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        MSA測(cè)量系統(tǒng)分析法在鐵路貨車輪對(duì)軸頸自動(dòng)化檢測(cè)中的運(yùn)用

        2021-08-27 13:09:30陸超峰任建輝
        鐵道車輛 2021年3期
        關(guān)鍵詞:測(cè)量設(shè)備檢測(cè)

        陸超峰,任建輝

        (中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司 杭州北車輛段,浙江 杭州 310000)

        隨著鐵路的發(fā)展,工業(yè)自動(dòng)化智能化在鐵路貨車檢修系統(tǒng)越來越普及,越來越多的鐵路貨車檢修單位引進(jìn)了配件自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備。隨著自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備使用時(shí)間的增加,設(shè)備發(fā)生老化,其各項(xiàng)性能指標(biāo)下降,如何及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備檢測(cè)失準(zhǔn),防止產(chǎn)生批量質(zhì)量問題,是檢測(cè)自動(dòng)化實(shí)施過程中面臨的突出問題。

        1 既有自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備性能評(píng)估方法

        自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備首末件鑒定法,是通過對(duì)首末兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的鑒定來確認(rèn)這兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的檢測(cè)數(shù)據(jù)有效,該方法效果不理想。而依據(jù)設(shè)備每次使用前的日常性能校驗(yàn)來判斷該設(shè)備的性能狀態(tài)是否良好的方法也并不能反映設(shè)備的穩(wěn)定性。因此需要制定一個(gè)科學(xué)合理的自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性評(píng)判方法。

        2 MSA測(cè)量系統(tǒng)分析法

        目前質(zhì)量分析學(xué)最常用的分析測(cè)量過程的方法是測(cè)量系統(tǒng)分析法,也稱MSA(Measurement System Analysis),就是對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和再現(xiàn)性進(jìn)行評(píng)估。重復(fù)性EV(Repeatability)研究指以同一測(cè)量設(shè)備、同一測(cè)量人員,測(cè)量同一批待測(cè)物之同一品質(zhì)特性所產(chǎn)生的測(cè)量差異;再現(xiàn)性AV(Reproducibility)研究指以同一測(cè)量設(shè)備、不同測(cè)量人員,測(cè)量同一批待測(cè)物之同一品質(zhì)特性所得平均測(cè)量值差的最大值,此類研究也稱為GRR或R&R研究。自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備已極大地規(guī)避了人員和環(huán)境的影響,故無須做整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的GRR研究,只需研究設(shè)備本身的重復(fù)測(cè)量穩(wěn)定性,即MSA分析法中最常用的量具能力指數(shù)Cg/Cgk評(píng)估方案。該方案是通過多次重復(fù)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)件,基于測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行公式計(jì)算,再根據(jù)計(jì)算得出的值來評(píng)估測(cè)量系統(tǒng)中量具的偏倚和測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)件時(shí)的重復(fù)性是否合格。計(jì)算公式如下:

        Cg=KT/6S

        (1)

        Cgk=(0.1T-|Bi|)/3S

        (2)

        (3)

        式中:Cg——量具重復(fù)精度能力系數(shù);

        Cgk——量具準(zhǔn)確精度能力系數(shù);

        K——縮小系數(shù),一般取0.2;

        T——被測(cè)工件的公差;

        S——標(biāo)準(zhǔn)差;

        Bi——偏差,平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值;

        X——樣本數(shù)據(jù);

        n——樣本個(gè)數(shù)。

        由公式(1)中的KT乘積可知允許測(cè)量結(jié)果分布寬度,由6S可知實(shí)際達(dá)到的測(cè)量結(jié)果分布寬度,且根據(jù)正態(tài)分布理論,事件發(fā)生在6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差之內(nèi)的概率在99%以上,因此由公式(1)能科學(xué)地反映出數(shù)據(jù)的離散度。公式(2)是由公式Cgk=Cg-|Bi|/3S演變而來,考慮了偏差,能同時(shí)反映數(shù)據(jù)的離散度和準(zhǔn)確性。

        由公式(1)~(3)可知,Cg值與公差T成正比,與標(biāo)準(zhǔn)差S成反比,值越大,說明數(shù)據(jù)越集中;Cgk值與公差T成正比,與偏差Bi和標(biāo)準(zhǔn)差S成反比,值越大,數(shù)據(jù)越準(zhǔn)確且越集中。

        根據(jù)評(píng)估方案判定標(biāo)準(zhǔn),Cg/Cgk值均不小于1.33時(shí)表明測(cè)量系統(tǒng)性能狀態(tài)重復(fù)性合格;若小于1.33時(shí),則表明設(shè)備狀態(tài)不穩(wěn)定,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)修。

        3 MSA的運(yùn)用實(shí)踐

        3.1 總體方案

        以鐵路貨車輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)為研究對(duì)象,通過連續(xù)多次的日常性能校驗(yàn),獲取25組檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)樣環(huán)數(shù)據(jù)作為計(jì)算檢測(cè)設(shè)備量具能力的數(shù)據(jù),通過Cg/Cgk值判斷設(shè)備重復(fù)測(cè)量的穩(wěn)定性。

        3.2 數(shù)據(jù)采集

        鐵路貨車輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)的日常性能校驗(yàn)是設(shè)備自帶功能,通過左右2個(gè)高精度磁柵尺分別測(cè)量配套樣環(huán)尺寸,左端樣環(huán)標(biāo)準(zhǔn)值為149.992 mm,右端樣環(huán)標(biāo)準(zhǔn)值為149.993 mm,每次性能校驗(yàn)測(cè)量3次,每端獲取3組數(shù)據(jù)(表1),同時(shí)收集連續(xù)日常性能校驗(yàn)測(cè)量樣環(huán)25組數(shù)據(jù)(表2)。該設(shè)備日常性能校驗(yàn)是通過比對(duì)測(cè)量值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值來判定設(shè)備狀態(tài)是否良好,設(shè)備管理標(biāo)準(zhǔn)要求差值不大于0.005 mm。一般情況下,每日上午、下午使用前各進(jìn)行一次日常性能試驗(yàn)。

