Manfred Otto談疲乏測試技術的基礎 提供企業內部實際測試建議

在一家自行車廠決定購買進行品質測試的測試機具之前，必須充分了解其企業內部的品質管理體系。

圖、文◎編譯小組

每一家有意針對瑕疵零組件，進行疲乏測試的自行車廠或零組件廠，事先都必須就許多要點予以了解澄清，如：測試力道究竟應以何種方法產生？需要一項量測及規範技術來完成測試嗎？如在進行一些重要組件測試時，如自行車架而無規格可依循時，該怎麼辦？這類實際的問題常常無法以一概全地找到答案，因為這些問題常會牽扯出許多關聯條件，例如企業的規模和個別產品的要求水準等，均須子以一併考慮。對於這些問題，只有在企業內部的品質管理體系能擭得釐清時，守能找到關鍵性的答案。此種情況對於自行車製造商而言，比零組件製造商更常遭遇列。對於此點，我們嘗試著針對實際疲乏測試進行時的幾項重要論點展開探討。

何種測試方法？

有關一般常見的應力控制疲乏測試法，德國工業標準(DIN)79100款和ISO DIS 4210款都有明確的施力規定。唯關於其力道產生和控制的方式則未做規範。因此，從事測試的人員便須負責讓規格值不至於被逾越。

首先我們來檢視一下力道產生的方式，自行車業界在進行各類的疲乏測試時，雖有許多物理方法可產生測試所需的力道，但其中最為業者廣泛且樂於採用的就是液壓和空氣力學兩種方法。採用此兩種方法，測試者可自由選擇力道和路徑的調整，亦即在一個調節範圍內，測試者都可自己操控調節閥，不論是測試力道或延伸性，都可適當地調整到規格定值上。

由於自行車組件通常只需較小的測試力道即可，因此也只須使用較小型的氣壓式桌上型測試機器，有些價錢不到30,000馬克就可以買到。（圖一）中所顯示的就是一部此種供材質測試的伺服氣壓式測試儀器。至於自行車組件的規格測試，則通常須針對此類標準設備，再做許多技術上的變更才行。不過在自行車業界，大多數
的氣壓式低成本測試機器，通常都沒量測及調節功能。也有一些廠商是採用無法調節的離心力式設備，不過我們並不贊成業者使用該設備。因為此種機具產生的不是恆定的力道，而是將恆定的延展力道傳導至受測的組件之上。此種延展力道控制的方式，並不符合自行車規格的要求，而且這兩種測試方法的結果也無法相比。

測試講究精確性、可靠度

此外，為了盡可能縮短測試時間，也有人建議使用特殊的測試方法，是以一種非動能式的運動進行。在測試過程中，必須要盡量維持在共振區的附近活動。如採用此種方式，就絕對需要針對測試力道予以規範，因為山材質疲乏所造成的受測品剛性變化，會被振動頻率的改變所抵消掉。而且，以下的原則限制也頗重要：在確
定疲乏測試的力道大小時，必須考慮測試的方式，須能將應力平均分散於受測組件之上，且此一均攤的應力也要能廣泛地滿足靜態荷重的需求。測試者必須盡力防止受測物的自體晃動（共振），否則受測物本身結構上產生的大量力道，將可能導致我們原先期待力道分散，所產生的瞬間實際變化過程，出現明顯的誤差。如在此種情況下，測試工程師們仍希望在共振的影響下進行測試，就必須事先針對每件受測的組件弄清楚，靜態荷重可能造成的數值誤差究竟有多大，這對於一些如自行車車架之類的較複雜組件而言，絕非是簡單的事。

在品質的測試工作中，簡省時間並非如製造過程中，具有那麼重要的經濟價值。在做規格測試時我們所建議的首要規則是：只要不是需每年測試100件以上的產品，測試方法的速度就是次要問題。對於例行的每日品管工作而言，精確性、可靠度和疲乏測試記錄的合理製作，才是高於一切的追求目標，從事測試人員不可忽略。

精確性的問題

在許多自行車製造過程中的測試，都容許達5%甚至10%的量測誤差值。但在疲乏測試時，此種容許誤差值便不具意義。如再看一下過去的測試曲線圖的話，就可從其平滑的線型中發現，只要有極微小的測試力道變化，就足以劇烈影響到產品的壽命長短。10%的誤差值將很容易造成振動數值的倍增現象。除此之外，
如測試人員能讓疲乏測試的廣大面積，一直納入視線監看範圍，就可以很明顯地提升量測精確程度，以便取得具有參考價值的量測結果。

在廣為自行車業界所採用的氣壓式測試方法中，依其遞增的精確性和可靠度可區分為四個等級：

A.基礎氣體力學：

荷重汽缸的壓力是藉助一個減壓調節閥所產生，以調整測試力道的規格值（由活塞面積和壓力中量出）達到期望的數值。此種在自行車業界廣為應用的方法，可藉一最簡易的方式即取得粗略的受測物評估參考值。不過要先了解的一點是，測試力道會由於系統磨擦的影響，與量測值或多或少有些誤差。因此，在進行測試時，可視所使用的氣體力學儀器組件和結構，預估測試力道與規格數值之間的最大誤差值，並將減壓閥的數值適當予以調高。此種「不夠精確」的情況，當然在愈重的受測組件上會愈明顯。不過對於一些小型的車廠而言，此種方法雖不夠精確，但仍會此完全不做測試好多了。

