動車組電氣裝配質量因素分析及改進方法

曲 雙 梁飛航 任宇欣

(1.中車長春軌道客車股份有限公司工程技術部/高速動車組制造中心，130062，長春； 2.天津大學管理與經濟學部，300072,天津； 3. 吉林大學機械與航天航空工程學院，130022，長春//第一作者，教授級高級工程師)

動車組設計和加工過程的誤差會對整車裝配產生影響[1]。動車組的功能實現依賴于電氣傳動與控制，因此，電氣裝配尤為重要。本文對動車組電氣裝配質量進行因素分析，確定影響裝配質量的因素并提出改進建議。本文采用的技術分析路線如圖1所示。

1 電氣裝配流程

動車組電氣裝配需要在兩個車間進行，下線車間根據圖紙要求剪線并運送至裝配車間，裝配車間執行布線、設備安裝、接線和絕緣耐壓試驗4大流程[2]。實際情況調查表明，對電氣裝配質量影響最大的操作難點是低壓箱端子排接線問題[3]。

圖1 動車組電氣裝配質量技術分析路線

2 低壓箱接線過程能力分析

現場調查動車組電氣低壓箱30個。假設：每個低壓箱的端子排接線為465根，可接受容錯率為1%，即每只低壓箱可接受的接錯數為4根。根據以上假設及現場低壓箱實際接錯數統計，低壓箱端子排接線過程能力指數的計算過程如下：

式中：

w——低壓箱數，取值30；

Gi——第i個低壓箱的實際接錯數；

Gμ——低壓箱可接受的接錯數，取值4；

GP——低壓箱端子排接線過程能力指數。

通過以上計算可知，低壓箱端子排接線過程能力較差，應采取改進措施。

3 低壓箱接線影響因素分析

通過以上分析可知，低壓箱端子排接線過程能力缺乏，需要對其進行因素分析。利用質量分析方法中的魚骨圖分析法[4]找出影響接線質量的因素(見圖2)。

圖2 接線質量魚骨分析圖

4 影響接線質量因素評價

4.1 評價方法篩選

層次分析法主觀影響大，灰度分析法缺乏主觀因素之間的關系判斷[5]，故將層次分析法與灰度關聯分析法結合,以彌補兩種方法的不足。

4.2 灰度層次分析法

4.2.1 建立層次結構模型

目標層為“提高接線質量”，準則層為“解決時間”“解決成本”“解決效率”。篩選后影響因素為9項，如圖3所示。

4.2.2 構建判斷矩陣及一致性檢驗

(1)構建判斷矩陣。根據現場收集的數據，構建判斷矩陣，逐個比較要素，按照從1到9的權重進行賦值。依照圖3進行運算，得到的準則層判斷矩陣如表1所示。

判斷矩陣計算公式如下：

表1 接線質量準則層判斷矩陣

式中：

aij——第i行第j列的值；

m——判斷矩陣項數。

根據判斷矩陣公式計算λmax,從而進行一致性檢驗,代入表1數據計算后所得結果如下：

W1=0.873 6，W2=0.464 2，W3=2.466 2；

W10=0.299 7，W20=0.122 0，W30=0.648 3;

A1=2.462 1，A2=1.392 4，A3=7.408 0；

λm1=3.003 8，λm2=2.999 6，λm3=3.003 8;

(2)一致性檢驗。一致性檢驗指標計算式為：

計算結果為：

IC=0.001 2 (m=3)

平均隨機一致性指標IR=0.52(查表可得)

一致性比例RC=IC/IR=0.002 3<0.1

RC<0.1表示滿足一致性檢驗。

4.2.3 確定準則層權重及一致性檢驗

(1)速度權重。由圖3可知，B1為“解決速度因素”，Ci為第i種影響因素的替代符號。從準則層3個因素得出的9個影響因素的重要度排序如表2所示。

表2 影響因素在速度方面權重

由表2計算得出的速度方面權重為：0.217 6；0.060 5；0.281 1；0.162 3；0.078 1；0.044 7；0.034 3；0.087 1；0.034 3。一致性檢驗結果如下：

