【摘要】本文針對(duì)國六發(fā)動(dòng)機(jī)在線檢測領(lǐng)域缺乏量值溯源的難題，開發(fā)多維度在線檢測確認(rèn)方法，實(shí)現(xiàn)國六非標(biāo)測量設(shè)備通過連續(xù)的比較鏈與國際或國家測量標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)系起來，解決了國六發(fā)動(dòng)機(jī)在線檢測領(lǐng)域缺乏量值溯源的難題，確保國六在線計(jì)量設(shè)備量值溯源評(píng)價(jià)確認(rèn)。

【關(guān)鍵詞】國六發(fā)動(dòng)機(jī)；多維度；在線檢測

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.05.033

Research on Multidimensional Online Detection and Measurement Verification Method for National StageⅥEngines

AN Qiang，WANG Zhihui

（Guangxi Research Institute of Metrology & Test， Nanning 530007， China）

Abstract： In response to the challenge of lacking traceability of measurement values in the field of online detection for National StageⅥengines， a multidimensional online detection verification method has been developed. This method enables National StageⅥnonstandard measurement equipment to be linked to international or national measurement standards through a continuous comparison chain. It addresses the issue of traceability of measurement values in the online detection field for National StageⅥengines， ensuring the evaluation and confirmation of traceability for National StageⅥonline measurement equipment.

Keywords： national stageⅥengine； multidimensional； online detection

隨著全球?qū)Νh(huán)境保護(hù)的日益重視，各國紛紛出臺(tái)了更為嚴(yán)格的汽車排放標(biāo)準(zhǔn)。在中國，國家六號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn)（簡稱“國六”）的實(shí)施標(biāo)志著對(duì)汽車排氣排放物控制的更高要求。這一政策的實(shí)施不僅對(duì)汽車制造商提出了新的挑戰(zhàn)，也對(duì)相關(guān)的檢測技術(shù)和設(shè)備提出了更高的精度和可靠性要求。特別是在國六發(fā)動(dòng)機(jī)精加工線上，發(fā)動(dòng)機(jī)的在線檢測技術(shù)尤為關(guān)鍵，以確保生產(chǎn)出的發(fā)動(dòng)機(jī)能夠滿足嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)。然而，目前我國在國六發(fā)動(dòng)機(jī)在線檢測領(lǐng)域面臨著量值溯源的難題，這直接影響到檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，本文提出了一種多維度在線檢測確認(rèn)方法，旨在提升國六發(fā)動(dòng)機(jī)在線檢測設(shè)備的精度和量值溯源能力，以滿足國家政策的要求。

以某企業(yè)國六發(fā)動(dòng)機(jī)精加工線為例，國六精加工線與國際先進(jìn)設(shè)備供應(yīng)商合作開發(fā)全自動(dòng)加工設(shè)備線，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的檢測，但國六加工線的SPC在線測量設(shè)備屬于非標(biāo)設(shè)備，目前國家或行業(yè)還沒有相應(yīng)的檢定校準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無法委托第三方檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行確認(rèn)。尤其是排放標(biāo)準(zhǔn)器需返回歐美進(jìn)行計(jì)量溯源，每年需耗費(fèi)400萬元以上且需歷時(shí)半年。因此，我國自主在線檢測技術(shù)的研發(fā)刻不容緩。

國六發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)按照在線測量設(shè)備的布點(diǎn)和工藝精度，結(jié)合了計(jì)量溯源和國際通用的測量系統(tǒng)分析、設(shè)備比對(duì)等相關(guān)要求，遵循測量設(shè)備（量儀）的分辨率達(dá)到被測公差要求的1/20的原則，開發(fā)出多維度計(jì)量確認(rèn)方法，分別從標(biāo)準(zhǔn)件/器的計(jì)量校準(zhǔn)（量值溯源）、%R&R評(píng)定（MSA的重復(fù)性和再現(xiàn)性評(píng)定）、Cgk評(píng)定（測量能力指數(shù)評(píng)定）、線性比對(duì)（與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備三坐標(biāo)機(jī)的結(jié)果比對(duì)），四個(gè)維度評(píng)價(jià)方法對(duì)設(shè)備測量精度進(jìn)行確認(rèn)，見圖1；同時(shí)將確認(rèn)方法輸入到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，由系統(tǒng)根據(jù)測量設(shè)備判異規(guī)則，自動(dòng)開展計(jì)量校準(zhǔn)。

