中国航天科工集团第九研究院红林机械厂天天向上QC小组(第六名).doc
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某产品Z向振动试验装置研制
中国航天科工集团第九研究院红林机械厂天天向上QC小组
工厂简介：
中国航天科工集团第九研究院探测与控制技术研究所（国营红林机械厂）创建于1969年，是周恩来总理亲自批准建立的航天系统唯一从事某系统技术研究、产品设计制造的厂所结合型企业，是国防科技工业核心保军企业、国防科技工业技术中心和湖北省企业技术中心。
研究所拥有技术人员400余人，中高级科研人员300余人，省部级以上学术带头人及享受政府特殊津贴专家13人。
研究所坚持实施科技创新、管理创新和党建企业文化创新，坚持技术改造优化工业布局、流程再造优化企业管理、信息化建设提升企业效率、企业文化建设塑造企业核心竞争力，取得了国家科技进步特等奖一系列技术成果，为航天事业和国防现代化建设做出了卓越贡献，荣获了全国精神文明建设工作先进单位、全国五一劳动奖状、航天科工质量奖等荣誉。
一、小组概况
表1小组概况
小组名称
天天向上QC小组
活动课题
某产品Z向振动试验装置研制
课题类型
创新型
成立时间
2008年7月
厂注册号
HLQC2008-005
出勤率
98％
活动时间
2008.7～2009.1
平均受TQC教育时间
40h
小组成员
序号
姓名
性别
年龄
文化程度
组内分工
1
张兵
女
26
本科
项目实施、策划（组长）
2
闫会军
男
40
本科
项目主管
3
刘宗华
男
31
本科
技术指导
4
王章梅
女
36
本科
组织协调
5
余毅
男
28
本科
实践操作
6
葛晓波
男
27
专科
实践操作
7
刘桂岭
男
26
专科
实践操作
8
李波
男
36
本科
质量控制
小组共有8人组成，其中35岁以下的人员占到67％，本科以上人员为75％，是一支既年轻又富有创新能力的高素质团队。
二、选择课题
（一）问题的提出
2008年6月25日，某批次编号为4207196的产品Z方向振动试验后，出现状态无法转换的故障现象。
工厂相关部门按照航天“双五条”标准对产品进行了归零分析。
分析结果表明：
产品与试验装置发生共振，导致产品在振动后无法状态转换。
影响产品正常交付。
因此，解决产品与试验装置的共振问题，变得迫在眉睫。
（二）提出方案
为了解决产品与试验装置共振问题，小组成员召开了诸葛亮会议，采用头脑风暴法，对活动的课题提出了多条意见和建议。
见图1。
解决产品与试验装置共振问题
改变产品共振频率
改变产品自身结构
改变产品质量、质心
改变产品材料
改变产品安装方式
更新试验设备
购置/改造振动台
改造控制软件系统
更新功率放大器
降低装置固有频率
研制新试验装置
提高装置固有频率
改变当前试验方法
用正弦振动代替
用飞行试验代替
图1解决产品与试验装置共振问题的亲和图
（三）课题评价选择
随后，小组成员针对各解决方案开展了讨论和评估，分析情况见表2。
表2课题评估表
序号
课题
分析
评估
是否选用
可实施性
经济性
时间性
预计有效性
综合得分
1
更新试验设备
1、成本比较昂贵，小组调查了XX型振动台，市场售价大约需要经费300万元；
2、能解决振动台的稳定性问题，但解决共振情况效果不一定明显；
3、委托卖房研制、生产，时间进度不可控；
3
1
4
3
11
不选
2
研制新试验装置
1、企业有自主权，依靠小组力量可以实施；
2、预计研制周期一年；
3、预计能够解决共振问题；
4、装置制作、生产、验证成本预计10万元；
5
5
3
4
17
选用
3
改变产品共振频率
1、产品已经定型，更改程序较复杂，很难获得顾客支持；
2、本小组成员由试验技术人员和操作人员组成，没能力对设计产品进行更改，依靠小组力量不易实施；
3、改后产品其安全性不易评估，需要进行大量的试验，其中仅飞行试验一发需要150万元成本；
4、进度无法掌握；
3
3
2
5
13
不选
4
改变当前试验方法
当前试验方法为总体单位提供，已经经过评审，申请更改复杂，时间进度慢，还需要进行大量的试验验证。
预计成本大于30万元。
1
5
3
5
14
不选
（四）确定课题
研制新型试验装置
解决产品与试验装置Z向共振问题
三、设定目标
（一）设定课题目标
目标：
消除产品Z向试验中的共振现象。
量化目标：
试验装置的固有频率>1000Hz。
827.13Hz
1000Hz
（二）目标可行性分析
现有试验装置GC6305-12XX振动工装是2004年设计制造的，选用2A12材料焊接。
经过2年的振动试验和各项力学环境试验，局部已经发生了脱焊现象，导致其结构强度降低，如果继续使用该试验装置，会对产品造成损坏，增加质量隐患。
小组成员对产品进行了测试，其固有频率为680Hz，而现有试验装置固有频率为：
827.13Hz，如图2所示，在黄色区域不可避免发生共振。
若要消除共振现象，则装置的固有频率必须远离产品固有频率。
现有试验装置
脱焊点
脱焊点
