CN103235507B - 继电器批次产品释放时间一致性控制方法 - Google Patents

Abstract

继电器批次产品释放时间一致性控制方法，本发明涉及继电器批次产品释放时间一致性控制方法。本发明是要解决继电器产品研发过程中缺乏一致性控制方法指导研发人员对可控参数分配合理的容差，进而导致制造过程中批次产品一致性差的问题，而提出了继电器批次产品释放时间一致性控制方法。一、正交试验设计；二、试验数据贡献率分析；三、建立容差分配目标函数；四、确定关键参数及其容差；五、继电器制造过程控制。本发明应用于继电器研发阶段的一致性控制领域。

Description

继电器批次产品释放时间一致性控制方法

技术领域

本发明涉及继电器批次产品释放时间一致性控制方法。

背景技术

目前现有继电器产品质量的主要问题不是性能差，而且批次产品的分散性太大，这是由于国内外在继电器产品的研发和制造过程中，注重产品的输出性能，例如释放时间、释放电压、吸合时间、释放时间等特性的输出值，而缺乏明确的一致性控制方法指导研发人员进行批次产品一致性的相关分析与控制。

针对继电器批次产品一致性控制及相关研究的现有技术中，主要为基于概率统计分析的可靠度计算方法。该方法根据可控参数(包括零部件的加工参数和组件的装配参数)的容差分配方案，通常采用蒙特卡罗方法分析继电器静态吸力特性与静态反力特性的容差带，从而根据吸反力配合关系计算出批次继电器产品的可靠度或合格品率，以此来间接评价批次产品的一致性。如果计算出的可靠度不满足要求，则需要研发人员凭经验调整各参数的容差并重新计算可靠度，直到满足要求。

释放时间的一致性是考核继电器批次产品质量特性的重要指标，现有方法仅能够准确计算出继电器可控参数容差在指定制造等级下，批次产品静态吸反力特性配合的可靠度，而无法直接、定量地确定出各参数在目前容差等级下对批次产品释放时间一致性影响的显著程度，导致研发人员在给定参数容差时缺乏客观性，不能达到质量与成本的最优化。另外，该方法是通过静态吸反力特性的配合可靠度来间接评价批次产品的一致性，不能用继电器动态输出特性即释放时间进行直接评估。

由于制造分散性的客观存在，继电器在生产过程中不可能完全按照指定的参数中心值进行加工和装配，导致产品的质量特性与理论值产生偏差并呈现出随机波动。因此，需要为可控参数分配容差来约束产品质量特性的波动。如果为所有的参数都分配很高精度的容差，产品的输出特性必然十分优良，但会导致产品的生产成本过高甚至超出加工能力范围，这显然是不可取的。因此，需要找到对产品输出特性的波动影响显著的可控参数并为其分配合理的容差，而对不显著的因素仍采用较低的容差等级，从而保证在现有制造能力下使批次产品的一致性达到目标要求。然而，由于目前仍缺乏相关的一致性控制方法，研发人员无法确定众多可控参数中的关键因素并为其分配合理的容差等级，导致继电器批次产品的一致性差，并成为影响继电器产品质量水平的主要原因。

发明内容

本发明是要解决继电器产品研发过程中缺乏一致性控制方法指导研发人员对可控参数分配合理的容差，进而导致制造过程中批次产品一致性差的问题，而提出了继电器批次产品释放时间一致性控制方法。

继电器批次产品释放时间一致性控制方法按以下步骤实现：

一、正交试验设计

设置继电器有n个可控参数X₁，X₂，...，X_n，采用正交试验法设计试验方案：

每个可控参数按照式(1)取三个水平进行表头设计，三个水平分别为中心值m_i及按

照公差Δ_i波动的上限值和下限值；

二、试验数据贡献率分析

计算每个试验方案对应的继电器释放时间y₁，y₂，...，y_n后，对n个试验数据进行统计分析，求出每个可控参数X_i的贡献率ρ_i/％，分为一次项贡献率ρ_Xil/％和二次项贡献率ρ_Xiq/％；

三、建立容差分配目标函数

将步骤二中每个可控参数X_i的贡献率带入式(2)，得到描述参数容差从Δ_i改变为Δ′_i时对应输出特性一致性程度改变的函数关系，即容差分配目标函数：

$\mathrm{\δ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Xil}}{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_i}\right)}^2+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Xip}}{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_i}\right)}^4)+{\mathrm{\ρ}}_e...\left(2\right)$

