电磁兼容实验室本底校场数据质量统计过程控制研究

毛晓君 蒋慧 游元杰

摘 要：机动车产品电磁兼容测试技术的不断拓展，为保证实验室对数据输出及报告质量得以控制和提高，需要建立一套针对实验室数据特性的质量监控和报警系统。本文提出一种将质量统计技术运用于研究电磁兼容实验室本底校场数据质量统计过程控制的方法，通过建立标准化工作流程积累数据，掌握质量缺陷发生趋势，排查解决实验室数据质量问题，达到持续改进实验室质量工作的目的。

关键词：电磁兼容 统计过程控制 质量监控 报警系统

中图分类号：TN97 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）07（b）-0087-04

研究目的在于能在開始测试之前对实验室数据质量发现测试系统的质量缺陷，通过数据积累掌握质量缺陷发生趋势，建立标准化工作流程排查解决实验室数据质量问题，持续改进实验室质量工作。

目前大多数的电磁兼容实验室对于质量管理仍旧停留在保证质量体系稳定运行的定性管理上，由于电磁兼容实验室的设备精度，场地差异等因素的复杂性和多样性，尚未有标准化的电磁兼容实验室质量数据定量分析的手段和方法。通过质量统计过程控制原理和运筹学统计理论的学习，发现可以将质量统计技术运用于研究和开发。

1 总体方案设计

质量统计过程控制工程目前往往在企业中比较多见，在企业质量管理和质量提升方面，被视作为一种“报警装置”，我们可以通过质量控制图直观地发现企业产品的质量是否出现了缺陷。质量控制图发源于欧美，20世纪90年代更在日本企业手中发扬光大。

电磁兼容实验室同样也可以利用质量控制图监控实验数据是否存在异常波动，保证对外数据输出的稳定性和可靠性，在测试开展前期，我们可以通过控制图判断出实验系统是否存在质量缺陷，在造成损失之前，发现问题，解决问题。电磁兼容实验室有着一些不同于其他实验室的特点，在控制图制作之前，我们需要先明确如何用易于操作并且快速准确的方法来制作控制图，建立起报警装置。

控制图一般分为两种类型，计量型及计数型。计量型控制图容易探测过程中的质量变异，能帮助及时找出变异原因，使质量稳定。计数型需在样品或者数据完成后才能实行，样本获得容易能直观体现整体质量水平。

因为目的是在于电磁兼容实验室中建立质量预警装置，所以需在对样品正式测试之前，对实验室本底及校场数据进行质量控制，而不是对实验室本底和校场数据进行合格不合格统计，并且想通过质量控制图来寻找出问题。综合以上需求，故选择计量型Xbar-R chart均值-极差控制图。控制图如图1所示。

2 控制图数据建模

2.1 选择子组样本容量、频率和数量

子组容量原则：子组内的样本之间出现变差的机会要尽量小，一般为4～5次（连续测量）。

分组频率（是指子组之间的间隔时间）原则：要能反映出潜在的变化。它与研究的目的有关，如想暴露短时间存在的问题，则组间的间隔要短。反之可以加长，可以每小时、每班、每周，视目的而异。

子组数量原则：收集数据的时间足够长、确保变差原因有机会出现。一般25组或更多些，数量的增加可使置信度提高。

2.2 建立控制图并作好原始数据的记录

把控制限画在控制图上。

3 数据筛选

以10m法半电波暗室本底数据为例，由于本底数据数量庞大，每个频点都进行监控将使得统计工作十分缓慢，所以根据ECE法规标准方法，在30～1000MHz中筛选数据筛选方法为选取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中的准峰值测量最大值作为统计样本。

对于抗扰度测试来说，每个标准对测试频点都有不同步进要求，为使统计过程尽可能满足各类客户对于频点的质量要求，我们根据ISO 11451-1标准中给出的标准步进表，对抗扰度校场数据进行统计过程控制。

4 软件制作

用AVERAGE函数和复制拖动，计算10组数据每组的平均值（如图2）。

用MAX（B3：B8）-MIN（B3：B8）来计算组内极差（如图3）。

用AVERAGE函数计算“总平均值”，范围从$B$2到$U$6，然后拷贝直到U10单元（如图4）。

用AVERAGE函数计算“平均极差”值，范围从$B$8到$U$8，然后拷贝直到U11单元（如图5）。

计算控制图上控制限UCL=总平均值+A2×平均极差、LCL=总评均值-A2×平均极差、CL=平均值（A2为统计技术常数，详情见表1）（如图6）。

用鼠标选中“组内平均值”后面的数据B7-U7，然后按住Ctrl键，用鼠标分别选中UCL、CL、LCL后面的数据。

点击工具栏中“图表向导”按钮，在弹出的对话框中选择“折线图”后，按完成退出（如图7）。

至此控制图制作完毕，控制图制作并不繁琐，但需要大量的统计数据支持，才能真正显示出实验室的质量特性，帮助标准化工作手册建立，让实验室数据质量得以控制，待数据足够多时，方能完成此质量报警系统。

5 控制图应用

根据控制图原理，当某组监控频点的数据低于或高于控制限制，我们视为此现象为质量报警现象，需要根据制定故障排除及标准化工作手册，一步步根据指示进行质量故障排查，避免最终数据导致客户满意度下降。相关流程图示例详见图8。

6 结语

本系统的建立能够实现对于电磁兼容实验室数据质量的监控，并对设备进行排查，减少了因为测试设备或者测试软件的误操作以及损坏带来的质量故障事件数量，可以提供实验室工作效率，为实验室带来更加高效的质量控制方法。

通过研究，研制了一套专用于汽车整车电磁兼容测试的质量报警系统，在研究的同时我们发现，在实验室设备运行质量和场地变化较小的测试环境下，我们同样也可以将这套系统用于监控整车产品或者零部件一个长期的电磁兼容性能的质量管控，为长期在实验室进行研发测试的客户提供一个质量监控方法，便于开展机动车产品研发工作。

参考文献

[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.