差異，試驗設(shè)備間比對結(jié)果滿意，否則不滿意。

對于不同區(qū)域間的試驗設(shè)備比對，每臺設(shè)備至少進行10次測量，評估其測量不確定度，并進行En值檢驗。若En≤1，則認(rèn)為設(shè)備間比對結(jié)果滿意，否則不滿意。此外，不同區(qū)域間的設(shè)備比對評估方法還適用于不同人員使用的不同設(shè)備間的比對。

3.2.3 留樣再測

對同一工件進行不同時期的測量。根據(jù)人員和設(shè)備不同可分為：同一人員同一設(shè)備不同時期的比對；同一人員不同設(shè)備不同時期的比對；不同人員同一設(shè)備不同時期的比對；不同人員不同設(shè)備不同時期的比對四種。

由于人員對結(jié)果產(chǎn)生的影響極小，因此對于同一人員同一設(shè)備不同時期的比對和不同人員同一設(shè)備不同時期的比對，每時期至少進行6次測量，并進行T檢驗法檢驗。若計算的T檢驗值不大于T臨界值，則認(rèn)為兩組數(shù)據(jù)的平均值無顯著性差異，設(shè)備間比對結(jié)果滿意，否則不滿意。

對于同一人員不同設(shè)備不同時期的比對和不同人員不同設(shè)備不同時期的比對，每時期至少進行10次測量，評估其測量不確定度，并進行En值檢驗。若En≤1，則認(rèn)為設(shè)備間比對結(jié)果滿意，否則不滿意。

4 結(jié)語

內(nèi)部質(zhì)量控制活動是實驗室檢測質(zhì)量保證的手段之一，用于日常評價和監(jiān)控檢測系統(tǒng)的受控狀態(tài)。振動試驗作為機動車零部件實驗室常見的耐環(huán)境性能試驗之一，也是實驗室業(yè)務(wù)量較大的項目之一。采用掃頻的方式，獲取f-g曲線中的特征點（如最大值）作為測量結(jié)果值進行量化處理，并采用合理的統(tǒng)計分析手段有效評價內(nèi)部質(zhì)量控制活動的結(jié)果，便于實驗室管理的持續(xù)改進和技術(shù)能力的提升。

[1]中國合格評定國家認(rèn)可委員會.CNAS-CL01:2005檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則[S].北京：2005.

[2]郭愛華，李曄，王瑋，等.化學(xué)分析實驗室檢測結(jié)果的質(zhì)量控制[J].理化檢驗-化學(xué)分冊，2015，51（4）：528-531.

[3]中國合格評定國家認(rèn)可委員會.CNAS-CL52:2014 CNAS-CL01《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》應(yīng)用要求[S].北京：2014.

[4]中國合格評定國家認(rèn)可委員會.CNAS-CL11:2015檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在電氣檢測領(lǐng)域的應(yīng)用說明[S].北京：2015.

[5]中國合格評定國家認(rèn)可委員會.CNAS-GL03:2006 能力驗證樣品均勻性和穩(wěn)定性評價指南 [S].北京：2006.

Internal quality control method of vibration test in automotive vehicle component testing laboratory

Zhu Shun
（Shanghai Malu Ri Yong JEA Gate Electric Co.,Ltd.）

According to the characteristics of vibration test, a Z-shaped sample of aluminum material is used as the quality control sample in the automotive vehicle component testing laboratory.Using the sweepfrequency technique within a certain frequency range, the frequency value corresponding to the maximum point of the scanning curve is obtained, and considered as the vibration test result, thereby the vibration test result is quantified. By using this method to carry out the internal quality control of vibration test in the laboratory, the expected effect could be achieved.

vibration test; quality control sample; internal quality control