基于成組技術的多品種小批量武器裝備備件抽樣檢驗方法

張士軍， 劉志國

(軍械工程學院基礎部， 河北 石家莊 050003)

基于成組技術的多品種小批量武器裝備備件抽樣檢驗方法

張士軍， 劉志國

(軍械工程學院基礎部， 河北 石家莊 050003)

針對多品種、小批量武器裝備備件的檢驗、驗收問題，提出了相似備件成組檢驗方法。該方法利用相似原理和成組技術，通過識別相似質量特征的備件總體檢驗、判定備件質量一致性，并將不同品種或規格的武器裝備備件進行成組檢驗，最后通過某軍工企業的實例對其可行性、可信性進行了驗證。結果表明：應用相似備件成組檢驗方法，通過合并組批可大幅減少平均抽樣率和檢驗工作量，有效提高了武器裝備備件檢驗、驗收的效率。

多品種小批量； 成組技術； 抽樣檢驗

隨著我軍武器裝備的快速發展和戰備訓練任務的加強，武器裝備備件的品種顯著增加，年采購的總體規模顯著擴大，但同型號、同品種批量采購的數量并不多，武器裝備備件采購訂購過程中小批量、多品種備件的檢驗、驗收問題日趨突出。由于武器裝備備件規格復雜、專用性強，不同武器裝備備件涉及的生產過程、設備、工藝、人員也各不相同，使得各類武器裝備備件的質量水平存在很大的波動性。若按照傳統的分品種、分規格的質量控制和驗收方式，依據常用的抽樣檢驗標準[1-3]來設計抽樣檢驗方案，由于采購批量過小，常常檢索不到合適的抽樣方案，或檢索到的方案所需的樣本量較大，有時甚至需要全檢，使得備件檢驗、驗收的工作量和費用大幅增加。如何利用現代質量保證技術和統計理論，科學合理地設計和評價武器裝備備件抽樣檢驗方案，在保證備件質量的前提下盡量降低檢驗的工作量和成本，已成為迫切需要解決的現實問題。

成組技術(Group Technology，GT)[4-5]通過利用事物之間的客觀相似性，按照確定的準則將相似產品聚類，減少產品的品種數量，從而達到提高檢驗效率、降低檢驗成本的目的。該方法已在國內外多品種、小批量生產中得到廣泛應用，如美國軍工企業在20世紀90年代所采用的3項新技術之一就是成組技術，現已廣泛應用于其軍工產品的設計、制造、管理等各個環節[6-10]；但將其應用于產品檢驗、驗收的研究成果尚不多見。

筆者針對小批量、多品種備件檢驗、驗收的特點，應用成組技術研究了相似備件成組檢驗方法。該方法根據相似性原理識別出質量特征相似的備件，在檢驗判定相似備件總體質量一致性的基礎上，將不同品種或規格的備件聯合組批進行成組檢驗，進而將備件品種由“多”化“少”、將小批量合并為相對較大的批量，有效地提高了武器裝備備件檢驗、驗收的效率。

1 成組技術的基本原理

成組技術是按照一定的準則將有關事物分類成組。“組”一般為具有某些共同屬性的事物的集合。應用成組技術進行備件分類時，常采用“備件族”來描述具有某些共同屬性的備件集合。通常采用編碼分類法進行備件分類，其主要步驟如下。

1) 備件編碼。備件編碼是指采用字符(數字、字母或符號)對備件各有關特征和屬性進行描述和標志。通過備件編碼可使備件有關信息代碼化，為設計分類算法奠定基礎。

一般通過設計備件分類編碼系統進行備件編碼。備件編碼分為橫向環節(又稱粗分環節)和縱向環節(又稱細分環節)，每一橫向環節都包括若干縱向環節。在編碼系統中，橫向環節為“碼位”，縱向環節為“特征項”或“特征信息”。通過編碼就可采用規定的字符來代表每個縱向環節上所描述的備件特征和屬性。

2) 制訂相似性標準。合理制定備件族相似性標準是實施編碼分類的關鍵。相似性標準過高，會導致備件分類過細，難以成組；相似性標準過低，則會導致分類過粗，使同一組內的備件種類太多，組內各備件之間差異性太大。

