CN112085316A - 一种钢轨质量整体评估方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种钢轨质量整体评估方法，选取重点生产工序及其生产指标，钢轨成品指标，运用过程能力指数(或过程绩效指数)对量化数据进行分析，运用数据区间百分比对离散型数据进行统计，运用不合格率对定性数据进行统计，建立数据转换数学模型，将各指标分析或统计数据转换为表征质量的单项目质量指数，最后通过加权得到评估钢轨整体质量的质量指数，并且为钢轨质量的优化提供方向。

Description

一种钢轨质量整体评估方法
技术领域
本发明属于钢轨领域，涉及钢轨质量的评估及优化，具体来说是一种钢轨质量整体评估方法。
背景技术
钢轨的生产需要经过炉外精炼、连铸、加热、轧制、矫直、无损检测、在线检查等14多个生产、检测工序，一支钢轨包括化学成分、拉伸性能、硬度、残余应力、规格尺寸(轨高、底宽、断面不对称等)、平直度、扭曲等20多项检测指标，但目前对于钢轨生产过程及成品质量的评估多是从局部指标进行分析，未考虑各指标之间的关联，缺少对整体质量的评估，在钢轨整体质量控制、用户选择使用等方面缺少参考依据。
发明内容
针对目前钢轨质量评估不充分的问题，本发明提出一种钢轨质量整体评估方法，通过建立数学模型，用钢轨生产参数及成品质量评估钢轨质量，从而为优化钢轨质量控制、用户选择使用提供方向。
本发明钢轨质量整体评估方法，具体步骤如下：
步骤1：钢轨生产指标数据收集，包括钢轨重点工序及其工序参数指标与成品质量指标。
步骤2：根据指标数据类型分为计量指标数据与计数指标数据，其中计数数据又分为水平等级数据与不合格率。
步骤3：将计量数据、水平等级数据、不合格率经过相应的数学转换公式转换为质量指数。
步骤4：各项质量指数加权。
步骤5：通过加权后的质量指数对钢轨的整体质量进行表征，同时根据各分项的质量指数对相应指标进行分析。
本发明的优点在于：
1、本发明钢轨质量整体评估方法，在局部指标的评估基础上对钢轨产品整体进行评估，考虑了指标的特征及关联性，更具有参考价值；
2、本发明钢轨质量整体评估方法，抽象了一种统一的评价指数，提高使用效率。
附图说明
图1为本发明钢轨质量整体评估方法流程图。
图2为计量数据质量指数转换示意图。
图3为不合格率数据质量指数转换示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明钢轨质量整体评估方法，具体步骤如下：
步骤1：钢轨生产指标数据收集
钢轨生产数据包括钢轨重点工序及其工序参数指标包括真空处理(真空度、深真空时间等)、连铸(浇注温度、电磁搅拌频率、拉速等)、加热(加热温度、加热时间等)、轧制(轧制试样规格尺寸等)、矫直(矫前温度、矫后质量等)、无损检测(钢轨伤损率等)、在线检查(钢轨表面质量不合格率等)等；
成品质量指标包括化学成分(C、Si、Mn、V、P、S、Al等)、气体含量(氢、氧、氮等)、硬度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、非金属夹杂物、残余应力、断裂韧性、疲劳、疲劳裂纹扩展速率、断面尺寸(轨高、轨头宽度、轨冠饱满度、轨底宽度、腰厚、不对称、轨底边缘厚度、连接夹板安装高度及斜度、轨底凹入等)、端面斜度、平直度、扭曲、长度、表面质量等。上述每一个指标数据量至少获取20个以上。
步骤2：指标数据处理
由于步骤1中各指标类型不同，因此根据指标数据类型分为计量指标数据与计数指标数据。
