QC优秀成果┃效率提升18倍！激光甲烷传感器高低温工作自动测试系统研制

2025年06月11日 15:59 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

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中国煤炭科工集团重庆研究院有限公司（简称中国煤科重庆研究院）研制的GJJ100A型煤矿用激光甲烷传感器是新一代甲烷检测类产品，具有测量准确，不受其他烷类气体干扰，不受有毒有害气体影响，标校间隔时间长等优点，受到市场青睐，需求量逐年提升，是中国煤科重庆研究院的产值主力产品。

文章来源：《智能矿山》2025年第5期“革新·改造：优秀 QC 成果”栏目

第一作者：黄海峰，现任中煤科工集团重庆研究院有限公司测控分院仪器仪表车间主任，主要从事煤矿用报警仪、传感器、摄像仪等产品的制造。E-mail：26813835@qq.com

作者单位：中煤科工集团重庆研究院有限公司

引用格式：黄海峰，孙世岭，刘啟军，等. 激光甲烷传感器高低温工作自动测试系统研制[J]. 智能矿山，2025，6(4)：42-46.

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根据市场推广需求2024年产能>2万台，目前生产现状最多年产1.4万台（除设备维保检修，一次性不良率及其他因素），不能满足市场推广要求，市场推广需求见表1。

表1 市场推广需求测算

激光甲烷传感器传统的测试方式与智能制造生产模式匹配度低，为了适应市场需求，奋进QC小组勇挑重担，承担了激光甲烷传感器生产技术升级以及提效提产任务。

选择课题

（1）分析生产流程

QC小组梳理分析激光甲烷传感器的生产工序。高低温工作测试使用2台高低温箱，每台每天测试2批次，2台共计4批次，单批次为20台，合计日产能80台，人工耗时640 min，平均效率为8 min/台，为满足市场需求目标，需将日产能从80台提升至约120台（2万台/系数0.7/年工作日250天≈120台），单位效率从8 min/台降至3.33 min/台（人工耗时1天400 min/120台），激光甲烷传感器测试流程如图1所示。

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图1 激光甲烷传感器测试流程

（2）分析高低温测试操作流程

激光甲烷传感器高低温测试操作流程为上电倒计时60 s→按动遥控器到1功能调零→在进入U和L功能界面依次记录电压和电流2个参数→遥控循环保存调零数据→按动遥控器上下键共4次进入内部调试界面→依次进入8个功能界面记录8个参数→断电取下传感器→运输至高低温设备→上电进入-20 ℃低温测试→运行2 h→按照以上流程外部记录2个参数、内部记录8个参数→切换至25 ℃温度测试运行2 h→按照流程再记录10个参数→切换至40 ℃高温测试运行2 h→按照流程再记录10个参数→测试完成取下传感器。

分析表明测试流程复杂需按动遥控器184次进入136个功能界面，重复记录数据多，共4个温度阶段40项数据，批次测试数量少，仅20台/批；人工操作耗时达160 min/批。

（3）制定改进方案

QC小组通过总结分析数据讨论得出改进方案。研制1套自动测试系统来满足需求，用计算机程序代替人工操作，实现自动控制、采集、记录、判定，测试过程无人值守，提升测试效率与智能化程度；通过改变承载结构方式，提高箱体内部的空间利用率，实现高低温实验箱的单次容量扩容，提升单次批次测试容量。

（4）技术基础借鉴

QC小组成员检索《激光甲烷传感器高低温工作自动测试系统》等关键字，并未发现有相关专利、文献、产品；在行业内调查过程中发现类似系统应用，中国煤科重庆研究院的KJ90X型煤矿监控系统的一对多通信、集中控制与管理等方面与制定的改进方案有契合点。

设定目标

通过分析生产流程以及量化计算年产能，QC小组确定激光甲烷传感器高低温工作测试效率由8 min/台/人降至3.33 min/台/人，高低温工作测试时间目标设定主要技术指标分组情况如图2所示。

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图2 高低温工作测试时间目标设定

（1）目标可行性论证

QC小组成员按照测试平台功能与技术指标进行分组，主要技术指标分组情况如图3所示。激光甲烷传感器高低温测试过程中分为4个阶段，每阶段10种参数，共需要红外遥控控制并手写记录40个参数；借鉴KJ90X煤矿监控系统，1台上位机同时实现多台传感器数据自动采集并记录，节省重叠时间。