其中，Δ_i表示改变前的容差，Δ′_i表示改变后的容差，ρ_Xil表示因素X_i的一次项贡献率，ρ_Xiq表示因素X_i的二次项贡献率，ρ_e表示误差项贡献率；

四、确定关键参数及其容差

根据各可控参数贡献率值的大小确定继电器关键参数，并以式(3)的方式确定各参数的容差改进后应达到的制造等级；

Δ′_i＝(1-k×ρ_i)Δ_i＝[1-k×(ρ_Xil+ρ_Xiq)]Δ_i   (3)

其中，k为容差分配因子，ρ_i为可控参数X_i的贡献率，将k×ρ_i作为容差分配的权重系数；对于确定的一致性指标，通过改变k的取值，使批次产品的一致性提高至目标要求；

五、继电器制造过程控制

根据步骤四确定的各可控参数容差，明确继电器制造过程中的每个可控参数应满足的精度，保证批次产品释放时间的一致性满足目标要求。

发明效果：

本发明针对批次继电器产品关键输出特性参数——释放时间的一致性指标，提出继电器批次产品释放时间一致性控制方法，在产品研发过程中指导研发人员完成可控参数容差的分析和确定。通过正交试验设计及试验数据贡献率分析，根据可控参数波动对批次产品释放时间一致性影响的显著性，对其进行排序，并建立起描述各参数容差改变与释放时间一致性改变之间对应关系的容差分配目标函数；通过建立权重系数，根据一致性指标有依据地为可控参数分配容差等级，从而在批次继电器产品的制造过程中，对每个可控参数进行合理要求，保证批次产品释放时间的一致性满足目标要求。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式的继电器批次产品释放时间一致性控制方法按以下步骤实现：

一、正交试验设计

设置继电器有n个可控参数X₁，X₂，...，X_n，采用正交试验法设计试验方案：

每个可控参数按照式(1)取三个水平进行表头设计，三个水平分别为中心值m_i及按照公差Δ_i波动的上限值和下限值；

二、试验数据贡献率分析

计算每个试验方案对应的继电器释放时间y₁，y₂，...，y_n后，对n个试验数据进行统计分析，求出每个可控参数X_i的贡献率ρ_i/％，分为一次项贡献率ρ_Xil/％和二次项贡献率ρ_Xiq/％；

三、建立容差分配目标函数

将步骤二中每个可控参数X_i的贡献率带入式(2)，得到描述参数容差从Δ_i改变为Δ′_i时对应输出特性一致性程度改变的函数关系，即容差分配目标函数：

$\mathrm{\δ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Xil}}{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_i}\right)}^2+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Xip}}{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_i}\right)}^4)+{\mathrm{\ρ}}_e...\left(2\right)$

其中，Δ_i表示改变前的容差，Δ′_i表示改变后的容差，ρ_Xil表示因素X_i的一次项贡献率，ρ_Xiq表示因素X_i的二次项贡献率，ρ_e表示误差项贡献率；

四、确定关键参数及其容差

根据各可控参数贡献率值的大小确定继电器关键参数，并以式(3)的方式确定各参数的容差改进后应达到的制造等级；

Δ′_i＝(1-k×ρ_i)Δ_i＝[1-k×(ρ_Xil+ρ_Xiq)]Δ_i   (3)

其中，k为容差分配因子，ρ_i为可控参数X_i的贡献率，将k×ρ_i作为容差分配的权重系数；对于确定的一致性指标，通过改变k的取值，使批次产品的一致性提高至目标要求；

五、继电器制造过程控制

根据步骤四确定的各可控参数容差，明确继电器制造过程中的每个可控参数应满足的精度，保证批次产品释放时间的一致性满足目标要求。

本实施方式步骤四中，对于确定的一致性指标，通过改变k的取值，使批次产品的一致性提高至目标要求。

本实施方式效果：

本实施方式针对批次继电器产品关键输出特性参数——释放时间的一致性指标，提出继电器批次产品释放时间一致性控制方法，在产品研发过程中指导研发人员完成可控参数容差的分析和确定。通过正交试验设计及试验数据贡献率分析，根据可控参数波动对批次产品释放时间一致性影响的显著性，对其进行排序，并建立起描述各参数容差改变与释放时间一致性改变之间对应关系的容差分配目标函数；通过建立权重系数，根据一致性指标有依据地为可控参数分配容差等级，从而在批次继电器产品的制造过程中，对每个可控参数进行合理要求，保证批次产品释放时间的一致性满足目标要求。