其中，计量指标数据包括真空处理(真空度、深真空时间等)、连铸(浇注温度、电磁搅拌频率、拉速等)、加热(加热温度、加热时间等)、轧制(轧制试样规格尺寸等)、矫直(矫前温度、矫后质量等)、无损检测(钢轨伤损率等)、在线检查(钢轨表面质量不合格率等)、化学成分(C、Si、Mn、V、P、S、Al等)、气体含量(氢、氧、氮等)、硬度、抗拉强度、延伸率、断面收缩率、残余应力、断裂韧性、疲劳、疲劳裂纹扩展速率、扭曲、长度等。
上述计量指标数据采用过程能力指数(或过程绩效指数)进行分析，公式如下：
Figure BDA0002604018960000031
式(1)中，USL、LSL分别代表标准要求的上下限，
Figure BDA0002604018960000032
代表计量指标数据的平均值，σ代表计量指标数据的标准差，Cpk为过程能力指数，Ppk为过程绩效指数，值越大代表整体的离散程度相对于技术标准的公差范围越小，因而能力越高，质量控制越稳定。
根据分析结果，可评估计量指标的质量稳定性。
计数数据又分为两种，一种使用相应水平的分布比例(下称水平等级数据)进行质量稳定性表征，包括非金属夹杂物、平直度；另一种使用不合格率(下称不合格率)进行表征。
步骤3：质量指数模型建立
步骤2中的计量数据、水平等级数据、不合格率经过相应的数学转换公式转换为质量指数，以便后续加权，具体如下：
A、计量数据转化：
Y1＝A1*Cpk*(A2*Cpk+A3) Cpk<0.67 (2)
Y1＝10-B1*EXP(-Cpk/B2-B3) Cpk≥0.67 (3)
其中，Y1为计量数据代表的质量指数水平，其中，A1、A2、A3、B1、B2、B3代表系数，且Cpk可以更换为Ppk。系数的拟合方式采用以下方法，公式(2)及公式(3)代表的两段函数在Cpk为0.67处连续，低于0.67时，反映出质量波动较为明显，即质量控制相对较差，因此其质量指数的增速较低，在0.67以上，反映出质量逐步改善，因此其对应质量指数增速较高，当达到1.67以上时，进一步增加质量控制的意义不明显，不宜进一步强调质量指数的增长，因此在1.67附近出现拐点，拟合曲线如图2所示。
B、水平等级数据转化：
Y2＝10-∑aiXi (4)
上式中，Y2为水平等级数据代表的质量指数水平，ai代表系数，Xi代表相应区间的分布比例；i代表不同水平等级，如针对平直度，i代表了0mm，0.5mm，1mm，1.5mm，2mm，2.5mm等，针对非金属夹杂物，i代表了0级，0.5级，1.5级，2级，2.5级，3级等；ai有以下特征值，抽样指标为标准上限，其系数ai为8，指标为0时，系数为0，其余低于标准上限指标的系数ai为8*(1/2)p，p的值为(上限水平-相应水平)/最小单位间隔；高于标准上限指标的系数ai为8*2r，r的值为(相应水平-上限水平)/最小单位间隔。如：标准要求非金属夹杂物的上限为2级，评级以0.5级为步进，则2级的ai为8，标准以下各等级系数分别为1.5级ai为4，1级ai为2，0.5级ai为1，0级ai为0，标准以上各等级系数分别为2.5级ai为16，3级ai为32。需要说明的是，当Y2<0时，令Y2等于0。
C、不合格率数据转化：
Y3＝C1*q+C2 q<R1 (5)
Y3＝D1*q+D2 R2>q≥R1 (6)
Y3＝E1*q+E2 q≥R2 (7)
其中，Y3为不合格率数据代表的质量指数水平；C1、C2、D1、D2、E1、E2代表系数，q代表不合格率。系数的拟合采用以下原则，当不合格率小于R1时，指数随不合格率的降低，降幅较小；当不合格率在R1～R2时，指数随不合格率的增长，降幅较大；当不合格率大于R2时，能力不足，指数随不合格率的降低，降幅较小，拟合曲线如图3所示，图中不合格率转换点R1与R2分别为0.05与0.01。
