正交試驗法在冰箱匹配中的應用

張靖強

(陜西寶雞長嶺冰箱有限公司 陜西寶雞 721006)

冰箱的匹配涉及儲藏溫度、耗電量、冷凍能力、冷卻速度、噪聲以及經濟性等多方面的指標，雖然可以進行設計計算，但要達到最佳匹配仍然需要試驗確定，即使取得一定經驗的匹配工程師也需要多個輪次的試驗才能最終確定各器件的參數。冰箱制冷匹配中影響性能的有壓縮機、蒸發器面積及形式、冷凝器面積及形式、毛細管流量、充注量、保溫層厚度、門封結構等多個因素，為了減少試驗數量，在實踐中往往根據經驗固定部分參數而調整另一部分參數，顯然難以達到各參數的最佳組合。然而進行全數試驗則數量太大，本文旨在通過正交試驗方法，以能效指數（耗電量最小）等指標構建綜合評價指標為主要目標的匹配參數確定。

1 試驗方案設計

據悉，正在修改中的GB/T 8059-1995冰箱國家標準，將對產品的性能分等分級，即對冰箱的能效指數、噪聲、負載溫度回升、冷凍能力、冷卻速度及冷藏食品儲存質量6項指標進行分級，每項指標均按國際先進水平、國內先進水平、國內中等水平、國內一般水平分為A、B、C、D四級，全部指標均達到A級的產品即為6A產品[1]。要使這六項指標達到全部達到A級，對制冷匹配工作是相當大的挑戰，由于正交試驗方法評價指標只有一個，我們可以根據產品的定位確定某幾項指標并給予適當的權重而形成一個綜合指標。在這六個指標中，負載溫度回升主要取決于箱體結構及發泡、冷藏食品儲存質量不僅與制冷有關，還與冷藏室的氣體成分等其他因素有很大關系，因此這兩個指標不在本次實驗中考慮，為了實驗的快速，將冷凍能力和冷卻速度合并為之考察冷卻速度，其他項目要求合格，總體設計如表1的綜合指標。

表1 綜合指標計算

表2 因素水平表

表4 實驗表

表3 冰箱正交試驗安排表

2 因素分析

在BCD-220CN9的開發時，我們采用正交試驗法進行匹配，根據設計目標耗電量0.49kWh/24h以及目標成本確定了箱體結構和發泡層的厚度，按照冷藏室平均厚度75mm，冷凍室100mm。根據冰箱制冷系統的特點，我們確定了以下四個因素：

（1）蒸發器，冷凍室蒸發器采用絲管式結構，按照38℃環溫最大負荷確定制冷面積大小；本冰箱為直冷式串聯結構，由冷藏室溫度控制整個冰箱的運行，因此，冷藏室蒸發器的面積大小以及布置方式可以影響冷卻速度、耗電量等。本文選取如圖1所示的E1、E2、E3為3個水平。

（2）毛細管流量，毛細管是冰箱的節流裝置，影響冰箱穩態時的運行狀態，對耗電量、噪聲均有影響，根據其他型號匹配經驗，選取毛細管流量200L/h、220L/h、240L/h 為3個水平。

（3）制冷劑充注量，有大量的文獻討論R600a在冰箱上的最佳充注量問題，因為壓機、流量等發生變化后勢必影響最佳充注量，所以本文將其作為因素之一靠試驗確定。本文選取45g、50g、55g為3個水平。

（4）壓縮機，在結構確定后，壓縮機只與預期的開機率和功率有關系，小冷量的壓機功率雖小但是其開機率卻會增大，而大冷量的壓機開機率小但是功率會增大，因此，壓機冷量的選擇對耗電量的影響是雙重的，需要試驗確定。如表2所示，選取NE82NAEM、NE88NAEM、HKD93AA為3個水平。

以上安排即為四因素三水平的試驗方案，全數試驗需要34次，查正交試驗表做如表3的安排則只需要9次試驗。

3 試驗分析

正交試驗的結果分析有兩種方法：一種是直觀分析，該方法簡單明了；另一種是方差分析。在本試驗中，直觀分析已能夠明晰的指出最佳結果，因此只做直觀分析。在表4中，計算出綜合得分后，計算各因素三個水平的均值，如蒸發器的均值1=（79.83+96.31+86.65）/3=87.597，毛細管的均值3=（86.65+74.22+89.94）/3=83.603；

從表4可以看出充注量的極差最大，其次是壓縮機和毛細管，說明在給定的范圍內充注量對性能影響最大。

從圖2和圖3可以看出，取冷藏室蒸發器為E2、毛細管220、充注量50、壓縮機為NE82NAEM則性能最好，因此說，正交試驗可以找到最優的實驗方案。

4 試驗結論

按照國家標準，考核冰箱性能的指標很多，本文以耗電量、噪聲、冷卻速度等構建了綜合評分標準，做為最佳試驗匹配的評判標準。

正交試驗提供了一種多種因素多個水平用最少的試驗次數來得出實驗結論的方法，減少了試驗迭代的次數，確定試驗改進的方向。本實驗用9次試驗，也就是總共制作9臺樣機同時試驗，一次性找到了冰箱系統的最佳匹配參數。

應用本實驗確定的參數，在小批量生產中略微的調整即達到了國家標準的要求。

[1] 郎志正.質量管理及其技術和方法. 中國標準出版社.2003.