动车组电气装配质量因素分析及改进方法

曲 双 梁飞航 任宇欣

(1.中车长春轨道客车股份有限公司工程技术部/高速动车组制造中心，130062，长春； 2.天津大学管理与经济学部，300072,天津； 3. 吉林大学机械与航天航空工程学院，130022，长春//第一作者，教授级高级工程师)

动车组设计和加工过程的误差会对整车装配产生影响[1]。动车组的功能实现依赖于电气传动与控制，因此，电气装配尤为重要。本文对动车组电气装配质量进行因素分析，确定影响装配质量的因素并提出改进建议。本文采用的技术分析路线如图1所示。

1 电气装配流程

动车组电气装配需要在两个车间进行，下线车间根据图纸要求剪线并运送至装配车间，装配车间执行布线、设备安装、接线和绝缘耐压试验4大流程[2]。实际情况调查表明，对电气装配质量影响最大的操作难点是低压箱端子排接线问题[3]。

图1 动车组电气装配质量技术分析路线

2 低压箱接线过程能力分析

现场调查动车组电气低压箱30个。假设：每个低压箱的端子排接线为465根，可接受容错率为1%，即每只低压箱可接受的接错数为4根。根据以上假设及现场低压箱实际接错数统计，低压箱端子排接线过程能力指数的计算过程如下：

式中：

w——低压箱数，取值30；

Gi——第i个低压箱的实际接错数；

Gμ——低压箱可接受的接错数，取值4；

GP——低压箱端子排接线过程能力指数。

通过以上计算可知，低压箱端子排接线过程能力较差，应采取改进措施。

3 低压箱接线影响因素分析

通过以上分析可知，低压箱端子排接线过程能力缺乏，需要对其进行因素分析。利用质量分析方法中的鱼骨图分析法[4]找出影响接线质量的因素(见图2)。

图2 接线质量鱼骨分析图

4 影响接线质量因素评价

4.1 评价方法筛选

层次分析法主观影响大，灰度分析法缺乏主观因素之间的关系判断[5]，故将层次分析法与灰度关联分析法结合,以弥补两种方法的不足。

4.2 灰度层次分析法

4.2.1 建立层次结构模型

目标层为“提高接线质量”，准则层为“解决时间”“解决成本”“解决效率”。筛选后影响因素为9项，如图3所示。

4.2.2 构建判断矩阵及一致性检验

(1)构建判断矩阵。根据现场收集的数据，构建判断矩阵，逐个比较要素，按照从1到9的权重进行赋值。依照图3进行运算，得到的准则层判断矩阵如表1所示。

判断矩阵计算公式如下：

表1 接线质量准则层判断矩阵

式中：

aij——第i行第j列的值；

m——判断矩阵项数。

根据判断矩阵公式计算λmax,从而进行一致性检验,代入表1数据计算后所得结果如下：

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)一致性检验。一致性检验指标计算式为：

计算结果为：

IC=0.001 2 (m=3)

平均随机一致性指标IR=0.52(查表可得)

一致性比例RC=IC/IR=0.002 3<0.1

RC<0.1表示满足一致性检验。

4.2.3 确定准则层权重及一致性检验

(1)速度权重。由图3可知，B1为“解决速度因素”，Ci为第i种影响因素的替代符号。从准则层3个因素得出的9个影响因素的重要度排序如表2所示。

表2 影响因素在速度方面权重

由表2计算得出的速度方面权重为：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。一致性检验结果如下：

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)成本权重。同理计算得出的成本权重为：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。一致性检验结果如下：

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)效率权重。同理计算得出的效率权重为：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。一致性检验结果如下：

λmax=9.268 7 (m=9)

IR=1.46(查表可得)，IC=0.033 6

RC=IC/IR=0.023<0.1

建立综合评价模型，评价准则有3个(m=3)，评价因素有9个(n=9)，接线效率特征矩阵为：

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

4.2.5 计算关联系数和关联度

式中：

ρ——关联指数。

(1)对指标进行标准化处理

X1={0.354 3 0.531 1 1.000 0}

Tk1={0.217 6 0.208 1 0.207 7}

《创伤与急危重病医学》杂志(国际标准连续出版物号ISSN 2095-5561，中国标准连续出版物号CN 21-1588/R)是由国家新闻出版总署批准的公开出版物。本刊由沈阳军区总医院主管、主办，以国内外从事创伤与急危重病等相关学科的广大临床医师为主要读者和作者对象；以面向临床，突出实用，注重传播创伤与急危重病医学最新研究进展及临床救治中难点、热点的争鸣讨论为重点；以促进和提高广大临床医师救治水平为办刊宗旨。本刊为ASPT来源期刊、中国期刊网来源期刊，由中国知网(www.cnki.net)、万方数据(www.wanfangdata.com.cn)等全文收录；具有较高的学术性、实用性及可读性。