总体来看，上述各指标数据转化公式为非线形的，单个指标数据在进行质量指数转化时参照以下方式：质量波动较明显时，质量指数较低，且增速较缓，以引起质量重视，由波动明显向稳定转变时，质量指数逐步增加，且增速较快，以促进质量的提升，由稳定向良好转变时，质量指数较高，且增速较缓，以促进向其他质量指标重视。各转换点的选择尤为重要，同一类(如计量类数据)指标转化公式及转化点都是一样，但是不同指标(如计量类数据与不合格率数据之间)的转化点可能存在差异，计量类数据转换点：Cpk为0.67，不合格率数据转换点：不合格率为R1和R2，不合格率将根据生产情况波动。
步骤4：各质量指数加权：
Figure BDA0002604018960000041
其中，Y代表总的质量指数，指数越高代表钢轨整体质量越稳定，控制越好。bu、bv、bw代表系数，Yu、Yv、Yw分别代表计量数据、水平等级数据、不合格率数据对应指标的质量指数，g、h、o分别为相应指标数量，bu、bv、bw通常为1。
步骤5：模型应用。
根据公式(8)得到的汇总的质量指数对钢轨的整体质量进行表征，同时根据分项的质量指数可以对相应指标进行分析，为钢轨生产及质量优化提供方向，此外为用户钢轨选择使用提供参考。

Claims (5)

1.一种钢轨质量整体评估方法，其特征在于：具体步骤为：
步骤1：钢轨生产指标数据收集，包括钢轨重点工序及其工序参数指标与成品质量指标；
步骤2：根据指标数据类型分为计量指标数据与计数指标数据，其中计数数据又分为水平等级数据与不合格率；
步骤3：将计量数据、水平等级数据、不合格率经过相应的数学转换公式转换为质量指数；
步骤4：各项质量指数加权；
步骤5：通过加权后的质量指数对钢轨的整体质量进行表征。
2.如权利要求1所述一种钢轨质量整体评估方法，其特征在于：步骤3中，计量数据转化具体方式为：
Y1＝A1*Cpk*(A2*Cpk+A3) Cpk<0.67
Y1＝10-B1*EXP(-Cpk/B2-B3) Cpk≥0.67
其中，Y1为计量数据代表的质量指数水平，其中，A1、A2、A3、B1、B2、B3代表系数，Cpk为过程能力指数，式中Cpk可以更换为过程绩效指数Ppk；且：
Figure FDA0002604018950000011
式中，USL、LSL分别代表标准要求的上下限，
Figure FDA0002604018950000012
代表计量指标数据的平均值，σ代表计量指标数据的标准差。
3.如权利要求1所述一种钢轨质量整体评估方法，其特征在于：步骤3中，计量数据转化具体方式为：水平等级数据转化具体方式为：
Figure FDA0002604018950000013
其中，Y2为水平等级数据代表的质量指数水平，ai代表系数，Xi代表相应区间的分布比例；i代表的不同水平等级对应的系数及比例。
4.如权利要求1所述一种钢轨质量整体评估方法，其特征在于：ai具有以下特征值，抽样指标为标准上限，其系数ai为8，指标为0时，系数为0，其余低于标准上限指标的系数ai为8*(1/2)p，p的值为(上限水平-相应水平)/最小单位间隔；高于标准上限指标的系数ai为8*2r，r的值为(相应水平-上限水平)/最小单位间隔。
5.如权利要求1所述一种钢轨质量整体评估方法，其特征在于：不合格率数据转化具体方式为：
Y3＝C1*q+C2 q<0.01 (5)
Y3＝D1*q+D2 0.05>q≥0.01 (6)
Y3＝E1*q+E2 q≥0.05 (7)
其中，Y3为不合格率数据代表的质量指数水平；C1、C2、D1、D2、E1、E2代表系数，q代表不合格率。
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