变速箱螺栓力矩的测量系统分析研究

罗 阳

（陕西法士特汽车传动集团有限公司，陕两 宝鸡 722409）



变速箱螺栓力矩的测量系统分析研究

罗 阳

（陕西法士特汽车传动集团有限公司，陕两 宝鸡 722409）

摘 要：测量系统分析是质量改进过程中的重要工具。文章根据不可重复测量系统分析的特点，利用Minitab工具利用嵌套(Nested)方差分析技术，介绍了某变速箱轴承盖螺栓力矩的重复性和再现性分析方法，并对Minitab生成的图形和会话窗口进行了分析和说明，为变速箱质量改进提供了帮助。

关键词：测量系统分析； Minitab软件；嵌套；螺栓力矩

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.04.009

CLC NO.: U467.4Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)04-24-02

1、问题的提出

测量系统分析(MSA，Measurement System Analysis)是指用统计学的方法来了解测量系统中的各个波动源，以及它们对测量结果的影响程度，最后给出本测量系统是否合乎使用要求的明确判断[1]。通常利用分辨力、偏倚、稳定性、线性、重复性和再现性等评价测量系统的优劣[2]。测量系统根据实验方式不同可分为非破坏性和不可重复系统，两者之间的分析方法有很大差异[3]。对于不可重复测量系统常用的方法是认为同批次内样件的差异小到可以忽略不计，采用同一批次中的多个样件当作单个样件来用。但是作者在实际生产中遇到在试制或小批量生产的情况，无法获得足够测量数据。针对此问题，本文借助Minitab工具利用嵌套(Nested)方差分析技术进行变速箱轴承盖螺栓力矩的重复性和再现性分析。

2、测量系统分析原理

测量系统的波动主要在精度方面，即测量系统的重复性和再现性(R&R)[4]，在标准的量具R&R研究中，通常进行某种假设：在同一批次中，测量的每个零件的质量特性是相同的，即批次的同质性。当同一批次样本规模足够大，每个操作者能从每个批次中获得足够样本时，可以用对同一批次中不同零件的测量替代对同一零件的重复测量；当样本的规模较小，每个操作者不能从同一批次测量多个样本时，可以选择采用嵌套的试验设计方法。结合Minitab嵌套(nested)进行结构分析，很容易得到方差分析表，通过方差分析可以得到不可重复测量系统各种波动源方差的构成，从而对量具R&R进行分析。

表1　方差成分分析

3、实验设计

为了对某型号变速箱螺栓轴承盖螺栓力矩的测量系统进行分析，试验者随机选取3个操作者，每个操作者随机选取4批产品，每批产品中可以选取4个样本进行测量，这样，每个操作者可以获得16个测量值，共得到48个测量值。测量结果见表2。

表2　拧紧力矩检测数据　单位：Nm

应用Minitab软件，将表2数据录入Minitab，进行下列操作：Stat→Quality→GageStudy→GageR&RStudy(nested)，可得到表3所示结果。

表3　标准差分析表

评价测量系统能力的方法通常用测量系统的波动R&R与总波动之比来度量，通常记为P／TV；当P／TV≤10%时，表明测量系统是有能力的；当P／TV≤30%时，测量系统能力处于临界状态,需根据测量对象的重要性而定；当P／TV>30%时，说明测量系统本身的波动过大，测量系统须改进[5]；从表3中的结果可以看出合计量具的R&R研究变异为16.15%，该测量系统的能力良好，重复性与再现性的波动都较小，部件间波动为98.69%，所以系统主要的波动源是由于试样间的差异所致，这表明尽管测量系统需要改进，但每个操作者仍能够区分不同批次间的差异。

表4　嵌套的方差分析表

表5　方差成分分析

分析表4可得：操作者的效应在显著性水平d=0.05下是不显著的，因此认为操作者自身之间的差异不显著；结合表4、5可看出量具的重复性大于再现性，且操作者问没有显著的差异，部件间的方差占比例最大，表明试样问的差异引起的波动最显著；在不可重复量具R&R的研究中，重复性估计实际上包含了同一试样内的波动，这意味着在某种程度上，可能过高地估计了重复性，但由于试样间的波动远大于重复性和再现性，说明同一试样的样本比不同试样的样本更具有同质性。从图1中R图可见，每个批次内的波动是相对稳定的；在X图中，批次平均值的变化超过控制限，说明批次之间存在明显差异，所以X图可以用于探测批次之间的差异。

图1

4、结论

通过对螺栓拧紧力矩测量系统采用嵌套的实验设计方案分析，可看出样本间的波动最显著,从而为质量改进提供支持。随着TSl6949体系在汽车制造业中的普及运行，测量系统分析的研究也越来越深战，只有合理运用分析工具，并与生产实践相结合，才能找出解决问题的新思路、新方法。

参考文献

[1] 马林,何桢.六西格玛管理[M].北京:中国人民大学出版社,2007:166-183.

[2] 赵莉.拉伸试验测量系统分析研究[J].湖北工业大学学报,2011.3:41-43.

[3] 冷雅莉．实验室测量系统分析实施要点[J]．现代测量与实验室管理,2011,(5)：48—49.

[4] 贾绍华,李静静．测量系统重复性与再现性在产品质量管理中的应用[J].大连交通大学学报,201O,(5):96—100.

[5] 唐中一,俞磊．测量系统分析(MSA)及其软件设计 [J].测控技术,2007,(23)：126-127.

中图分类号：U467.4

文献标识码：A

文章编号：1671-7988(2016)04-24-02

作者简介：罗阳，助理工程师，就职于陕西法士特汽车传动集团有限公司。研究方向为检测技术、测量过程控制、测量系统分析。

Study on Measurement System Analysis in Bolt Torque of Transmission

Luo Yang
( Shaanxi Fast Automotive Transmission Group Co., Ltd., Shaanxi Baoji 722409 )

Abstract:Measurement system analysis is an important tool in the process of quality improvement. According to the characteristics of non repeatable measurement system, Using Minitab tools to analyze the variance of Nested, The repeatability and reproducibility analysis method of torque of bearing cover bolt of transmission is introduced in this paper. Introduced and analysed the graph and session window of Minitab, and provided a reference for improving the quality of transmission.

Keywords:MSA; Minitab software; Bolt torque; Nested