基于Minitab的全液压钻机测量系统分析研究.pdf

2 0 1 4年 5月 第4 3卷 第 5期 机械设计与制造工程 M a c h i n e D e s i g n a n d Ma n u f a c t u r i n g E n g i n e e ri n g Ma v ． 2 0l 4 Vo 1 ． 4 3 N o ． 5 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 2 0 9 5 5 0 9 X． 2 0 1 4 ． 0 5 ． 0 2 2 基于 Mi n i t a b的全液压钻机测量 系统分析研 究 范 伟 中煤科工集团西安研究 院有限公司， 陕西 西安7 1 0 0 7 7 摘要 对全液压钻机关键零部件测 量 系统进行 重复性和再现性分析 ， 研 究评估 了测量 系统的 能 力、 方差分量贡献率和变异所 占百分比， 计算结果显示 不同的操作 员对测量结果的影响显著 ， 测 量方法的差异导致 了测量结果再现性的变异。 关键词 测量 系统； 重复性 ； 再现性 ； 方差分析 中图分类号 F 4 0 6 ． 2 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 4 0 5 0 0 8 30 3 在影 响产品质 量特征值 变异 的 6因素 人 、 机、 料、 法、 环、 测 中， 测量因素独立于其他 5种基 本质量因素作用于加工过程 。测量者的知识 和技 术水平 、 测量方式 、 测量系统参 照标准以及测量仪 器都会影响测量 系统 的能力⋯。在全 液压钻机 的 制造过程中， 主轴、 配油套 、 油路板等核心零部件的 加工质量直接影响整机的质量 ， 测量系统的能力在 此显得至关重要 ， 因此有必要对全液压钻机核心零 部件测量系统进行重复性和再现性研究 。 机抽取 I轴外径等 6个关键质量特征值 ； 量具为 H e x a g o n I n s p e c t o r 桥式 三坐标测量机 ， 主要性 能指 标 测量 范围 6 0 0 m m8 0 0 m m6 0 0 m m； 示值误 差 E≤2 ． 84 ￡／ 1 O 0 0 1 ．t m； 探测误差 R≤ 3 ． O p ． m； 被 测工件 最 大 质量 3 0 0 k g 。测 量程 序 和 方 法 参 照 H e x a g o n自带操作规程。 2 研究内容及方法 计量型测量系统 的研究内容包括偏倚性 、 稳定 性、 重复性 和再现性 。3名操作员对 6个关键指 1 研究对象 标进行测量， 每名操作员对每个被测指标测量 3 测量系统包含测量人员 、 被测工件 、 量具 、 测量 次 ， 为了减少上一次测量造成 的主观影 响， 每名操 程序和方法等要素⋯ 。从质检班组随机抽取 3名 作员在测量时拿到工件的顺序是随机的， 测量结果 操作员 ， 编号为 l ～ 3 ； 被测工件在机加工车间随 见表 1 。 表 1 6个质量特征值 的测 量结果 1 操作员 2 操作员 3 制檗作员 测量位置 测值 1 测值 2 测值 3 测值 1 测值 2 测值 3 测值 1 测值 2 测值 3 I 轴外径／ mm Ⅱ轴外径／ m m Ⅲ轴外径／ ra m 销孔 内径／ m m F C F圆柱度 F C F同轴度 1 0 5． o o 1 0 4． 6 5 1 0 5． 5 O 1 0 5． 7 0 1 0 8 ． 5 5 l 0 7 ． 53 1 04 ． 0 2 1 0 3 ． 8 7 l 0 5 ． O1 1 3 O． 0 7 l 31 ． o 6 1 3 0． 5 O 1 3 0． 5 5 1 3 3 ． 0 7 1 3 2 ． 2 5 1 2 9 ． 3 5 l 2 9． 7 7 1 3 0． 2 6 1 2 0． o o 1 2 0． O 5 1 2 0． 5 O 1 2 0． 2 3 1 2 1 ． 3 5 1 2 2 ． 25 1 2 0． 3 7 l 1 9． 3 7 1 1 9． 4 5 l 8． 0 5 l 7． 9 5 1 8． O 5 1 8 ． 7 5 1 9． 3 3 1 9 ． 5 7 l 8 ． 2 7 1 8 ． 1 l l 7． 5 6 0． 01 2 0． 01 2 0． O1 3 0． 01 5 0． 01 4 0 ． 01 4 0． O O 9 0 ． O O 9 0． 01 0 0． 0 1 6 3 0． 01 6 2 0． 01 6 2 0． 01 6 2 0． 01 6 4 0． 01 6 3 0． 01 6 2 0． 01 6 l 0． 01 6 0 3 测量 系统 的重 复性 和再现性分析 3 ． 1 选择统计分析方法 Mi n i t a b提供 了两种统计方法进行测量系统重 复性 和 再 现性 研 究 方 差分 析 法和 均 值 一极 差 法 。方差分析可以分析测量误差或其他测量系 统中数据变异来源 ， 结果相对准确 ； 均值 一极差法 收稿 日期 2 0 1 4 0 21 3 基金项 目 中煤科工集 团西安研究 院管理创新项 目 2 0 1 4 MS 0 2 5 作者简介 范伟 1 9 7 7 一 ， 男 ， 山西运城人 ， 中煤科工集 团西安研 究院有限公司工程师 ， 工程硕士 ， 主要研究方向为矿用钻探设 备加工制造及 质量管理 。 