1標(biāo)準(zhǔn)件溯源的方法

標(biāo)準(zhǔn)件溯源是一種關(guān)鍵的質(zhì)量控制手段，它確保了工業(yè)生產(chǎn)中使用的測量設(shè)備能夠提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)。這個(gè)過程涉及將標(biāo)準(zhǔn)件（如量塊、量規(guī)、校準(zhǔn)環(huán)等）送至具有高精度的計(jì)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證。在現(xiàn)代工業(yè)測量中，三坐標(biāo)測量機(jī)是一種常用的高精度測量設(shè)備，它能夠?qū)ぜ某叽?、形狀和位置進(jìn)行精確測量。坐標(biāo)精度達(dá)到0.5μm。在溯源過程中，不同類型的測量設(shè)備可能需要不同類型的標(biāo)準(zhǔn)件。例如，用于校準(zhǔn)測量機(jī)（如凸輪軸孔、主軸孔、缸孔測量機(jī)）的整體式校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件通常需要提供兩個(gè)，一個(gè)代表最大值，另一個(gè)代表最小值。對(duì)于其他類型的測量傳感器，如接觸式或非接觸式傳感器，可能需要提供更多的校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件，通常是最大值和最小值各兩個(gè)，這樣既可以用于日常使用，也可以作為備用。這種做法確保了在任何時(shí)候，測量設(shè)備都能夠提供一致且可靠的測量結(jié)果。

溯源過程不僅包括校準(zhǔn)操作，還包括對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的記錄和分析。這些數(shù)據(jù)會(huì)被記錄在溯源證書或校準(zhǔn)報(bào)告中，以證明測量設(shè)備的準(zhǔn)確性和可靠性，它們是產(chǎn)品質(zhì)量保證和符合國際標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。

2測量能力指數(shù)Cgk方法

測量能力指數(shù)Cgk是一種衡量測量系統(tǒng)性能的統(tǒng)計(jì)工具，它用于評(píng)估在實(shí)際生產(chǎn)條件下，測量系統(tǒng)重復(fù)測量同一零件的能力。Cgk指數(shù)是通過對(duì)同一零件進(jìn)行多次測量，然后分析這些測量數(shù)據(jù)的變異性來計(jì)算得出的。這種方法可以幫助制造企業(yè)了解他們的測量系統(tǒng)在生產(chǎn)環(huán)境中的表現(xiàn)，以及是否能夠滿足質(zhì)量控制的要求。

在進(jìn)行Cgk評(píng)估時(shí)，首先需要選擇一個(gè)經(jīng)過校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)件，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸應(yīng)該與被測零件的尺寸相匹配。然后將這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件放置在測量設(shè)備上，并進(jìn)行50次連續(xù)的測量。每次測量之間，零件需要重新定位和裝夾，以模擬實(shí)際生產(chǎn)中零件的更換過程。重要的是，在整個(gè)測量過程中，不允許對(duì)測量設(shè)備進(jìn)行任何調(diào)整或校準(zhǔn)，以確保評(píng)估是在沒有任何干預(yù)的情況下測量系統(tǒng)的真實(shí)性能。

在每次測量后，收集的數(shù)據(jù)將被用來計(jì)算測量系統(tǒng)的變異性。為了確保評(píng)估的準(zhǔn)確性，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在表1中詳細(xì)列出，包括公差范圍要求和Cgk接收標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)有助于確保評(píng)估過程的一致性和可重復(fù)性，從而使得Cgk指數(shù)成為一個(gè)可靠的衡量工具。通過這種方法，企業(yè)可以有效地監(jiān)控和改進(jìn)他們的測量系統(tǒng)，以確保產(chǎn)品質(zhì)量符合設(shè)計(jì)和客戶的要求。

3測量系統(tǒng)（線性）比對(duì)評(píng)定方法

測量系統(tǒng)（線性）比對(duì)評(píng)定方法是一種用于評(píng)估量具或測量設(shè)備在實(shí)際使用條件下性能的標(biāo)準(zhǔn)化過程。其目的是確保測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和一致性，以便在生產(chǎn)和質(zhì)量控制過程中做出可靠的決策。

在進(jìn)行比對(duì)評(píng)定時(shí)，首先需要準(zhǔn)備2到5個(gè)校準(zhǔn)件作為樣本。這些校準(zhǔn)件的規(guī)格應(yīng)該覆蓋被評(píng)價(jià)量具的整個(gè)工作量程，以確保評(píng)定結(jié)果的全面性。例如，如果校準(zhǔn)件用于測量長度，那么校準(zhǔn)件應(yīng)該包括從最小測量范圍到最大測量范圍的多個(gè)尺寸。

接下來，對(duì)每個(gè)校準(zhǔn)件進(jìn)行12次獨(dú)立的測量。每次測量都需要重新定位和裝夾校準(zhǔn)件，以模擬實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中的測量過程。在這個(gè)過程中，不得對(duì)校準(zhǔn)件進(jìn)行任何形式的調(diào)整或校準(zhǔn)，以保證評(píng)定的是在未經(jīng)干預(yù)的自然狀態(tài)下校準(zhǔn)件的性能。

