方良超，陳奇海，張先鋒，馮明揚(yáng)，郭靜超，吳文煜

(中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

雷達(dá)裝備作為武器裝備系統(tǒng)的重要成員之一，系統(tǒng)組成部件繁多、技術(shù)復(fù)雜、集成度高，給產(chǎn)品研制質(zhì)量帶來諸多挑戰(zhàn)，尤其是當(dāng)前雷達(dá)研制周期短、研制與批產(chǎn)交叉并行，生產(chǎn)過程中不穩(wěn)定因素造成的問題給型號項(xiàng)目的推進(jìn)造成極大困擾[1]。開展高層次技術(shù)狀態(tài)管控，進(jìn)行嚴(yán)格生產(chǎn)過程控制已勢在必行，特別是批產(chǎn)前關(guān)重件關(guān)鍵工序的工藝狀態(tài)控制，對消除生產(chǎn)隱患、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本起著重要作用。統(tǒng)計過程控制作為一種基于數(shù)理統(tǒng)計理論的控制手段，通過控制圖分析生產(chǎn)過程中的擾動有無異常，提前預(yù)判生產(chǎn)過程是否處于控制狀態(tài)，是指導(dǎo)后續(xù)產(chǎn)品批產(chǎn)的重要方法[2-3]。

天線振子是雷達(dá)天線實(shí)現(xiàn)電磁波信號接收與發(fā)射的重要單元，其結(jié)構(gòu)緊湊，精度一致性要求高，成型工藝較為復(fù)雜，即使嚴(yán)格規(guī)定了加工環(huán)境、操作方法，實(shí)際成型質(zhì)量仍會存在一定程度的波動。統(tǒng)計過程控制能夠針對這些波動的狀況進(jìn)行定量分析及監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)工序過程中的異常因素，通過工序能力指數(shù)評估，進(jìn)行針對性調(diào)整，可實(shí)現(xiàn)適當(dāng)經(jīng)濟(jì)成本下合格產(chǎn)品的穩(wěn)定生產(chǎn)[4-5]。隨著雷達(dá)天線功率的增大，一個天線陣列往往有數(shù)十個乃至近百個天線振子，如果批產(chǎn)前不能對振子的成型工藝過程進(jìn)行有效評估，很容易因生產(chǎn)過程異常波動導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量產(chǎn)生批次性問題。

本文采用統(tǒng)計過程控制技術(shù)(SPC)，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計分析理論，對連續(xù)采集的多批振子釬焊關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行定量統(tǒng)計分析。對釬焊工序能力指數(shù)Cpk進(jìn)行計算、評價，定量反映釬焊工藝水平；運(yùn)用均值-極差、均值-標(biāo)準(zhǔn)差等控制圖對釬焊工序的穩(wěn)定性進(jìn)行定量分析。

1 統(tǒng)計過程控制理論基礎(chǔ)

根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計理論，生產(chǎn)過程中往往會產(chǎn)生因系統(tǒng)因素和偶然因素而引起的異常波動。偶然因素不易也沒必要消除，因?yàn)槠鋵|(zhì)量的影響程度很小；系統(tǒng)因素不常發(fā)生，但只要發(fā)生就會對質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響[3]。當(dāng)加工過程僅受偶然因素影響時，其質(zhì)量特征值服從正常的隨機(jī)分布，稱之為處于受控狀態(tài)；當(dāng)出現(xiàn)系統(tǒng)因素影響加工過程時，質(zhì)量特征值的分布將發(fā)生改變，即處于失控狀態(tài)。由偶然因素造成的質(zhì)量特征值的波動稱為正常波動[5]。

繪制控制圖的目的就是利用生產(chǎn)過程中采集的質(zhì)量特征值分析加工過程是否處于受控狀態(tài)。通過質(zhì)量特征值隨時間波動情況可以隨時進(jìn)行監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常[6]。標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4091—2001中列出了幾種常規(guī)控制圖及其中心線、上下控制限的計算方法。

工序能力是指過程的對象、手段、方法、測試等資源在標(biāo)準(zhǔn)化條件下實(shí)現(xiàn)過程目標(biāo)的能力。使用控制圖分析后，若該工序處于受控狀態(tài)，但加工能力未知，還必須對該工序的過程能力指數(shù)進(jìn)行計算分析。工序過程能力指數(shù)反映了過程加工質(zhì)量達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求的程度。若該工序的過程能力指數(shù)的等級較低，則還需要釆取措施對該工序進(jìn)行改善。

2 正交雙極化振子焊接數(shù)據(jù)采集及分析

某正交雙極化天線振子由4個半波振子構(gòu)成，其中半波振子由葉片焊接在外導(dǎo)體上，二者之間的角度為(45±0.25)°。產(chǎn)品經(jīng)數(shù)控銑、鉗、鋁釬焊、檢驗(yàn)等多道工序加工而成，其中釬焊工序中葉片與外導(dǎo)體的定位、焊接溫度均勻性的控制等對成型角度產(chǎn)生決定性影響。本文進(jìn)行統(tǒng)計過程控制的焊接工序?yàn)榻饘僬褡蛹庸み^程中的關(guān)鍵工序。鑒于半波振子焊接成型后的精度及一致性要求較高，本文將角度列為關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，通過對該指標(biāo)實(shí)施SPC 控制，確定焊接工序的統(tǒng)計控制狀態(tài)，定量評價焊接工序的能力水平。

