控制图在扭矩扳子比对过程中的应用

2015-06-09詹东霖

计量技术 2015年2期

关键词：量值测量点标准偏差

包福胡翔宋哲詹东霖

(湖北省计量测试技术研究院，武汉 430223)

控制图在扭矩扳子比对过程中的应用

包福胡翔宋哲詹东霖

(湖北省计量测试技术研究院，武汉 430223)

控制图；扭矩扳子；比对过程；统计控制

0 引言

扭矩是力学计量领域里最常用的量值之一,扭矩扳子是一种带有扭矩测量机构的计量器具,用于拧紧或拆卸螺栓、螺母,并能测量出拧紧时的扭矩值。随着现代科学技术的迅猛发展，扭矩扳子的应用范围越来越广泛，它渗透到工业、农业、交通运输、航天航空、国防、能源、化工等各个领域。

为客观、公正、科学地反映目前中南地区各计量技术机构检定扭矩扳子的现状，中南地区开展了扭矩扳子比对工作，包括我院在内的4个省级计量机构的实验室参加，其中，我院为主导实验室。扭矩扳子的测量过程决定着测量数据的质量，在此次比对中起到举足轻重的作用。控制图方法是当前比较准确可靠的方法，通过控制图的建立，使扭矩扳子的测量过程能够得到监视和分析；根据控制图的变化趋势，分析出异常因素产生的原因，及时采取纠正措施，使测量过程处于统计控制状态。

1 控制图基础

控制图(又称休哈特控制图)是对测量过程加以测定、记录从而进行控制的一种科学方法，如图1所示。控制图上有中心线(CL)、上控制限(UCL)和下控制限(LCL)，并有按时间顺序抽取的样本统计量数值的描点序列。UCL、CL、LCL统称为控制限。若控制图中的描点落在UCL和LCL之外，或描点在UCL和LCL之间的排列不随机，则表示过程出现了异常。

图1 控制图

1.1 控制图的分类

1.2 控制流程

根据控制图的用途，可以分为分析用控制图和控制用控制图两类。

分析用控制图：用于对已经完成的测量过程或测量阶段进行分析，以评估测量过程是否稳定或处于受控状态。

控制用控制图：对于正在进行中的测量过程，可以在进行测量的同时进行过程控制，以确保测量过程处于稳定受控状态。

我们在具体建立控制图时，应首先建立分析用控制图，然后将分析用控制图转化为控制用控制图来判断系统是否处于稳态，如有异常对于存在的问题进行分析、消除，保证系统处于统计控制状态为最终目的。结合此次扭矩扳子的比对测量，得到控制流程如图2所示。

图2 控制流程图

2 实例分析

本次中南大区的扭矩扳子比对工作中，我们选用了由美国CDI生产的预置式扭矩扳子，该扭矩扳子的型号规格为100ST-1/(41-203)N·m，准确度级别为1级，具有良好的稳定性。

本文限于篇幅，仅选取100N·m检定点作分析。工作流程图见图2。

2.1 测量数据的取得

测量数据是用来建立分析用控制图的基本取样数据，确认已有的测量过程是否处于统计控制状态。依据JJG 707—2003《扭矩扳子检定规程》规定的测量条件，对选定的核查标准扭矩扳子每周作1组，每组作10次独立测量，连续测量半年，共获得子组数k=25组数据。测量结果见表1(限于篇幅，本文略去测量过程的具体数据)。

表1 测量数据 N·m

2.2 统计控制量的计算

2.3 建立标准偏差控制图(s图)

计算标准偏差控制图控制限参数：

当样本量n=10时，查表得B3=0.284、B4=1.716，代入公式,得：

标准偏差控制图(s图)如图3所示。

图3 标准偏差控制图

计算平均值控制图控制限参数：

当样本量n=10时，查表得A3=0.975，代入公式，得：

图4 平均值控制图

2.5 控制图的判断评定

1)控制图异常的主要表现形式可以分为测量点超出控制界限和测量点的分布不随机两类。根据现行国际标准(ISO 8258：1991)和国家标准(GB/T 4091—2001)总结的常见的测量过程异常分布的8种模式及对应的8种控制图异常的判据，对分析用控制图中各测量点的分布状况进行判断。

2)由图3可知，此测量过程未出现不受控的随机效应的影响；由图4可知，此测量过程未出现不受控的系统效应的影响。因此，扭矩扳子的测量过程处于统计控制状态。若发现测量点的分布异常，则应立即寻找原因并加以消除，使测量点的分布回到正常的随机状态。

3 分析讨论

3.1 选择合适的控制图

3.2 测量频次的确定

每个子组中测量频次的确定，取决于控制的量值、要求保障的程度和测量不确定度的严格程度，目的是充分暴露测量过程中的影响量。考虑到比对工作的严谨性,结合扭矩扳子的稳定性特点，为了发现异常因素，本次扭矩扳子的比对测量频次确定为10次。

3.3 绘制控制图的顺序

3.4 失控后的处置

当发现测量过程出现异常情况时，立即停止正在进行的测量，及时进行原因分析，采取预防措施。首先应该检查：数字读取是否正确，计算有无错误，描点有无差错，环境条件是否符合要求，仪器是否正常，操作人员是否按要求进行。然后再调查过程方面的原因，采取措施防止再次出现。比如，有一段时间，我们从标准偏差控制图中发现测量点较为集中在中心控制线CL的上方警戒区，说明扭矩测量结果的离散性较大，查找原因，发现是由于套筒使用时间较长、与转接头连接时较为宽松所致，因此我们更换了合适尺寸的套筒。经过重新测量，测量点在控制界限内且呈随机分布状态，此时测量过程处于统计控制状态。