QC優秀成果┃效率提升18倍！激光甲烷傳感器高低溫工作自動測試系統研制

2025年06月11日 15:59 智能礦山雜志責編：戚金榮作者：智能礦山雜志

語音播報

點擊播放

中國煤炭科工集團重慶研究院有限公司（簡稱中國煤科重慶研究院）研制的GJJ100A型煤礦用激光甲烷傳感器是新一代甲烷檢測類產品，具有測量準確，不受其他烷類氣體干擾，不受有毒有害氣體影響，標校間隔時間長等優點，受到市場青睞，需求量逐年提升，是中國煤科重慶研究院的產值主力產品。

文章來源：《智能礦山》2025年第5期“革新·改造：優秀 QC 成果”欄目

第一作者：黃海峰，現任中煤科工集團重慶研究院有限公司測控分院儀器儀表車間主任，主要從事煤礦用報警儀、傳感器、攝像儀等產品的制造。E-mail：26813835@qq.com

作者單位：中煤科工集團重慶研究院有限公司

引用格式：黃海峰，孫世嶺，劉啟軍，等. 激光甲烷傳感器高低溫工作自動測試系統研制[J]. 智能礦山，2025，6(4)：42-46.

點擊文末左下角閱讀原文，免費下載閱讀pdf全文

關注微信公眾號，了解更多礦山智能化建設進展

根據市場推廣需求2024年產能>2萬臺，目前生產現狀最多年產1.4萬臺（除設備維保檢修，一次性不良率及其他因素），不能滿足市場推廣要求，市場推廣需求見表1。

表1 市場推廣需求測算

激光甲烷傳感器傳統的測試方式與智能制造生產模式匹配度低，為了適應市場需求，奮進QC小組勇挑重擔，承擔了激光甲烷傳感器生產技術升級以及提效提產任務。

選擇課題

（1）分析生產流程

QC小組梳理分析激光甲烷傳感器的生產工序。高低溫工作測試使用2臺高低溫箱，每臺每天測試2批次，2臺共計4批次，單批次為20臺，合計日產能80臺，人工耗時640 min，平均效率為8 min/臺，為滿足市場需求目標，需將日產能從80臺提升至約120臺（2萬臺/系數0.7/年工作日250天≈120臺），單位效率從8 min/臺降至3.33 min/臺（人工耗時1天400 min/120臺），激光甲烷傳感器測試流程如圖1所示。

undefined

圖1 激光甲烷傳感器測試流程

（2）分析高低溫測試操作流程

激光甲烷傳感器高低溫測試操作流程為上電倒計時60 s→按動遙控器到1功能調零→在進入U和L功能界面依次記錄電壓和電流2個參數→遙控循環保存調零數據→按動遙控器上下鍵共4次進入內部調試界面→依次進入8個功能界面記錄8個參數→斷電取下傳感器→運輸至高低溫設備→上電進入-20 ℃低溫測試→運行2 h→按照以上流程外部記錄2個參數、內部記錄8個參數→切換至25 ℃溫度測試運行2 h→按照流程再記錄10個參數→切換至40 ℃高溫測試運行2 h→按照流程再記錄10個參數→測試完成取下傳感器。

分析表明測試流程復雜需按動遙控器184次進入136個功能界面，重復記錄數據多，共4個溫度階段40項數據，批次測試數量少，僅20臺/批；人工操作耗時達160 min/批。

（3）制定改進方案

QC小組通過總結分析數據討論得出改進方案。研制1套自動測試系統來滿足需求，用計算機程序代替人工操作，實現自動控制、采集、記錄、判定，測試過程無人值守，提升測試效率與智能化程度；通過改變承載結構方式，提高箱體內部的空間利用率，實現高低溫實驗箱的單次容量擴容，提升單次批次測試容量。

（4）技術基礎借鑒

QC小組成員檢索《激光甲烷傳感器高低溫工作自動測試系統》等關鍵字，并未發現有相關專利、文獻、產品；在行業內調查過程中發現類似系統應用，中國煤科重慶研究院的KJ90X型煤礦監控系統的一對多通信、集中控制與管理等方面與制定的改進方案有契合點。