目前，相似性標準制定方法主要有特征碼位法、碼域法及特征位碼域法，其中：特征碼位法只要求備件在若干特征碼位上的某個特征屬性相似；碼域法可適當放寬每一碼位相似的范圍，從而使編碼不同、但具有一定特征相似性的備件仍可屬于同一備件族；特征位碼域法對各碼位都規定了相應的碼域，僅對非特征碼位放寬到全碼域。因此，特征位碼域法綜合了特征碼位法和碼域法的特點，既抓住了備件分類的主要特征，又適當放寬了其相似性要求，可得到滿意的分類結果。

3) 形成備件族。應用特征碼域法制定若干相似性矩陣，將備件編碼與各相似性矩陣逐個進行比較，若備件編碼與某一備件族特征矩陣相匹配，則該備件就屬于此備件族，進而將不同種類的備件合并為數量較少的備件族。

2 成組檢驗步驟

2.1 相似備件總體識別

結合“人、機、料、法、環測”質量影響因素，應用編碼分類法及備件編碼系統進行備件編碼，根據制定的相似性矩陣初步識別質量特征相似的備件總體。

利用特征位碼域法制定相似性矩陣，需要確定特征碼位及其碼域：1)應用層次分析法確定各個特征碼位的權重，并選取權重系數較大的若干碼位作為特征碼位；2)應用模糊隸屬度方法[11]確定碼域。首先確定一個基準的特征碼，然后根據貼近度對其他特征碼的隸屬等級進行綜合評判，最終確定特征碼位的碼域。

2.2 相似備件質量一致性檢驗

由于不同種類的備件涉及的生產過程、設備、工藝、人員各不相同，即使備件在許多方面都是相似的，其質量水平也會有很大的波動，而批內質量的一致性是實施成組檢驗、制定統一抽樣方案的前提。設有a種備件，其不合格品率為pi(i=1,2,…,a)，若p1=p2=…=pa，表明a種備件的質量水平一致；否則，其質量水平不一致。因此，質量水平一致性檢驗問題可歸結為如下的統計假設檢驗:H0:p1=p2=…=pa;H1:p1,p2…pa不全相等。該問題屬于擬合優度檢驗或離散多元分析中“齊一性的檢驗”問題。應用χ2檢驗法[12]進行齊一性檢驗，具體檢驗步驟如下。

1) 收集統計數據,建立如表1所示的列聯表。

表1 列聯表

2) 利用表1所示的數據構造統計量

若原假設H0成立，當樣本容量n→∞時，Z的分布趨向于自由度為a-1的χ2分布，即χ2(a-1)[12]。

由此可得：對于給定的檢驗水平α，記統計量Z的值為Z0，當Z0>χα2(a-1)時，否定H0，即判定p1,p2,…,pa不全相等；否則，判定p1=p2=…=pa,a種備件的質量水平是一致的。

3 案例分析

某軍工企業近年來承接生產的備件品種逐年顯著增加，但同型號、同品種的備件數量卻較少。其中：訂購量在100件以下的約占總訂購量的90%;訂購量在10件以下的占總訂購量的10%。

3.1 備件編碼

根據備件的結構、功能等因素，可將機械類備件分為齒輪類、軸類、箱體類和板塊類。按備件結構復雜程度中等、訂購批量適中(10～30)的原則，從每類中選擇若干品種的備件，表2為齒輪類和軸類備件中選擇的若干品種。

結合備件檢驗目的及特點設計了備件編碼系統，如表3所示。該編碼系統采用阿拉伯數字編碼，共有7個碼位，碼值為0～9。其中：第1-5碼位分別為備件類型、原材料、設備類別、表面處理和熱處理；第6碼位為尺寸精度等級;第7碼位為尺寸公差等級。由表3可看出每個碼位下的特征項：原材料特征項為備件所用的鋼材型號；設備類別特征項為加工備件所用的機床類型；表面處理和熱處理特征項為備件的加工方法，其中磷化+涂漆表示在表面處理時先進行磷化處理再進行涂漆處理;尺寸精度特征項為備件的尺寸精度等級，對于齒輪類備件，按相關標準的要求分為4-9級，由于軸類、箱體類和板塊類備件沒有明確劃分尺寸精度等級，故該類備件的尺寸精度等級均為無等級。尺寸公差特征項分為IT5-IT11。