        表1 輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)的日常性能校驗(yàn)采集數(shù)據(jù) mm

        表2 連續(xù)日常性能校驗(yàn)檢測(cè)樣環(huán)25組數(shù)據(jù)示例 mm

        3.3 數(shù)據(jù)分析

        3.3.1 數(shù)據(jù)分析軟件

        使用Minitab軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行MSA分析。將左端測(cè)量裝置所得的25組最新數(shù)據(jù)錄入到工作表中,從工具欄中找到“統(tǒng)計(jì)”→“質(zhì)量工具”→“量具研究”→“類型1量具研究”,使用Minitab軟件自帶量具分析功能,在參數(shù)設(shè)置界面輸入標(biāo)準(zhǔn)值和公差,所得分析結(jié)果如圖1所示。

        圖1 Minitab軟件分析結(jié)果

        3.3.2 數(shù)學(xué)模型的適配

        輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)有左右兩套測(cè)量裝置,Minitab每次只能進(jìn)行單端分析,數(shù)據(jù)更新的方式相對(duì)繁瑣。為了方便現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)用,在Excel軟件中搭建了Minitab數(shù)學(xué)模型。

        參照Minitab的數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)Cg/Cgk計(jì)算公式,利用Excel軟件表格與圖表的設(shè)計(jì)功能,將左右兩組數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型結(jié)合在一起,定義為輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)MSA數(shù)學(xué)模型,將表2中數(shù)據(jù)代入后,所得分析結(jié)果如圖2所示。

        圖2 Excel軟件建立的MSA數(shù)學(xué)模型分析結(jié)果

        3.3.3 數(shù)據(jù)分析

        由圖2可知,輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)左端測(cè)量裝置的尺寸運(yùn)行圖波動(dòng)較大,且波動(dòng)處于變大的趨勢(shì),最新的幾組數(shù)據(jù)都突破了尺寸運(yùn)行圖的下限,繼續(xù)查看左端裝置Cg/Cgk值,均小于1.33,判斷為設(shè)備穩(wěn)定性不合格。右端裝置數(shù)據(jù)穩(wěn)定,Cg/Cgk值達(dá)標(biāo),判斷為設(shè)備穩(wěn)定性合格。對(duì)比這幾日的日常性能校驗(yàn)記錄,輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)左端的檢測(cè)數(shù)據(jù)波動(dòng)雖然不超過日常性能校驗(yàn)合格判斷標(biāo)準(zhǔn)的0.005 mm,但是數(shù)據(jù)波動(dòng)比右端要明顯偏大。

        為了驗(yàn)證MSA分析的有效性,暫未停用設(shè)備進(jìn)行維修調(diào)整,繼續(xù)觀察設(shè)備后續(xù)日常性能校驗(yàn)情況。次日,輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)左端日常性能校驗(yàn)就顯示了不合格,有兩次數(shù)據(jù)都超過了允許范圍。為了進(jìn)一步驗(yàn)證左端測(cè)量裝置的性能狀態(tài),排查了2020年初至今的所有日常性能校驗(yàn)記錄,發(fā)現(xiàn)輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)左端測(cè)量裝置共發(fā)生5次不合格,右端測(cè)量裝置采集數(shù)據(jù)均合格,再次表明該設(shè)備左端測(cè)量裝置不符合測(cè)量要求,須進(jìn)行調(diào)整。表3為2020年歷次輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)日常性能校驗(yàn)不合格記錄。

        表3 2020年歷次輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)日常性能校驗(yàn)不合格記錄

        3.5 檢修調(diào)整

        根據(jù)MSA分析結(jié)果,更換了測(cè)量機(jī)左右兩側(cè)的樣環(huán),并對(duì)左端測(cè)量裝置進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)修后連續(xù)做了9次性能校驗(yàn),并取25組數(shù)據(jù)再次進(jìn)行分析,圖3為分析結(jié)果。由圖3可知,左端尺寸運(yùn)行圖比調(diào)修前穩(wěn)定,且Cg/Cgk值均超過了1.33,符合測(cè)量要求。

        圖3 調(diào)修后的輪對(duì)軸頸自動(dòng)測(cè)量機(jī)MSA分析結(jié)果

        由此可知,MSA測(cè)量系統(tǒng)能力指數(shù)Cg/Cgk評(píng)估法能在設(shè)備日常性能校驗(yàn)的基礎(chǔ)上評(píng)估設(shè)備自動(dòng)化檢測(cè)裝置的穩(wěn)定性,更好地監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能狀態(tài)。

        4 結(jié)語

        目前,檢修現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)將MSA測(cè)量系統(tǒng)分析法與日常性能校驗(yàn)同步開展,使用FineReport軟件實(shí)現(xiàn)MSA數(shù)學(xué)模型的信息化,自動(dòng)獲取最新的數(shù)據(jù)并同步至MSA數(shù)學(xué)模型中,實(shí)現(xiàn)對(duì)輪對(duì)軸頸自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備穩(wěn)定性的監(jiān)控。并計(jì)劃對(duì)軸承自動(dòng)測(cè)量裝置及輪對(duì)自動(dòng)檢測(cè)機(jī)進(jìn)行MSA數(shù)學(xué)模型適配,實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備的性能狀態(tài)監(jiān)控,提升測(cè)量精準(zhǔn)度,保證高水平的檢修質(zhì)量。建議將MSA測(cè)量系統(tǒng)分析法在全路貨車自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備中推廣使用。

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