測量完成后，收集的數(shù)據(jù)將與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。標(biāo)準(zhǔn)值通常由第三方檢定機(jī)構(gòu)或用戶計(jì)量室出具的數(shù)據(jù)確定，這些數(shù)據(jù)被認(rèn)為是準(zhǔn)確的參考值。通過計(jì)算測量值與真值之間的偏差，可以評(píng)估校準(zhǔn)件的準(zhǔn)確性。偏差的計(jì)算可以采用多種統(tǒng)計(jì)方法，如平均偏差、標(biāo)準(zhǔn)差等。

為了評(píng)價(jià)校準(zhǔn)件的性能，需要將測量結(jié)果與預(yù)設(shè)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在表2中列出，包括公差范圍和（線性）比對(duì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。如果測量結(jié)果在這些標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，那么可以認(rèn)為校準(zhǔn)件的性能是可接受的。如果超出了這些標(biāo)準(zhǔn)，可能需要對(duì)校準(zhǔn)件進(jìn)行校準(zhǔn)、維修或更換。

4%R&R評(píng)定的方法

%R&R（重復(fù)性和再現(xiàn)性）評(píng)定是一種用于評(píng)估測量系統(tǒng)性能的方法，它通過測量同一樣本在相同條件下的多次測量結(jié)果的一致性來確定測量系統(tǒng)的可靠性。這種評(píng)定對(duì)于確保產(chǎn)品質(zhì)量控制過程中測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和一致性至關(guān)重要。

在進(jìn)行%R&R評(píng)定時(shí)，首先需要準(zhǔn)備10個(gè)樣本。這些樣本應(yīng)該能夠代表實(shí)際生產(chǎn)中的工件，并且它們的尺寸應(yīng)該覆蓋工作量程。這樣做可以確保評(píng)定結(jié)果能夠全面反映工件在不同尺寸范圍內(nèi)的性能。接下來，對(duì)每個(gè)樣本進(jìn)行3次測量。為了保證測量的一致性，每次測量都需要重新定位和裝夾樣本。這個(gè)過程中，樣本不得進(jìn)行任何調(diào)整或校準(zhǔn)，在完成所有測量后，收集的數(shù)據(jù)將用于計(jì)算重復(fù)性和再現(xiàn)性的百分比。重復(fù)性（%R）是指在相同條件下，由同一操作員使用同一量具對(duì)同一樣本進(jìn)行多次測量所得結(jié)果的一致性。再現(xiàn)性（%R）則是指在不同條件下（例如，不同的操作員、不同的量具或不同的測量環(huán)境）對(duì)同一樣本進(jìn)行測量所得結(jié)果的一致性。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)在表3中列出，包括公差范圍、非形位公差項(xiàng)目評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和形位公差項(xiàng)目評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。如果測量結(jié)果符合表3中的標(biāo)準(zhǔn)，那么可以認(rèn)為測量系統(tǒng)具有良好的重復(fù)性和再現(xiàn)性。如果不符合，可能需要進(jìn)行進(jìn)一步的校準(zhǔn)或改進(jìn)操作流程。通過%R&R評(píng)定，企業(yè)可以有效地評(píng)估和監(jiān)控其測量系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，從而確保產(chǎn)品質(zhì)量控制的有效性。

第三方計(jì)量機(jī)構(gòu)與企業(yè)聯(lián)合開展現(xiàn)場方案驗(yàn)證。只有校準(zhǔn)件經(jīng)計(jì)量校準(zhǔn)合格、測量能力指數(shù)Cgk可接受、測量系統(tǒng)分析% R&R可接受、測量系統(tǒng)比對(duì)可接受，則測量設(shè)備校準(zhǔn)合格，見圖2；輸出企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《國六精加工線SPC檢測設(shè)備校準(zhǔn)規(guī)范》。

5結(jié)束語

本文提出的多維度在線檢測確認(rèn)方法，不僅解決了國六發(fā)動(dòng)機(jī)在線檢測設(shè)備在量值溯源方面的難題，而且為我國自主在線檢測技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化檢測，這對(duì)于提升我國汽車制造業(yè)的整體競爭力具有重要意義。此外，該方法的實(shí)施有助于減少對(duì)國外檢測技術(shù)的依賴，降低成本，縮短檢測周期，從而更好地適應(yīng)國家政策導(dǎo)向和市場需求。展望未來，我們將繼續(xù)優(yōu)化這一方法，探索更多高效、低成本的量值溯源途徑，以確保國六發(fā)動(dòng)機(jī)在線檢測技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，為我國汽車工業(yè)的綠色發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。

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【作者簡介】

安強(qiáng)，男，1967年出生，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)橛?jì)量檢定。王智慧，男，1984年出生，高級(jí)工程師，碩士，研究方向?yàn)橛?jì)量檢定。

（編輯：李鈺雙）