2.1 數(shù)據(jù)采集

以某項(xiàng)目中正交雙極化金屬振子為研究對象，按照以下方式對焊接工序關(guān)鍵控制指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及分組：每批次順序抽取1件金屬振子，測量其中的4個安裝角度，每4個角度值作為一組，共采集20組數(shù)據(jù)進(jìn)行SPC分析，采樣數(shù)據(jù)見表1。

表1 安裝角度采樣數(shù)據(jù)表 單位：(°)

續(xù)表

2.2 正態(tài)性檢驗(yàn)

進(jìn)行控制圖分析前，要確保數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，若不滿足要求，就要重新采集數(shù)據(jù)。檢驗(yàn)結(jié)果根據(jù)P值大小判斷轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布，如果P>0.05,說明服從正態(tài)分布，如果P<0.05，則認(rèn)為不服從正態(tài)分布。

對采集的數(shù)據(jù)作直方圖，并進(jìn)行正態(tài)分布擬合，如圖1所示?？梢钥闯鯬=0.307>0.05，符合正態(tài)分布規(guī)律。

圖1 正態(tài)性檢驗(yàn)

2.3 控制圖建立

2.3.1均值-極差控制圖

圖控制圖

圖控制圖

2.3.2均值-標(biāo)準(zhǔn)差控制圖

由于振子釬焊過程影響因素復(fù)雜，采用SPC繪制控制圖時，必須有效識別可能發(fā)生的異?，F(xiàn)象，分析失控的原因，并采取糾正措施，使工序過程回歸到統(tǒng)計受控狀態(tài)。一般可從材料管理、操作、焊劑問題、加熱溫度等幾個方面進(jìn)行失控分析，具體見表2。

表2 釬焊工序失效原因分析

3 工序過程能力指數(shù)分析

(1)

由圖4可以看出,由于11.33。

金屬振子的焊接過程一般經(jīng)歷焊前去油清洗、裝夾定位點(diǎn)焊、預(yù)熱、填料焊接、焊后清洗、去應(yīng)力退火等多道工步，清洗過程中浸蝕時間不充分、焊接過程中產(chǎn)生熱變形、工件加熱不均勻等都會導(dǎo)致零件關(guān)鍵尺寸呈現(xiàn)離散性波動。為進(jìn)一步減少焊接過程中的標(biāo)準(zhǔn)差S，擬采取以下措施：

1)固化工藝參數(shù)，減少操作過程中因工藝參數(shù)控制不力引起的數(shù)據(jù)波動。特別是加熱溫度，在釬焊加熱時，應(yīng)使火焰在焊縫整個截面兩側(cè)來回移動，火焰偏向厚壁基材，避免正對釬劑，以免釬劑發(fā)生過熱失效。為了盡可能地減少釬焊變形以及防止燒壞工件，焊工在加熱工件的同時焊槍必須不停地移動，以保證加熱的均勻。

2)針對點(diǎn)焊過程中定位偏差問題，設(shè)計專用定位工裝，保證點(diǎn)焊后葉片與外導(dǎo)體的安裝角度。設(shè)計點(diǎn)焊定位用專用工裝，保證焊前葉片與外導(dǎo)體的相對位置精度，通過限定焊接時變形空間，可有效減少安裝角度的分散性。

3)強(qiáng)化焊工的操作培訓(xùn)，減少傾向性操作習(xí)慣。通過培訓(xùn)，強(qiáng)化釬料送進(jìn)的時機(jī)及方式，這樣做對釬焊產(chǎn)品質(zhì)量的一致性也有著積極作用。

4)焊縫處涂抹釬劑或肥皂作為溫度指示劑，強(qiáng)化釬焊溫度的控制。改進(jìn)措施落實(shí)后，另取20組數(shù)據(jù)，進(jìn)行焊接工序能力指數(shù)重新計算，由圖5可知，Cpk=1.42>1.33，說明工序過程能力充分，只需進(jìn)行正常的質(zhì)量控制即可。

圖4 首批焊接工序過程能力指數(shù)計算

圖5 調(diào)整后焊接工序過程能力指數(shù)計算

4 結(jié)束語

本文對正交雙極化金屬振子的焊接工序進(jìn)行了分析，通過實(shí)例發(fā)現(xiàn)，必須結(jié)合焊接過程中各個影響因素判讀可能出現(xiàn)的異常情況，制定針對性措施，方可繪制穩(wěn)定受控的控制圖。同時，降低焊接過程中特征值的離散性是提高工序過程能力指數(shù)的關(guān)鍵途徑?？茖W(xué)、合理地運(yùn)用工序控制圖，可以為大批量生產(chǎn)提供重要技術(shù)支撐。