8 3 2 0 1 4年第 4 3卷 机械设计与制造工程 计算更为简单 ， 结果更为直观。本文选用方差分析 统计方法 对于给定的显著性水平 ， 将求得的 ， 比 与 F分布表 中的 F 一 比较 ， 当FF 。 一 ， ． 时， 认为因子 A是显著的， 否则是不显著的。 3 ． 2 数 据 分析 运行 Mi n i t a b软件 的量 具 R R分析模 块 ， 分 别得到研究变异 占比图 图 1 、 标准差分析表 表 2 和方差分析表 表 3 。量具 R R输 出结果显 示 ， 大致按 以下变异源分析 总变异性 的情况 1 合计量具 R R。包括 重复性 和再现性产 生 的差 异。 2 部件之 间的差异 。这是指 由于测量部 件 自身不同而产生的差异。理想 的情况是重复性与 再现眭几乎不产生变异 ， 绝大部分变异是由部件之 间的测量差异引起的。具体表现为 重复性与再现 性变异源只占非常小 的“ 方差分量贡献 ” 百分 比和 “ 研究变异” 百分比， 通常合计量具 R R在研究变 异中所 占的百分 比应该低于 3 0 ％ ， 对于重要测量 对象 ， 研究变异所 占百分 比应在 1 0 ％以下 。 图 1 研究 变异 占比图 表 2 标准差分析表 来源 自由度 平方和 均方 F 占百分 比为 9 8 ． 8 9 ％ ， 说明测量值 的主要差异源 自 部件 自身的不 同， 这是希望看到 的情况 ； 2 重复 性方差贡献率和研究变异分别为 0 ． 0 2 ％ 、 1 ． 2 9 ％， 说 明测量仪器波动引起 的变异在可接受范围内， 其 本身性能是可靠的； 3 合计量具 R R在研究变 异中所 占的百分 比为 1 4 ． 8 9 ％ ， 虽然低 于 3 0 ％ ， 但 由于被测量 的6个关键指标直接影响产 品整体质 量 ， 有必要进一步分析变异产生原因。 表 3给出在 0 ． 0 5水平下 的 F 比， 可以看出 操作员的 F比1 2 5 ． 5 6F o ． 9 5 2， 2 ， 再次证明不 同的操作员对测量结果的影响显著。 4 存在问题及纠正措施 4 ． 1 原 因分析 操作员的技能水平 、 工作态度和测量方法都会 影响测量误差 。经过对操作员测量方法和测量数 据 的分析 ， 发现导致 再现性 变异 的直接原 因是 1 被测工件表面粗糙度 高、 形状不规则 ， 导致测 量探头在工件上取点不一致 ， 进而产生尺寸或型位 误差 ； 2 测量 圆柱度 、 同轴度等型位误差时 ， 测量 点选取的疏密程度和布点 的均匀性对误差 的影响 较大 ， 通过与标准值 的比对发现 ， 选择测量点较多 的操作员其测量误差相对低一些 ， 研究表明 ， 测量 点的疏密程度和布点的均匀性所产生的误差要大 于仪器精度所产生的误差 ； 3 现场缺少标准化 的作业指导文件 ， 并且 3名操作员未经过集 中统一 的培训 ， 测量方法 的差异是测量值差异 的重要原 因 之一 。 4 ． 2纠 正措施及 效 果验证 将轴端面粗糙度降低至R 3 ． 2 ， 回转面粗糙 度降低至 R 0 ． 4 ， 测量圆柱度的布点数统一为 4 8 点 ， 重新对表 1中6个质量特征值进行测量 。考虑 改善效果的直观性和简易性 ， 验证采用均值 一极差 法 ， 运行 Mi n i t a b软件后得到样本数据对 比图和均 值极差控制图， 如图 2 、 图 3所示。 响应 X部件 结合图 1 和表 2分析 1 部件间研究变异所 图2 样本数据对比图 8 4 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ 加 O 2 0 1 4年第 5期 范伟 基于 Mi n i t a b的全液压钻机测量系统分析研究 莲5 0 0 剁1 ．2 肇 0 ． 8 蒸0 ．4 O ．0 x b a r 控制图 按操作员 l 2 3 ． 入 ／ ＼ L／ L L l 2 3 4 5 6 l 2 3 4 5 6 部件 R 控 制图 按操作员 2 3 l 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 l 2 3 4 5 6 部件 图 3 X b a r R控 制 图 图 2表明每个部件的多个测量值非常接近 ， 而 不 同部件平均值之间的差别又很 明显 ， 表明测量系 统对相同部件一致性 和对不 同部件差异性 的有效 区分 ； 图 3表明测量系统有足够的灵敏性来区分各 样本的偏差 ， 3名操作员的测量结果 的平均值与图 2中部件测量值的变化规律一致。此外 ， 各操作员 对样本的测量结果都控制在极差限值内， 表明3名 操作员在经过集 中培训后测量方法得到了统一。 5结束语 本文对全液压钻机测量系统进行 了重复性 和 再现性分析研究 ， 通过计算部件间重复性和再现性 研究变异所占的百分比， 证明测量系统存在不合理 的变异 ， 而不 同操作员之间的不同测量方法是导致 UCL 1 ．2 6 8 R 0 ． 4 9 3 L CL O 测量系统变异的主要原 因， 所得结论为改 良全液压 钻机关键零部件测量系统 、 优化操作人员作业方法 提供了理论依据。 参考文献 [ 1 ] 何桢 ， 李国春 ， 石 金桥 ， 等． 工 序质量分析与控 制中的多变异 分析方法[ J ] ． 系统工程理论与实践， 2 0 0 0 ， 1 8 5 4 2 - 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