λmax=9.999 3 (m=9)

IR=1.46(查表可得)，IC=0.124 9

RC=IC/IR=0.085 5<0.1

(2)成本權重。同理計算得出的成本權重為：0.208 1；0.082 1；0.154；0.058 8；0.114 5；0.042 7；0.031 9；0.283 8；0.024 1。一致性檢驗結果如下：

λmax=9.224 9 (m=9)

IR=1.46(查表可得)，IC=0.028 1

RC=IC/IR=0.019 2<0.1

(3)效率權重。同理計算得出的效率權重為：0.207 7；0.116 7；0.025 5；0.278 3；0.044 4；0.034 5；0.083 6；0.153 8；0.06。一致性檢驗結果如下：

λmax=9.268 7 (m=9)

IR=1.46(查表可得)，IC=0.033 6

RC=IC/IR=0.023<0.1

建立綜合評價模型，評價準則有3個(m=3)，評價因素有9個(n=9)，接線效率特征矩陣為：

X={e1e2e3}={0.229 7 0.122 0 0.648 3}

4.2.5 計算關聯系數和關聯度

式中：

ρ——關聯指數。

(1)對指標進行標準化處理

X1={0.354 3 0.531 1 1.000 0}

Tk1={0.217 6 0.208 1 0.207 7}

《創傷與急危重病醫學》雜志(國際標準連續出版物號ISSN 2095-5561，中國標準連續出版物號CN 21-1588/R)是由國家新聞出版總署批準的公開出版物。本刊由沈陽軍區總醫院主管、主辦，以國內外從事創傷與急危重病等相關學科的廣大臨床醫師為主要讀者和作者對象；以面向臨床，突出實用，注重傳播創傷與急危重病醫學最新研究進展及臨床救治中難點、熱點的爭鳴討論為重點；以促進和提高廣大臨床醫師救治水平為辦刊宗旨。本刊為ASPT來源期刊、中國期刊網來源期刊，由中國知網(www.cnki.net)、萬方數據(www.wanfangdata.com.cn)等全文收錄；具有較高的學術性、實用性及可讀性。

?

Tk9={0.034 3 0.024 1 0.060 0}

(2)求差序列

ΔTk1={0.136 7 0.323 0 0.792 3}

?

ΔTk9={0.320 0 0.507 0 0.940 0}

(3)兩級最大差和最小差

k1max=|XI(k)-Tk1(k)|=0.792 3

?

k9max=|XI(k)-Tk9(k)|=0.320 0;

k1min=|XI(k)-Tk1(k)|=0.792 3;

?

k9min=|XI(k)-Tk9(k)|=0.320 0

所以，Δmax=0.974 5,Δmin=0.073 2。

(4)灰色關聯系數計算。ρ應該在(0,1)內部,ρ越小則越強，通常取0.5。

(5)灰色關聯度。灰色關聯度結果如表3所示。由表3可知：C4>C3>C1>C8>C5>C2>C6>C7>C9。

表3 灰色關聯度結果

5 改進方法

以發明問題解決理論(TRIZ)[6]為指導，結合工業工程知識，提出低壓箱接線過程改善的解決方法。

5.1 接線工作臺改善

5.1.1 功能分析

接線工作臺功能分析模型如圖4所示。功能分析結果表明：座椅靠背對人作用不足；螺紋底座對螺紋桿作用不足；操作柜對圖紙作用不足。

圖4 接線工作臺功能分析模型圖

5.1.2 座椅改進

(1)座椅高度：根據人體測量數據，座椅距底面的高度不應低于40 cm，故應增加腳踏板。

(2)座椅深度寬度：取第5百分數的3/4，按照人體測量尺寸應為350～400 mm，寬度不應小于400 mm。

(3)靠背：當前車間座椅采用中靠背，對腰椎沒有起到良好的支撐作用，應采用全靠背設計；搖擺角度應是 95°～110°；人體測量上半身(包含頭部)平均為690～700 mm,為保證頭部支撐，靠背部分與頭部總長設計為750 mm，脖子處適當凸起，寬度方面取 410 mm。