表2 齒輪類、軸類備件中選擇的若干品種

利用編碼系統對選擇的備件品種進行編碼，其中齒輪類和軸類備件品種的編碼如表4所示。

表3 備件編碼系統

表4 選擇的齒輪類和軸類備件品種的編碼

3.2 相似備件總體識別

利用層次分析法確定各碼位的權重，并進行排序。齒輪類備件的碼位權重排序為w6>w7>w5>w4>w3>w2;軸類備件的碼位權重排序為w7>w5>w3>w4>w2。

由此可見：原材料對最終結果的影響最小，故將2碼位放寬到全碼域。對于其他碼位，由于不同類型的備件其重要程度各不相同，應確定為特征碼位。根據碼位權重排序結果，應用模糊隸屬度方法確定各特征碼位的碼域。根據特征碼位和碼域，制定各備件族的相似性特征矩陣，將備件合并成若干備件族。表5為某備件族的相似性特征矩陣。

表5 某備件族的相似性特征矩陣

3.3 形成備件族

將選取的備件編碼與上述相似性特征矩陣進行比較，可得合并后的齒輪類和軸類的備件族，如表6所示。

表6 合并后的齒輪類和軸類備件族

3.4 質量一致性檢驗

該企業通過應用相似備件成組檢驗方法，將24種備件合并成了11個備件族，備件種類減少了54.1%，實現品種由“多”化“少”。經過合并組批，批量大都在50以上，少數批量達到90，從而實現了批量由“小”化“大”。按照原來的分品種和分規格的檢驗、驗收方式，需要抽取的樣本量為85；而按照相似備件成組檢驗方法，抽取的樣本量僅為55，平均抽樣率減少了42%，檢驗工作量減少了35%。

4 結論

本文提出的相似備件合并成組檢驗方法，綜合利用了成組技術、層次分析法、模糊隸屬度方法、χ2檢驗法等工程技術與數學理論，充分考慮了“人、機、料、法、環、測”等方面的質量特征及質量波動，較好地解決了多品種、小批量武器裝備備件檢驗這一熱點問題。該方法主要應用于機械類備件的檢驗，對于電子類備件及結構比較復雜的備件檢驗尚需進一步研究。

[1] GJB179A—96 計數抽樣檢驗程序及表[S].

[2] GB/T6378.1—2008 計量抽樣檢驗程序第1部分：按接收質量限檢索的對單一質量特性和單個AQL的逐批檢驗的一次抽樣方案[S].

[3] GB/T13264—2008 不合格品百分數的小批計數抽樣檢驗程序及抽樣表[S].

[4] 許惠香，蔡建國.成組技術[M].2版.北京:機械工業出版社,1997:14-17.

[5] 金以元. 成組技術的研究與探討[J]. 航天制造技術，2005(3)：32-35.

[6] 顧永鳳，楊辰，佘建國. 仿真系統中基于成組技術的柔性胎架三維結構設計[J]. 艦船科學技術，2015，37(6)：127-129.

[7] 成國煌，夏勝雄，王宇，等. 基于成組技術的車間實時反饋模型研究[J].數字軍工，2012(2)：41-44.

[8] 石曉強. 成組技術在典型航天產品生產調度中的應用[J].航空制造技術，2009(23)：83-85.

[9] 朱曉燕.利用統計技術對多品種小批量生產過程進行質量控制[J].中國質量，2007(5):11-12.

[10] 郭燕紅.多品種小批量生產與成組技術[J].航天制造技術,2002(3):38-39.

[11] 葛江濤，劉雅奇.基于模糊隸屬度的雷達對抗系統作戰試驗鑒定[J].航天電子對抗,2014,30(1):56-57.

[12] 陳希孺. 數理統計引論[M]. 北京：科學出版社，2007：310-315.

(責任編輯: 王生鳳)

Method of Sampling Inspection for Weapon Spares of Multi-varieties and Small Batch Based on Group Technology

ZHANG Shi-jun, LIU Zhi-guo

(Department of Fundamental Courses, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

The method of group inspection for similar spare parts of weaponry is proposed against the pro-blem of inspection and acceptance of multi-varieties and small batch weapon equipment. This method utilizes the similarity principle and the group technology to examine and judge the quality consistency of spare parts through identifying products of similar quality, and group inspection is carried out for different quality or size of spare parts. Finally, the feasibility and validity are verified by some example sat a military factory. Results show that the inspection method using similar spare parts and grouping can improve the test and acceptance of weapon equipment effectively and technically by reducing the workload of testing and average sampling ratio.

multi-varieties and small batch; group technology; sampling inspection

1672-1497(2015)06-0010-04

2015-06-28

張士軍(1968-)，男，副教授，博士。

F273.2

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.06.003