图2共振现象分析图谱
随后，小组成员又对其他振动装置进行了调查，结果见表3。
表3现状调查表
目标
现状
统计
装置固有频率>1000Hz
调查了18种振动试验装置，其中有三种满足要求
序号
试验装置代号
固有频率
1
NXJ36-12xx
1070Hz
2
NXJ36-33xx
1500Hz
3
NXJ36-78xx
1674Hz
装置固有频率<400Hz
无
无
制表人：
张兵制表时间：
20080802
通过以上分析，我们达到目标值是可以实现的。
四、确定最佳方案
（一）对确定方案的分解
1、对方案的Ⅰ级分解
根据工作经验，从装置的应用来看，可将装置划分为三个单元。
方案提出
一级分解
方案
装置结构
新型装置研制
选择已有成熟结构
研制新结构
金属材料
非金属材料
装置材料
粘接剂连接
螺栓连接
螺钉连接
安装方式
装置与产品的连接
装置与振动台的连接
粘接剂连接
螺栓连接
压板固定
（1）确定装置结构
表4对现有装置结构的选择
产品方向
振动台
对装置结构的要求
Z
X
Y
1、安装面为侧面安装；
2、延Z方向施加振动；
3、产品外形不规则，
质量不对称，且质量较重
1、安装面为水平方向；
2、延垂直方向施加振动。
1、振动夹具能够最大限度地模拟产品的真实安装方式。
2、尽量做到夹具与产品的组合中心到振动台面最短距离要求，并且与振动台面同轴。
3、加工方便，工艺性好，价格尽可能低，加工周期短。
通过以上分析，调查了9种常见装置结构，其中仅有L型、T型、圆筒型、立方体型等四种类型满足要求。
制表人：
张兵制表时间：
20080805
我们对四种类型的工装进行了性能比较和小组评价。
表5装置结构分析评价表
序
号
类型
结构简图
特点
张
兵
闫会军
王章梅
刘宗华
葛晓波
余
毅
刘桂岭
李
波
总分
结论
1
L型
工装的强度好，同时安装两个产品，但要求工装与产品的组合中心低，即产品的安装位置不易过高，且重量远远小于工装。
8
10
9
9
8
9
10
9
72
可选用
2
T型
与L型类似，要求产品与工装的组合重心低并且与振动台的中心同轴。
10
8
9
7
8
9
9
10
72
可选用
3
圆筒形
圆筒型结构也具有相当高的共振频率，试验产品装入圆筒里面。
4
2
1
1
2
3
1
0
14
不选用
4
立方体型
立方体型主要用于小型产品的振动试验，该类型的工装具有较高的刚度，振动特性好。
2
1
1
2
1
3
1
0
11
不选用
制表人：
张兵制表时间：
20080805
通过小组评价，我们得出L型和T型结构都能满足本产品试验。
但考虑到产品的质量较重，用L型同时安装两个产品振动，工装和产品的重心会升高，且达到振动台的输出上限，而采用T型结构,装置的强度又会有所减弱。
因此，小组决定研制新结构。
（2）确定装置材料
固有频率计算公式：
式中：
ωn·············固有频率
m··············质量
k···············刚度
由于非金属材料的K值<<金属材料，我们需要装置的固有频率越大越好，因此，我们选用金属材料作为装置材料。
（3）确定安装方式
a、产品与装置的连接选择
表6安装方式方案选择
待选方案
方案分析
结论
螺栓固定
1、在安装面板上打孔方便，牢固可靠；
2、可随时更换螺母。
选定
压板固定
1、在安装面板上攻螺纹孔方便，牢固可靠；
2、但长期在紧固容易使螺纹划扣，难以修复；
3、安装简便。
备选
粘接剂固定
1、安装简便，但溢出的胶水影响美观；
2、强度不足，可能会从振动台面上滑落。
不选定
制表人：
张兵制表时间：
20080807
b、装置与振动台的连接选择
表7安装方式方案选择
待选方案
方案分析
结论
螺栓固定
1、在底板上打孔方便，牢固可靠；
2、安全，能有效传递振动激励。
选定
压板固定
1、安装简便，但振动台面有限，可能无法安装；
2、需要多点固定；
备选
粘接剂固定
1、安装简便，但溢出的胶水影响美观；
2、强度不足，可能会从振动台面上滑落。
不选定
制表人：
刘宗华制表时间：
20080807
2、对方案的Ⅱ级分解
方案提出
一级分解
二级分解
方案
研制新结构
明确结构方案
装置结构
新型装置研制
镁及镁合金
铍
铝及铝合金
钢及刚合金
金属材料
装置材料
螺栓连接
螺栓连接
确定螺栓规格及数量
确定螺栓规格及数量
安装方式
装置与产品的连接
装置与振动台的连接
（1）明确装置结构方案
小组成员经过讨论及意见征集，决定各取L型及T型的优点，即采用L型、T型的结合结构来设计新装置，并将新结构命名为：
L型的偏心结构。
（2）明确材料类型
对于材料的选择，小组成员通过振动传递数学模型进行了理论分析，找出了谐振频率和装置材料的关系。
Lagrange方程得出结构体有限元振动微分方程：
（1）
没有外载荷情况下，自由振动的解反应结构本身的固有特性，因此有：
（2）
一般阻尼作用很小，可以
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