電磁兼容實驗室本底校場數據質量統計過程控制研究

毛曉君 蔣慧 游元杰

摘 要：機動車產品電磁兼容測試技術的不斷拓展，為保證實驗室對數據輸出及報告質量得以控制和提高，需要建立一套針對實驗室數據特性的質量監控和報警系統。本文提出一種將質量統計技術運用于研究電磁兼容實驗室本底校場數據質量統計過程控制的方法，通過建立標準化工作流程積累數據，掌握質量缺陷發生趨勢，排查解決實驗室數據質量問題，達到持續改進實驗室質量工作的目的。

關鍵詞：電磁兼容 統計過程控制 質量監控 報警系統

中圖分類號：TN97 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）07（b）-0087-04

研究目的在于能在開始測試之前對實驗室數據質量發現測試系統的質量缺陷，通過數據積累掌握質量缺陷發生趨勢，建立標準化工作流程排查解決實驗室數據質量問題，持續改進實驗室質量工作。

目前大多數的電磁兼容實驗室對于質量管理仍舊停留在保證質量體系穩定運行的定性管理上，由于電磁兼容實驗室的設備精度，場地差異等因素的復雜性和多樣性，尚未有標準化的電磁兼容實驗室質量數據定量分析的手段和方法。通過質量統計過程控制原理和運籌學統計理論的學習，發現可以將質量統計技術運用于研究和開發。

1 總體方案設計

質量統計過程控制工程目前往往在企業中比較多見，在企業質量管理和質量提升方面，被視作為一種“報警裝置”，我們可以通過質量控制圖直觀地發現企業產品的質量是否出現了缺陷。質量控制圖發源于歐美，20世紀90年代更在日本企業手中發揚光大。

電磁兼容實驗室同樣也可以利用質量控制圖監控實驗數據是否存在異常波動，保證對外數據輸出的穩定性和可靠性，在測試開展前期，我們可以通過控制圖判斷出實驗系統是否存在質量缺陷，在造成損失之前，發現問題，解決問題。電磁兼容實驗室有著一些不同于其他實驗室的特點，在控制圖制作之前，我們需要先明確如何用易于操作并且快速準確的方法來制作控制圖，建立起報警裝置。

控制圖一般分為兩種類型，計量型及計數型。計量型控制圖容易探測過程中的質量變異，能幫助及時找出變異原因，使質量穩定。計數型需在樣品或者數據完成后才能實行，樣本獲得容易能直觀體現整體質量水平。

因為目的是在于電磁兼容實驗室中建立質量預警裝置，所以需在對樣品正式測試之前，對實驗室本底及校場數據進行質量控制，而不是對實驗室本底和校場數據進行合格不合格統計，并且想通過質量控制圖來尋找出問題。綜合以上需求，故選擇計量型Xbar-R chart均值-極差控制圖。控制圖如圖1所示。

2 控制圖數據建模

2.1 選擇子組樣本容量、頻率和數量

子組容量原則：子組內的樣本之間出現變差的機會要盡量小，一般為4～5次（連續測量）。

分組頻率（是指子組之間的間隔時間）原則：要能反映出潛在的變化。它與研究的目的有關，如想暴露短時間存在的問題，則組間的間隔要短。反之可以加長，可以每小時、每班、每周，視目的而異。

子組數量原則：收集數據的時間足夠長、確保變差原因有機會出現。一般25組或更多些，數量的增加可使置信度提高。

2.2 建立控制圖并作好原始數據的記錄

把控制限畫在控制圖上。

3 數據篩選

以10m法半電波暗室本底數據為例，由于本底數據數量龐大，每個頻點都進行監控將使得統計工作十分緩慢，所以根據ECE法規標準方法，在30～1000MHz中篩選數據篩選方法為選取30～34MHz、34～45MHz、45～60MHz、60～80MHz、80～100MHz、100～130MHz、130～170MHz、170～225MHz、225～300MHz、300～400MHz、400～525MHz、525～700MHz、700～850MHz、850～1000MHz中的準峰值測量最大值作為統計樣本。

對于抗擾度測試來說，每個標準對測試頻點都有不同步進要求，為使統計過程盡可能滿足各類客戶對于頻點的質量要求，我們根據ISO 11451-1標準中給出的標準步進表，對抗擾度校場數據進行統計過程控制。

4 軟件制作

用AVERAGE函數和復制拖動，計算10組數據每組的平均值（如圖2）。

用MAX（B3：B8）-MIN（B3：B8）來計算組內極差（如圖3）。

用AVERAGE函數計算“總平均值”，范圍從$B$2到$U$6，然后拷貝直到U10單元（如圖4）。

用AVERAGE函數計算“平均極差”值，范圍從$B$8到$U$8，然后拷貝直到U11單元（如圖5）。

計算控制圖上控制限UCL=總平均值+A2×平均極差、LCL=總評均值-A2×平均極差、CL=平均值（A2為統計技術常數，詳情見表1）（如圖6）。

用鼠標選中“組內平均值”后面的數據B7-U7，然后按住Ctrl鍵，用鼠標分別選中UCL、CL、LCL后面的數據。

點擊工具欄中“圖表向導”按鈕，在彈出的對話框中選擇“折線圖”后，按完成退出（如圖7）。

至此控制圖制作完畢，控制圖制作并不繁瑣，但需要大量的統計數據支持，才能真正顯示出實驗室的質量特性，幫助標準化工作手冊建立，讓實驗室數據質量得以控制，待數據足夠多時，方能完成此質量報警系統。

5 控制圖應用

根據控制圖原理，當某組監控頻點的數據低于或高于控制限制，我們視為此現象為質量報警現象，需要根據制定故障排除及標準化工作手冊，一步步根據指示進行質量故障排查，避免最終數據導致客戶滿意度下降。相關流程圖示例詳見圖8。

6 結語

本系統的建立能夠實現對于電磁兼容實驗室數據質量的監控，并對設備進行排查，減少了因為測試設備或者測試軟件的誤操作以及損壞帶來的質量故障事件數量，可以提供實驗室工作效率，為實驗室帶來更加高效的質量控制方法。

通過研究，研制了一套專用于汽車整車電磁兼容測試的質量報警系統，在研究的同時我們發現，在實驗室設備運行質量和場地變化較小的測試環境下，我們同樣也可以將這套系統用于監控整車產品或者零部件一個長期的電磁兼容性能的質量管控，為長期在實驗室進行研發測試的客戶提供一個質量監控方法，便于開展機動車產品研發工作。

參考文獻

[1] ECE R10 Rev.5 UNIFORM PROVISIONS CONCERNING THE APPROVAL OF VEHICLES WITH REGARD TO ELECTROMAGNETIC COMPATIBILITY[S].2014.

[2] ISO 11451-1：2015 Road vehicles–Vehicle test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy–Part 1： General principles and terminology[S].2015.