(4)座椅面傾斜角：一般工作狀態時傾斜角設計為3°，休息為5°以上，因此，傾斜角設置在工作和休息之間的4°。

5.1.3 螺紋底座改進

螺紋伸長存在物理矛盾。當前采用的是嵌套方式[7]，采用液壓與氣壓原理也可以解決高度問題。座椅與底部接觸不牢產生晃動，適當增大螺紋接觸面積能夠有效的降低晃動。加長螺紋旋進長度，減小晃動。氣壓缸會受到溫度與操作頻率的影響，從安全角度考慮，應選擇螺紋連接。

5.1.4 操作柜改進

(1)矛盾矩陣。希望支撐圖紙的操作柜能夠適應圖紙不同的位置變化，但加大了操作柜結構的復雜性，產生技術矛盾。查找矛盾矩陣其中氣壓與液壓原理和機械系統替代原理，可以改進現有結構，實現高度轉換。

(2)物質—場模型[8]。由圖5可見，場的作用力不足導致操作平臺對圖紙的支撐作用不足。通過采用一個容易控制的場代替一個不易控制的場[9]，即在當前的圖紙和操作平臺間引入另一個更易于操作的物質加強對圖紙的控制。

圖5 物質—場模型圖

利用特性轉移方法，考慮與當前系統有同樣要求的學生書桌及置書架，可將其結構轉移至操作柜上。操作柜結構采用鋁合金或不銹鋼材質，用螺紋連接，結構簡單容易實現。連桿機構控制操作平面升高時，當低壓箱位置在側面且較低時，平臺會與低壓箱碰撞。由于操作平面的高度和角度的調節不靈活，因此采用夾具改善使之更便捷有效。

5.2 剪線長度

電線從扎線桿接入端子口時，接線箱空間狹小電線數量多，排列整齊有助于防止電線纏繞，便于后期檢查。剪線長度不固定。

5.2.1 技術矛盾

接線過程中電線的預留長度相似，這有助于改善接線箱復雜性，但是會讓操作過程變復雜。通過查找矛盾矩陣加以解決[8]。

5.2.2 解決方案

將多余的電線剪至恰當長度，以此為衡量標準，可減少操作者考慮時間，且沒有增加額外成本。

5.3 規定休息時間

5.3.1 計算能耗量

假設：人體身高為1.7 m，體重70 kg，基礎代謝平均值為157.5 kJ/(m2·h)，能量代謝率為3.5，最多連續工作4 h。計算得出，仰視情況下平均能耗為21.96 kJ/min，平視情況下平均能耗為19.63 kJ/min。

5.3.2 計算休息時間

假設同前，計算得出：仰視情況下工作19.3 min后應休息6 min，平視情況下工作35 min后應休息6 min，并可適當調整。

6 結論

本文通過分析電氣裝配流程，確定了低壓箱接線過程是薄弱環節；通過分析接線環節的過程能力，進行了過程能力判斷；通過魚骨圖找到了影響接線質量的因素。利用層次與灰度分析相結合的方法對影響接線質量因素進行了重要度排序，運用TRIZ理論與工業工程相結合方法解決了問題。

本文得出了可以解決過程質量問題的通用方法：第一步，明確具體操作流程，根據實際情況找到問題環節；第二步，找出問題環節中對質量影響最大的操作過程，對其進行過程能力分析，判斷是否需要改進，如需改進則執行第三步；第三步，搜集質量數據，使用質量分析工具得出影響質量的因素；第四步，根據需求使用評價方法對質量因素進行排列，得出解決問題的優先順序；第五步，運用TRIZ理論與工業工程方法提出解決問題的措施。