設定目標

通過分析生產流程以及量化計算年產能，QC小組確定激光甲烷傳感器高低溫工作測試效率由8 min/臺/人降至3.33 min/臺/人，高低溫工作測試時間目標設定主要技術指標分組情況如圖2所示。

undefined

圖2 高低溫工作測試時間目標設定

（1）目標可行性論證

QC小組成員按照測試平臺功能與技術指標進行分組，主要技術指標分組情況如圖3所示。激光甲烷傳感器高低溫測試過程中分為4個階段，每階段10種參數，共需要紅外遙控控制并手寫記錄40個參數；借鑒KJ90X煤礦監控系統，1臺上位機同時實現多臺傳感器數據自動采集并記錄，節省重疊時間。

undefined

圖3 激光甲烷傳感器高低溫工作測試主要技術指標分組情況

（2）效率提升論證

QC小組詳細分析和預估計算借鑒效果，理論上忽略遙控和記錄數據時間，將效率提升為（160 min×4批-120 min×4批）/80臺=2 min/臺，高于目標值，計算得出可行目標，效率提升預估見表2。

表2 效率提升預估

（3）可行性論證結論

QC小組成員經驗豐富、創新能力強，近年完成多個QC項目，并屢次獲得各種獎勵；領導層高度重視質量管理；預計材料成本約1.5萬元，未超過可接受的成本范圍。以上綜合指標滿足要求，表明可完成設定目標。

提出并確定最佳方案

圍繞活動目標，QC小組成員討論提出2套解決問題的總體方案，分析對比2套總體方案的優點與缺點。

（1）一體化專用測試設備

研制1臺激光甲烷傳感器高低溫工作專用測試設備，實現自動化，采用軟件方案進行數據采集、控制、展示，存檔。通過對高低溫箱進行改造，嵌入自研系統、承載結構，實現設備專用。優點為集成度高，整體效果好；缺點為成本高，且需改造大型高低溫設備，風險評估存在不確定性，不兼容其他產品。

（2）分布式測試系統

研制1套分布式系統，對高低溫箱內的產品擺放重新布局，增加容量，通過軟件進行數據采集、控制、展示，存檔。實施詳情為不改造高低溫箱，通過與外設硬件、軟件配合使用。優點為可復制性強、擴展性強，升級、改造、維護方便，成本低、兼容性強、可測試其他產品；缺點為各部分呈分布式擺放，美觀度不佳。

通過對比與分析2套方案，成員討論決定采用研制分布式測試系統來保障目標的順利完成。

（3）子方案最優應用確定

確定總體最優方案后，提出子方案包括數據采集，承載結構，硬件電路3個模塊，確定每個模塊的最佳應用子方案。數據采集選用傳感器自帶485通信，采集效率高，采集數據精準，雙向通信實現控制與記錄全自動化，滿足無人值守，上位機軟件控制并且自動記錄；承載結構采用立體多層懸掛式掛架承載，承載容量大，通風性能好，溫度曲線好，設計了底部滑輪，搬運便捷；硬件電路采用模塊化通信與總線控制器相結合，獨立模塊抗干擾能力強，維護成本低，重復導線連接較少，采用總線通信速度、運算速度更快。

制定實施對策

QC小組成員按照最佳方案討論并制定了相關的對策，運用“5W1H”明確各模塊任務與分工，最佳子方案實施對策見表3，QC小組成員編寫了軟件，實現了軟件的模塊功能，穩定性與可靠性都符合預期，驗證系統數據采集功能界面如圖4所示，設計、加工制作掛架達到了設計要求，傳感器測試掛架如圖5所示。

表3 最佳子方案實施對策

undefined

圖4 驗證系統數據采集功能界面

undefined

圖5 傳感器測試掛架

測試和優化激光甲烷傳感器高低溫測試后，實現了全自動數據采集存檔，采集數據和人工讀取數據一致；除人工上下料外，測試中實現無人值守；批次容量達到了預期數量90臺，功能全部實現，效果得到確認，測試系統整體效果如圖6所示。

undefined

圖6 測試系統整體效果

測試系統效果

（1）測試系統對策實施完成后，QC小組通過3個月的實際運行跟蹤調查，高低溫工作自動測試系統1天可測試3批次，每批次90臺，共計270臺，單批次只需人工上下料耗時約40 min，QC小組抽取了6天的生產數據，經過計算得出單位效率從8 min/臺/人降為0.44 min/臺/人，提效18倍，滿足產能與智能制造建設要求，效果檢查期間生產數據見表4，測試目標值對比如圖7所示。

表4 效果檢查期間生產數據（2024年）

undefined

圖7 測試目標值對比

（2）測試系統成本合計1.5萬元，和預算一致；經計算活動后3個月因節約工時直接經濟效益27 922元。測試系統可復制性及推廣性強，根據需求復制1套，可再提升產能270臺/天，增強了急訂單、大訂單的應對能力，相同的測試系統現已推廣至開停傳感器測試裝置、傳感器老化箱等項目，均取得了良好效果。開停傳感器測試裝置如圖8所示，傳感器老化箱如圖9所示。

undefined