实施例：

以某型号平衡衔铁式电磁继电器为例，应用本发明提出的继电器批次产品释放时间一致性控制方法，指导研发人员对批次产品释放时间的一致性进行分析及控制：

一、确定继电器主要可控参数

继电器由电磁系统和触簧系统组成，总共包括二十几个零部件和众多可控参数，需要筛选出其中主要的参数进行试验设计，对于本实例中研究的平衡衔铁式电磁继电器，其电磁系统可控参数全部为零部件加工参数，且经过相关理论分析证明，电磁系统可控参数在目前容差等级内发生波动时，对批次产品一致性的影响很小，触簧系统可控参数包括零部件的加工参数和组件的装配参数，其参数波动对批次产品一致性的影响很大，经过理论分析确定的主要可控参数为五个装配参数：静合压力、触点间隙、磁间隙、空载电压和超行程，以及四个加工参数：簧片宽度、动簧片厚度、动合静簧厚度和静合静簧厚度，每个可控参数按照式(1)取三个水平进行表头设计，三个水平分别为中心值m_i及按照公差Δ_i波动的上限值和下限值；

可控参数及其水平表如表1所示：

表1主要可控参数及其水平表

二、确定正交试验方案

根据可控参数的个数和参数的水平个数，选取L₂₇(3¹³)正交表，采用仿真分析方法，建立继电器机械结构的仿真模型并计算其动态特性，从而得到继电器释放时间的输出特性值，试验方案及试验结果见表2：

表2试验方案及试验结果

三、对试验数据进行贡献率分析

计算每个试验方案对应的继电器输出特性——释放时间y，并得到试验数据y₁y₂，...，y_n后，对n个试验数据进行统计分析。由于可控参数的水平值是等间隔的，因此可利用正交多项式回归理论把各参数引起的波动分解为一次项波动平方和及二次项波动平方和，并求出相应的贡献率。

假设有A、B、C三个可控参数，每个参数取三水平，则总的质量特性波动，即全部试验因素引起的输出特性参数波动为

$S_T^{\′}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\left(y_i\right)}^2=S_m+S_{\mathrm{Al}}+S_{\mathrm{Aq}}+S_{\mathrm{Bl}}+S_{\mathrm{Bq}}+S_{\mathrm{Cl}}+S_{\mathrm{Cq}}$

其中，S_m为输出均值的偏差平方和，在进行容差分析时，此项通常取值为0；

S_Al、S_Aq为因素A的一次项波动平方和及二次项波动平方和，S_Bl、S_Bq为因素B的一次项波动平方和及二次项波动平方和，S_Cl、S_Cq为因素C的一次项波动平方和及二次项波动平方和，其计算公式见表3，式中T_lA、T_2A、T_3A分别为试验数据y₁，y₂，...，y_n中对应因素A第1水平、第2水平和第3水平的r个试验数据之和(r＝n/每个试验因素的水平个数)，T_1B、T_2B、T_3B分别为试验数据y₁，y₂，...，y_n中对应因素B第1水平、第2水平和第3水平的r个试验数据之和，T_1C、T_2C、T_3C分别为试验数据y₁，y₂，...，y_n中对应因素C第1水平、第2水平和第3水平的r个试验数据之和；

S_e为误差平方和，其计算公式为；

S_e＝S′_T-S_m-S_Al-S_Aq-S_Bl-S_Bq-S_Cl-S_Cq

基于以上计算，并通过表3最终确定各可控参数的容差对继电器批次产品一致性影响的贡献率，分为一次项贡献率和二次项贡献率：

表3贡献率分析表

注：在进行误差分析时，需要将S_m、S_Al、S_Aq、S_Bl、S_Bq、S_Cl、S_Cq中比V_e小的项合并到误差平方和S_e中，得到新的误差平方和(S_e)及其自由度，表3中假定S_m、S_Bq和S_Cq为合并项；

按照表3提出的贡献率分析方法，对试验结果进行统计分析，数据分析结果见表4：

表4试验数据贡献率分析结果统计表

四、建立释放时间的容差分配目标函数

根据贡献率分析结果，得到描述可控参数容差从Δ_i改变为Δ′_i时对应输出特性一致性程度改变的函数关系，即容差分配目标函数：

$\mathrm{\δ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Xil}}{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_i}\right)}^2+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Xiq}}\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_i}\right))+{\mathrm{\ρ}}_e$

