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(chǎn)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(yōu)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(chǎn)值主力產(chǎn)品。

文章來源：《智能礦山》2025年第5期“革新·改造：優(yōu)秀 QC 成果”欄目

第一作者：黃海峰，現(xiàn)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(chǎn)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(tǒng)研制[J]. 智能礦山，2025，6(4)：42-46.

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根據(jù)市場推廣需求2024年產(chǎn)能>2萬臺，目前生產(chǎn)現(xiàn)狀最多年產(chǎn)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(tǒng)的測試方式與智能制造生產(chǎn)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(chǎn)技術升級以及提效提產(chǎn)任務。

選擇課題

（1）分析生產(chǎn)流程

QC小組梳理分析激光甲烷傳感器的生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)能從80臺提升至約120臺（2萬臺/系數(shù)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。

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(diào)零→在進入U和L功能界面依次記錄電壓和電流2個參數(shù)→遙控循環(huán)保存調(diào)零數(shù)據(jù)→按動遙控器上下鍵共4次進入內(nèi)部調(diào)試界面→依次進入8個功能界面記錄8個參數(shù)→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(shù)、內(nèi)部記錄8個參數(shù)→切換至25 ℃溫度測試運行2 h→按照流程再記錄10個參數(shù)→切換至40 ℃高溫測試運行2 h→按照流程再記錄10個參數(shù)→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(shù)據(jù)多，共4個溫度階段40項數(shù)據(jù)，批次測試數(shù)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(shù)據(jù)討論得出改進方案。研制1套自動測試系統(tǒng)來滿足需求，用計算機程序代替人工操作，實現(xiàn)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(nèi)部的空間利用率，實現(xiàn)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(tǒng)》等關鍵字，并未發(fā)現(xiàn)有相關專利、文獻、產(chǎn)品；在行業(yè)內(nèi)調(diào)查過程中發(fā)現(xiàn)類似系統(tǒng)應用，中國煤科重慶研究院的KJ90X型煤礦監(jiān)控系統(tǒng)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(chǎn)流程以及量化計算年產(chǎn)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。

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(shù)，共需要紅外遙控控制并手寫記錄40個參數(shù)；借鑒KJ90X煤礦監(jiān)控系統(tǒng)，1臺上位機同時實現(xiàn)多臺傳感器數(shù)據(jù)自動采集并記錄，節(jié)省重疊時間。

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(shù)據(jù)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(jīng)驗豐富、創(chuàng)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(zhì)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(yōu)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(xiàn)自動化，采用軟件方案進行數(shù)據(jù)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(tǒng)、承載結構，實現(xiàn)設備專用。優(yōu)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(chǎn)品。

（2）分布式測試系統(tǒng)

研制1套分布式系統(tǒng)，對高低溫箱內(nèi)的產(chǎn)品擺放重新布局，增加容量，通過軟件進行數(shù)據(jù)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(yōu)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(chǎn)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(tǒng)來保障目標的順利完成。

（3）子方案最優(yōu)應用確定

確定總體最優(yōu)方案后，提出子方案包括數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集選用傳感器自帶485通信，采集效率高，采集數(shù)據(jù)精準，雙向通信實現(xiàn)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(xiàn)了軟件的模塊功能，穩(wěn)定性與可靠性都符合預期，驗證系統(tǒng)數(shù)據(jù)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

圖4 驗證系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集功能界面

圖5 傳感器測試掛架

測試和優(yōu)化激光甲烷傳感器高低溫測試后，實現(xiàn)了全自動數(shù)據(jù)采集存檔，采集數(shù)據(jù)和人工讀取數(shù)據(jù)一致；除人工上下料外，測試中實現(xiàn)無人值守；批次容量達到了預期數(shù)量90臺，功能全部實現(xiàn)，效果得到確認，測試系統(tǒng)整體效果如圖6所示。

圖6 測試系統(tǒng)整體效果

測試系統(tǒng)效果

（1）測試系統(tǒng)對策實施完成后，QC小組通過3個月的實際運行跟蹤調(diào)查，高低溫工作自動測試系統(tǒng)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(chǎn)數(shù)據(jù)，經(jīng)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(chǎn)能與智能制造建設要求，效果檢查期間生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(chǎn)數(shù)據(jù)（2024年）

圖7 測試目標值對比

（2）測試系統(tǒng)成本合計1.5萬元，和預算一致；經(jīng)計算活動后3個月因節(jié)約工時直接經(jīng)濟效益27 922元。測試系統(tǒng)可復制性及推廣性強，根據(jù)需求復制1套，可再提升產(chǎn)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(tǒng)現(xiàn)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。

圖8 開停傳感器測試裝置

圖9 傳感器老化箱

（3）QC小組成員編寫工作測試操作說明書，并參與工藝文件修改歸檔，以備查閱。通過現(xiàn)場培訓與理論培訓相結合，對相關人員進行了系列相關操作技術培訓，保證現(xiàn)場操作人員熟練使用整套測試系統(tǒng)，保障生產(chǎn)活動的進行。

總 結

（1）激光甲烷傳感器高低溫工作自動測試系統(tǒng)的研制替代人工操作，實現(xiàn)激光甲烷傳感器數(shù)據(jù)自動采集、自動存檔、自動判定、高低溫箱工作溫度自動切換、無人值守，簡化工作流程，取得了提質(zhì)、減人、增效、降勞動強度的效果，提升了測試工作的智能化程度。

（2）激光甲烷傳感器高低溫工作自動測試系統(tǒng)通過改變承載結構，提高了高低溫箱設備利用率約4倍，單臺空間利用率4.5倍；采用獨立通信模塊，免于每次設置傳感器地址，節(jié)省測試時間；QC小組在硬件及軟件設計等累積了豐富的技術經(jīng)驗，為后續(xù)項目儲備經(jīng)驗。

（3）QC小組下一步計劃結合目前的需求與生產(chǎn)痛點開展《電源隔離模塊自動測試裝置的研制》。

END

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

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