SPC 試驗設計在改善鐵道車輛緩解速度 過程中的探索

張興川 劉元森 楊德勝

（成都鐵路局集團公司重慶西車輛段， 重慶）

0 引言

隨著近幾年我國經濟的發展和社會主要矛盾的轉變，總公司對鐵道車輛的運行品質和運行效率也提出了更進一步的要求，圖1 為我段

圖1 車輛緩解時間均值控制圖

檢修車輛緩解時間的控制圖，從圖上可以看出我段檢修車輛的緩解性能較低，還有很大的改善空間，并且車輛緩解時間越短一方面能說明車輛的整體性和車輛的運行品質越佳；一方面能縮短整列車輛在各作業場的停留時間和運行過程中制動緩解時間，減少整列車輛整趟運行的時長，提升運輸效率。SPC 中的DOE 試驗設計是數理統計為根基，將試驗科學合理化得一項技術，具有減少成本、縮短產品試驗周期、降低產品質量波動的特點[2]。本項目主要通過DOE 試驗找出了影響鐵道車輛緩解時間的顯著因素，為提升鐵道車輛整體緩解性能提供了可靠的理論依據。

2 SPC 試驗設計

DOE 試驗設計是根據最好工藝結果的要求，設計一組試驗次數較少的工藝試驗，通過對設計試驗的結果數據進行統計分析，建立能反應生產工藝結果和工藝輸入條件間關系的統計模型，從而確定能實現期望工藝結果的最優工藝條件，DOE試驗設計基本可分為DOE 的問題描述和分析、輸入變量因子和水平的確定、試驗方案的確定和執行、試驗數據分析、建立工藝模型優化生產工藝的條件等步驟，其憑借可以減小試驗規模、縮短試驗周期、降低試驗成本、結論科學等優勢，在增加工藝生產水平、提升生產過程的成品率、改善工藝性能、工藝開發等諸多方面起著非常重要的作用[2]。

3 車輛緩解時間的DOE 優化設計

3.1 車輛緩解時間影響因素分析

3.1.1、因子查找

本試驗將車輛在緩解感度試驗時的緩解時間作為車輛的緩解時間進行數據采集，使用魚骨圖從人機料法環等方面分析了影響輸出響應的因子，詳細情況如圖2所示，共找出了16 個影響車輛緩解時間的因子，但所找出的因子并不全都是影響車輛緩解時間的重要因子，因此還需通過因果矩陣進一步的篩選出關鍵因子。

圖2 影響車輛緩解時間因子分析圖

3.1.2、因果矩陣篩選

結合車輛檢修實際情況和相關的理論依據，對圖2 篩選出的因子進行打分篩選， 依據輕微影響（1 分）、一般影響（3 分）、重要影響（9 分）的準則，對上述的因子進行評價，詳情如表1 所示。

表格1 車輛緩解時間的因果矩陣篩選評價表

通過上述的評分，可看出傳感閥性能、限壓閥性能、制動缸尺寸是影響車輛緩解時間的重要因子，而在車輛檢修過程中，車輛的制動缸尺寸不能改變，因此可確定傳感閥、限壓閥的性能是影響車輛緩解時間的關鍵性因素。

3.2 改善車輛緩解時間的方案

傳感閥、限壓閥的性能是本試驗的因子，現車單車緩解感度試驗時的緩解時間是響應，而傳感閥、限壓閥的性能不同其在試驗臺上的緩解時間也不同，因此本試驗將傳感閥、限壓閥在試驗臺上空車位的緩解時間作為因子的水平，因子的高水平和低水平分別取試驗臺上空車位的最小和最大的緩解時間值。而我段檢修的限壓閥在試驗臺上空車位的緩解時間都在2s-4s 之間，限壓閥的緩解時間只有2s、3s、4s 三種情況，并且緩解時間都比較靠前，說明限壓閥的緩解性能比較優越，因此本試驗可以忽略限壓閥對車輛緩解時間的影響，只驗證傳感閥的緩解性能是否對車輛的緩解時間具有顯著性的影響，具體的試驗設計方案和試驗數據如表2、3 所示。

表格2 試驗設計方案

表格3 試驗采集數據

39.22 33.43 43.00 38.00 37.31 35.87 41.50 38.34 35.98 40.76 38.00 40.90 38.23 39.98 40.37 41.22 35.65 40.22 41.85 35.87 40.96 38.55 36.85 33.84 41.50 36.09 40.06 41.41 38.98 40.95 41.59 34.88 40.65 36.06 36.47 41.11 37.35 36.29 40.82 39.20 35.20 41.02 41.98 36.11 41.23

3.3 試驗數據分析

3.3.1 試驗數據處理

1、試驗數據箱線圖分析

對采集到的編組1、2、3 的試驗數據使用箱線圖檢測是否存在異常值，結果如圖3 所示，從圖中可看出編組3 采集到的數據存在異常值，將異常值剔除，編組3 刪除異常值后的箱線圖如圖4 所示，整組數據無異常，可進行一下步的數據處理。

2、數據的正態性檢驗

在對數據進行最終方差分析判斷因子是否對響應有顯著性影響前，需驗證實驗數據三個條件：①在各水平下的試驗數據需服從正態分布②在不同水平下的方差偏差一致性③采集到的試驗數據相互獨立。而本試驗在相同的條件下進行且試驗的次序是隨機化的，因此方

差一致性和數據的相互獨立的條件能得到滿足，只需對數據進行正態

圖3 編組1、2、3 的箱線圖

圖4 編組3 刪除異常數據后的箱線圖

性校驗即可。圖5 為編組1、2、3 的概率圖，從圖中可看出3 組試驗條件下采集到的數據都符合正態分布（p 值＞0.05），方差分析的三個基本假設得到滿足，接下來可以通過方差分析進行影響因子的顯著性判斷。

圖5 編組1、2、3 的概率圖

方差分析的三個基本假設得到滿足可以進行通過方差分析進行影響因子的顯著性判斷。

3.3.2 方差分析

在試驗過程中存在系統誤差和隨機誤差等兩類波動，而方差分析就是將上述兩種波動的影響進行區分[2]。本試驗為單因子試驗，需采用以下方差分析公式進行計算統計量F 來進行原假設檢驗，以此判斷緩解閥性能對車輛緩解時間是否具有顯著性影響。

其中：m-因子選取的水平個數 n-每個水平重復的次數

Q-各組數據之和的平方除以本組數據個數之后在求和

通過上述公式計算得到的各個值如表4 所示。

表格4 傳感閥的方差分析表

3.4、方差分析結論

根據上述公式可得統計量FA=34.78＞F（2，47，0.05）=3.195，說明傳感閥性能對車輛制動緩解時間具有顯著影響。

3.5 結論和下一步建議

1、傳感閥性能對車輛緩解時間具有顯著性影響，因此可以通過改善傳感閥的性能來提高鐵道車輛的緩解性能。

2、探討傳感閥緩解性能和車輛緩解性能的函數相關性。

3、在實際生產過程中驗證傳感閥緩解性能對車輛緩解性能的顯著性影響。