⋮

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)两级最大差和最小差

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)灰色关联系数计算。ρ应该在(0,1)内部,ρ越小则越强，通常取0.5。

(5)灰色关联度。灰色关联度结果如表3所示。由表3可知：C4>C3>C1>C8>C5>C2>C6>C7>C9。

表3 灰色关联度结果

5 改进方法

以发明问题解决理论(TRIZ)[6]为指导，结合工业工程知识，提出低压箱接线过程改善的解决方法。

5.1 接线工作台改善

5.1.1 功能分析

接线工作台功能分析模型如图4所示。功能分析结果表明：座椅靠背对人作用不足；螺纹底座对螺纹杆作用不足；操作柜对图纸作用不足。

图4 接线工作台功能分析模型图

5.1.2 座椅改进

(1)座椅高度：根据人体测量数据，座椅距底面的高度不应低于40 cm，故应增加脚踏板。

(2)座椅深度宽度：取第5百分数的3/4，按照人体测量尺寸应为350～400 mm，宽度不应小于400 mm。

(3)靠背：当前车间座椅采用中靠背，对腰椎没有起到良好的支撑作用，应采用全靠背设计；摇摆角度应是 95°～110°；人体测量上半身(包含头部)平均为690～700 mm,为保证头部支撑，靠背部分与头部总长设计为750 mm，脖子处适当凸起，宽度方面取 410 mm。

(4)座椅面倾斜角：一般工作状态时倾斜角设计为3°，休息为5°以上，因此，倾斜角设置在工作和休息之间的4°。

5.1.3 螺纹底座改进

螺纹伸长存在物理矛盾。当前采用的是嵌套方式[7]，采用液压与气压原理也可以解决高度问题。座椅与底部接触不牢产生晃动，适当增大螺纹接触面积能够有效的降低晃动。加长螺纹旋进长度，减小晃动。气压缸会受到温度与操作频率的影响，从安全角度考虑，应选择螺纹连接。

5.1.4 操作柜改进

(1)矛盾矩阵。希望支撑图纸的操作柜能够适应图纸不同的位置变化，但加大了操作柜结构的复杂性，产生技术矛盾。查找矛盾矩阵其中气压与液压原理和机械系统替代原理，可以改进现有结构，实现高度转换。

(2)物质—场模型[8]。由图5可见，场的作用力不足导致操作平台对图纸的支撑作用不足。通过采用一个容易控制的场代替一个不易控制的场[9]，即在当前的图纸和操作平台间引入另一个更易于操作的物质加强对图纸的控制。

图5 物质—场模型图

利用特性转移方法，考虑与当前系统有同样要求的学生书桌及置书架，可将其结构转移至操作柜上。操作柜结构采用铝合金或不锈钢材质，用螺纹连接，结构简单容易实现。连杆机构控制操作平面升高时，当低压箱位置在侧面且较低时，平台会与低压箱碰撞。由于操作平面的高度和角度的调节不灵活，因此采用夹具改善使之更便捷有效。

5.2 剪线长度

电线从扎线杆接入端子口时，接线箱空间狭小电线数量多，排列整齐有助于防止电线缠绕，便于后期检查。剪线长度不固定。

5.2.1 技术矛盾

接线过程中电线的预留长度相似，这有助于改善接线箱复杂性，但是会让操作过程变复杂。通过查找矛盾矩阵加以解决[8]。

5.2.2 解决方案

将多余的电线剪至恰当长度，以此为衡量标准，可减少操作者考虑时间，且没有增加额外成本。

5.3 规定休息时间

5.3.1 计算能耗量

假设：人体身高为1.7 m，体重70 kg，基础代谢平均值为157.5 kJ/(m2·h)，能量代谢率为3.5，最多连续工作4 h。计算得出，仰视情况下平均能耗为21.96 kJ/min，平视情况下平均能耗为19.63 kJ/min。

5.3.2 计算休息时间

假设同前，计算得出：仰视情况下工作19.3 min后应休息6 min，平视情况下工作35 min后应休息6 min，并可适当调整。

6 结论

本文通过分析电气装配流程，确定了低压箱接线过程是薄弱环节；通过分析接线环节的过程能力，进行了过程能力判断；通过鱼骨图找到了影响接线质量的因素。利用层次与灰度分析相结合的方法对影响接线质量因素进行了重要度排序，运用TRIZ理论与工业工程相结合方法解决了问题。

本文得出了可以解决过程质量问题的通用方法：第一步，明确具体操作流程，根据实际情况找到问题环节；第二步，找出问题环节中对质量影响最大的操作过程，对其进行过程能力分析，判断是否需要改进，如需改进则执行第三步；第三步，搜集质量数据，使用质量分析工具得出影响质量的因素；第四步，根据需求使用评价方法对质量因素进行排列，得出解决问题的优先顺序；第五步，运用TRIZ理论与工业工程方法提出解决问题的措施。