其中，Δ_i表示改变前的容差，Δ′_i表示改变后的容差，ρ_Xil表示因素X_i的一次项贡献率，ρ_Xiq表示因素X_i的二次项贡献率，ρ_e表示误差项贡献率；

将各可控参数X_i对应的贡献率系数ρ_i/％带入式(2)，得到容差分配的目标函数：

${4.519\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_E^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_E}\right)}^2+2.532{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_F^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_F}\right)}^2{+1.519\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_G^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_G}\right)}^2+39.87{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_H^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_H}\right)}^2$

$0.230{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_H^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_H}\right)}^4+31.32{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_I^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_I}\right)}^2+0.085$

五、确定关键参数及其容差

通过对比各可控参数的贡献率系数ρ_i，能够简单、直观地确定继电器制造过程中的关键参数为：空载电压(可控参数H)、超行程(可控参数I)；对产品一致性有较大影响的参数为：动簧片厚度(可控参数B)；其他参数对批次产品释放时间一致性的影响很小。

根据各可控参数的贡献率系数，本实施例提出以式(3)的方式确定其容差改进后应达到的制造等级；其中，k为容差分配因子，ρ_i为可控参数X_i的贡献率，将k×ρ_i作为容差分配的权重系数；对于确定的一致性指标，通过改变k的取值，使批次产品的一致性提高至目标要求；

Δ′_i＝(1-k×ρ_i)Δ_i＝[1-k×(ρ_Xil+ρ_Xiq)]Δ_i(3)

在本实例中，以50％作为一致性提升的目标，对继电器进行容差分配。通过改变k的取值，利用式(3)改变每个试验因素的容差，并利用步骤四确定的容差分配目标函数，验证该容差分配方案对应的一致性指标是否满足目标要求。从而确定k＝1.05时，改进后批次继电器产品释放时间的一致性能够提升至原来的50.39％，容差分配过程结束。改进后各可控参数的容差分配方案见表5。

表5以释放时间一致性为目标的容差分配表

Claims (1)

1.继电器批次产品释放时间一致性控制方法，其特征在于继电器批次产品释放时间一致性控制方法按以下步骤实现：

一、正交试验设计

设置继电器有n个可控参数X₁，X₂，…，X_n，采用正交试验法设计试验方案：

每个可控参数按照式(1)取三个水平进行表头设计，三个水平分别为中心值m_i及按照改变前的容差Δ_i波动的上限值和下限值；

二、试验数据贡献率分析

计算每个试验方案对应的继电器释放时间y₁，y₂，…，y_n后，对n个试验数据进行统计分析，求出每个可控参数X_i的贡献率ρ_i，分为一次项贡献率ρ_Xil和二次项贡献率ρ_Xiq；

三、建立容差分配目标函数

将步骤二中每个可控参数X_i的贡献率带入式(2)，得到描述参数容差从Δ_i改变为Δ'_i时对应输出特性一致性程度改变的函数关系，即容差分配目标函数：

$\mathrm{\δ}=\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Xil}}{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_i}\right)}^2+{\mathrm{\ρ}}_{\mathrm{Xiq}}{\left(\frac{{\mathrm{\Δ}}_i^{\′}}{{\mathrm{\Δ}}_i}\right)}^4)+{\mathrm{\ρ}}_e---\left(2\right)$

其中，Δ_i表示改变前的容差，Δ'_i表示改变后的容差，ρ_Xil表示因素X_i的一次项贡献率，ρ_Xiq表示因素X_i的二次项贡献率，ρ_e表示误差项贡献率；

四、确定关键参数及其容差

根据各可控参数贡献率值的大小确定继电器关键参数，并以式(3)的方式确定各参数的改变后的容差；

Δ′_i＝(1-k×ρ_i)Δ_i＝[1-k×(ρ_Xil+ρ_Xiq)]Δ_i    (3)

其中，k为容差分配因子，ρ_i为可控参数X_i的贡献率，将k×ρ_i作为容差分配的权重系数；对于确定的一致性指标，通过改变k的取值，使批次产品的一致性提高至目标要求；

五、继电器制造过程控制

根据步骤四确定的各可控参数容差，明确继电器制造过程中的每个可控参数应满足的精度，保证批次产品释放时间的一致性满足目标要求。