另外，如果我們逐項檢審測試用的各元件的話，會發現對於測試力道根本沒有確實的掌控：作動遲緩的汽缸、未清潔乾淨或傾斜的調節閥等，都有可能導致量測值的明顯誤差。尤其如測試人員想提高測試速度的話，將會導致諸如振動增加或汽缸的不完全作動等不同風險。一言以蔽之，此一「基本氣體力學」的測試法，無法符合DIN或ISO 9000所要求的測試標準，主因即在於測試時所用的力道值根本無法認定。

B.附量測科技的氣體力學

如要計算出實際作用於受測物上的力道的話，首先便需要一套簡易的施力測試系統，此一系統的力道接收
器，須安裝在測試設備的施力流程之中。在這方面，我們並不贊同測試人員，採用自製的機具代替，而應使用
工業用的標準系統才行。這類只需花上區區數干元馬克即可購得的系統，是由力道接收器、量測加強器和顯示
器等所組成。整套系統可依製造商的需求進行調整，且量測的誤差值通常都在1%之下。同時，此一測試設備
也可依照ISO 9000的規範予以調校還原。

長時間監控疲乏測試過程中，關鍵性的一個步驟是藉助一具峰值儲錄器，來量測出測試力道的最大值及最小值變化情況。

而且如測試人員能定時監看量測設備的話，製造商也可在使用中自行調校儀器，以符合需求。如能做上述各注意要項的話，自然就可長期確保量測結果的可靠度。此外，如能再加上一具示波器的話，測試人員還可以控制測試力道隨時間遞移的變化情況。測試設備的過度震動和汽缸作動不足的現象，也都可藉此一覽無遺並予量測其值。不過如測試時間較長，要以此種方式持續監控測試過程便較不具意義。

C.附量測科技及記錄裝置的氣體力學：

長時間監控疲乏測試過程中，關鍵性的一個步驟是藉助一具峰值儲錄器，來量測出測試力道的最大值及最小值變化情況。只要能持續量測並記錄下這些數據，便能提供一項能符合DIN或ISO 9000規範的「真正」測試方法。根據測試的數據，隨時都可查知，在測試某項組件時，真正作用於受測物之上的實際力道究竟是多少。這個等級的測試，已頗接近一套完全有數值佐證的量測體系。藉助這套量測體系，我們可輕易計算出測試數據且予以彙整。如果採用未經規範的方法進行疲乏測試，並想計算出測試力道，將會很快地發現，這些測試力道在長時間的測試過程中，會由於各種不同的原因，而與原始的設定規格值產生誤差，也就是說，所得數據會隨時間之增長而愈趨不精確。

為了避免重複進行整個測試的情況出現，因此一旦顯示值悖離設定值時，通常即須加設「保險」措施。此種措施是依經驗所擬出的數值，將設定測試力道值設定於規格值之上，如此一來，即可防止所用方法的測試度出現某個程度的失真現象。

D.附量測暨規範科技和記錄的氣體力學：

要獲得較精確的測試結果，可藉助施力規律化的設備。特別是當測試流程中已使用了規律器時，更可以個人電腦來控制施力的規律性。如能在適當的規律週期內採用規律器，就可藉之在整個測試期間內，對所有測試力道的峰值取其中值，並提高其與期望設定值的精確度，即使有某些數值出現輕微偏差也沒關係。

品質測試

（圖三）中顯示的就是EFBE測試科技公司提供的一部此類個人電腦。此項量測暨規律化系統，是專為自行車組件的疲乏測試而開發，且自3年前起，即在業界應用至今，頗具可靠性。此一產品具備了許多優點。例如，此套系統可同時操控好幾個疲乏測試台，且由於具有圖像化的使用者界面，因此在操作時完全不需要具備電腦專業知識。

此外，在各項測試完成之後，也會自動印出一份完整的測試報告。這些先進的功能除了極適於較大型製造的話，便可藉助系統化的測試，找出適當的測試參考值，並依此再製出與原斷裂圖樣極為相近的圖樣來。例如圖五和六就是實際測試所得的結果。適當的測試台擺放方式，便足以作為工廠內實測的規範。車架有所變更或重新設計結構時，即可以此方式迅速且可靠地做出評佔，也能及早辨識出可能的製造瑕疵。此外，此種做法更能節省成本。

綜合結論

針對不同的測試力道產生方式所做的比較可知，影響氣壓式測試系統的因素有許多。測試的精確性和可靠度可藉助適當的量測科技，將其層級逐步提升到，可進行規律化作業的個人電腦系統。即使是目前尚無一套公認標準的車架測試方面也可看出，如果有適當的測試台，即有可能進行具參考價值的測試。而且如測試中的斷裂圖樣能與實際騎行時的斷裂圖樣取得一致，更能達到令人滿意的測試結果。

總之，我們可從中獲得的結論是：如果業者願意依照DIN 79100或ISO DIS 4210條款的規範，在企業內部的品管(QM)體系內，以合乎時宜的測試方式進行簡單的疲乏測試，就可在其廠內的規格範疇中，自行訂定要求水準，也可自行控制其責任風險和至少具有同等重要性的顧客滿意度。

摘譯德國RadMarkt雜誌1995年10月號