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图3 激光甲烷传感器高低温工作测试主要技术指标分组情况

（2）效率提升论证

QC小组详细分析和预估计算借鉴效果，理论上忽略遥控和记录数据时间，将效率提升为（160 min×4批-120 min×4批）/80台=2 min/台，高于目标值，计算得出可行目标，效率提升预估见表2。

表2 效率提升预估

（3）可行性论证结论

QC小组成员经验丰富、创新能力强，近年完成多个QC项目，并屡次获得各种奖励；领导层高度重视质量管理；预计材料成本约1.5万元，未超过可接受的成本范围。以上综合指标满足要求，表明可完成设定目标。

提出并确定最佳方案

围绕活动目标，QC小组成员讨论提出2套解决问题的总体方案，分析对比2套总体方案的优点与缺点。

（1）一体化专用测试设备

研制1台激光甲烷传感器高低温工作专用测试设备，实现自动化，采用软件方案进行数据采集、控制、展示，存档。通过对高低温箱进行改造，嵌入自研系统、承载结构，实现设备专用。优点为集成度高，整体效果好；缺点为成本高，且需改造大型高低温设备，风险评估存在不确定性，不兼容其他产品。

（2）分布式测试系统

研制1套分布式系统，对高低温箱内的产品摆放重新布局，增加容量，通过软件进行数据采集、控制、展示，存档。实施详情为不改造高低温箱，通过与外设硬件、软件配合使用。优点为可复制性强、扩展性强，升级、改造、维护方便，成本低、兼容性强、可测试其他产品；缺点为各部分呈分布式摆放，美观度不佳。

通过对比与分析2套方案，成员讨论决定采用研制分布式测试系统来保障目标的顺利完成。

（3）子方案最优应用确定

确定总体最优方案后，提出子方案包括数据采集，承载结构，硬件电路3个模块，确定每个模块的最佳应用子方案。数据采集选用传感器自带485通信，采集效率高，采集数据精准，双向通信实现控制与记录全自动化，满足无人值守，上位机软件控制并且自动记录；承载结构采用立体多层悬挂式挂架承载，承载容量大，通风性能好，温度曲线好，设计了底部滑轮，搬运便捷；硬件电路采用模块化通信与总线控制器相结合，独立模块抗干扰能力强，维护成本低，重复导线连接较少，采用总线通信速度、运算速度更快。

制定实施对策

QC小组成员按照最佳方案讨论并制定了相关的对策，运用“5W1H”明确各模块任务与分工，最佳子方案实施对策见表3，QC小组成员编写了软件，实现了软件的模块功能，稳定性与可靠性都符合预期，验证系统数据采集功能界面如图4所示，设计、加工制作挂架达到了设计要求，传感器测试挂架如图5所示。

表3 最佳子方案实施对策

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图4 验证系统数据采集功能界面

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图5 传感器测试挂架

测试和优化激光甲烷传感器高低温测试后，实现了全自动数据采集存档，采集数据和人工读取数据一致；除人工上下料外，测试中实现无人值守；批次容量达到了预期数量90台，功能全部实现，效果得到确认，测试系统整体效果如图6所示。

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图6 测试系统整体效果

测试系统效果

（1）测试系统对策实施完成后，QC小组通过3个月的实际运行跟踪调查，高低温工作自动测试系统1天可测试3批次，每批次90台，共计270台，单批次只需人工上下料耗时约40 min，QC小组抽取了6天的生产数据，经过计算得出单位效率从8 min/台/人降为0.44 min/台/人，提效18倍，满足产能与智能制造建设要求，效果检查期间生产数据见表4，测试目标值对比如图7所示。

表4 效果检查期间生产数据（2024年）

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图7 测试目标值对比

（2）测试系统成本合计1.5万元，和预算一致；经计算活动后3个月因节约工时直接经济效益27 922元。测试系统可复制性及推广性强，根据需求复制1套，可再提升产能270台/天，增强了急订单、大订单的应对能力，相同的测试系统现已推广至开停传感器测试装置、传感器老化箱等项目，均取得了良好效果。开停传感器测试装置如图8所示，传感器老化箱如图9所示。

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