继电器参数一致性分析方法应用研究

贵州航天电器股份有限公司　韩征权　王　旭　李云召

1　引言

继电器是一种关键的电子器件，在航空、航天、航海、兵器、电子、通信等领域广泛得到应用，完成信号传递、执行控制、系统配电等功能。继电器的可靠性对整个系统的可靠性有着直接的影响。

继电器执行线路切换的既有电磁感应机构，又有机械推动机构，这两者与具体参数相关，例如，电压类参数有动作、释放电压，电阻类参数有线圈电阻、接触电阻，时间类参数有动作时间、释放时间、同步时间等，参数的一致性影响产品的稳定性。国内较多人员针对多品种、小批量产品生产过程质量控制方法研究，孙岚等人使用SPC对半导体生产线的氧化工序开展SPC应用，贾彬等人对航天器件关键工序的统计过程方法进行研究。因此，本文将相关统计方法引入到继电器生产制造过程中，针对生产过程数据收集、分析、判定，对产品的进行评估、改进，提升产品本质可靠性。

2　数据的收集与预处理

2.1　数据来源

以某继电器为例，其检验的过程中需控制的主要机械或电性能参数见表1。

表1　某继电器测试参数

以上参数大可量化并采集到，在数据分类里面属于计量值数据。可结合出厂检验测试采集历年产品电性能参数，对同批次间、以及不同批次间的数据分析，评估单个产品或整批产品的质量可靠性。

可靠性评估的数据来源于产品寿命周期各阶段，如研制阶段的可靠性试验、可靠性评审报告；生产阶段的制造、装配、检验记录、元器件的筛选与记录。由于数据本身的质和量对数据分析的结果影响很大，从统计观点看，处理的数据量应尽量大，统计数据才具有代表性。因此，获取更多的数据是数据统计分析的基本要求。

2.2　数据整理

继电器各工序岗位每天产生大量的数据，例如交收工序，用综合参数测试仪测试一次可以得到相关的电性能和时间参数。测试的各种参数是以不同格式存储在相应的数据库中，这些数据未进行统计和分析，不能直接使用，需要将数据转换成各种分析结果图表，便于分析使用。

为了快速准确地读取数据，这里使用到动态数据交换技术（DDE链接）。需要进行数据源管理,建立起数据自动读取更新的链接，通过不同数据库之间的链接，可以在它们之间进行数据的访问、更新，这避免人为差错导致的数据失误。现在Minitab软件为例，简单介绍数据读取更新的流程方法，以Minitab软件客户端，建立起数据的动态交换（DDE链接），作为服务器关联起来的excel表格数据改变，更新时间可以随意设置，可设置到ms级别，保证了数据更新的及时性。客户端读取的数据也随着改变，以这些数据绘制的各种统计图表设置自动更新，数据就实现了实时更新。基于以上数据，可以方便地借助于Minitab这个质量统计工具平台开展各种质量数据和图表的分析。

3　一致性评价实例应用

3.1　能力指数分析

能力指数分析使用的指标有Cpk、Ppk等,在工艺规定要求固定的情况下，能力指数反映了参数的离散程度和趋中程度，数值越大，表明数据的一致性越好。

计算Cpk值的计算公式如下：

UL和UU分别为工艺规格下限和工艺规格上限。

Ppk值的计算方法类似，区别只在于估计标准偏差σ的不一样，通过对比Cpk、Ppk值，可以比较不同批次之间产品参数的稳定性，从而评估不同批产品的质量稳定性。在这里，结合直方图进行能力指数分析，可以更加直观得观察到参数一致性的变化。

能力指数分析是建立在直方图和控制图的基础上。结合直方图观察数据的分布形态，控制图用于判别数据的稳定性，能力指数有Cpk、Ppk等。

图1　动作/释放电压能力指数分析示例图

以某批继电器为例，作出该批产品动作电压和释放电压的能力指数分析情况，从图1所示中可以看出，两者Cpk值分别为1.29、1.21，而Ppk只有0.98、0.97，只接近1，说明产品批产的质量稳定性还有待提高。

图2　接触电阻能力指数分析示例图

图2所示为该继电器的四个触点接触电阻能力指数分析结果，从图中可看出，第一三组触点的Cpk、Ppk都较第二四组触点大，说明同一只产品内，虽结构相同，但是触点之间差异较明显，要解决产品的本质可靠性需要减少其差异性，提高零件一致性，控制产品装配的一致性。

3.2　控制图分析

常见的控制图有单值-移动极差控制图、均值-极差控制图、均值-标准差控制图等，控制图的原理及相关公式可参考GB/T 4091-2001《常规控制图》。

控制图关注的是每一个产品某一个质量特性对应的数据。军品必为精品，不能仅仅关注产品的总体状况，还需关注到每一个个体。控制图就是一个很好的工具，可以将大量产品的参数绘制在一张控制图表中，对比观察每一个产品之间的差异，容易找出那些明显离群的个体产品，做好分析，及时采取措施。

以某批次继电器产品的动作电压和释放回跳时间数据为例，作出的控制图，结合前面的数据动态交换技术（DDE链接），可以方便的实现数据的及时更新，在一定程度上甚至可以达到实时在线监控的目标，见图3和图4所示。

图3　动作电压均值控制图

图4　释放回跳时间均值控制图

从动作电压控制图、释放回跳时间控制图可看出，大部分的参数值都集中在均值附近，其中的62#、61#、58#产品明显偏离均值，这三只产品虽然参数满足要求，但在后续的使用过程中，经过环境应力的作用后，这三只产品参数超差的概率比其他任何产品大，因此，应按异常数据剔除。按照常规的检验方法，这些产品都属于合格品，但数据离散性较大，未引起重视。

在生产过程中引入控制图的思维，有效区别并隔离少数参数异常的产品，可明显降低产品使用的风险。因此，后续的产品质量管控，将工作重心放在如何提高产品零件生产和装配一致性上，产品本质可靠性有了提升的可能性。

4　结束语

本文参数将一致性评价的两个工具，即能力指数、控制图引入到继电器生产制造过程中，以具体实例进行数据统计分析得出结果，评估产品的质量可靠性，挖掘隐藏在数据后面的质量提升点。这种评估方法值得在其他元器件生产环节推广，提升元器件的参数一致性水平，从根本上提高其质量可靠性。

[1]周尊英,刘海峰,孙建国.质量管理实用统计技术[M].北京:中国标准出版社,2009.

[2]孙岚,刘嵘倪,等.SPC在多品种小批量生产线的应用研究[J].微电子学,2007,10.

[3]赵宇,杨军,马小兵.可靠性数据分析教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2009:16-20.

[4]常规控制图[S].GB/T4091-2001,2011.

[5]全国质量专业技术人员职业资格考试办公室.质量专业基础知识与实务[M].北京:中国人事出版社,2014:285-289.