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，不受有毒有害化学气体影响，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，主要是做煤矿用报警仪、传感器、摄像仪等产品的制造。E-mail：
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.
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），不能够满足市场推广要求，市场推广需求见表1。
激光甲烷传感器传统的测试方式与人机一体化智能系统生产模式匹配度低，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。
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。
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。
QC小组通过总结分析数据讨论得出改进方案。研制1套自动检测系统来满足需求，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。
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。
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。
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。
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。
QC小组成员经验比较丰富、创造新兴事物的能力强，近年完成多个QC项目，并屡次获得各种奖励；领导层格外的重视质量管理；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。
围绕活动目标，QC小组成员讨论提出2套解决实际问题的总体方案，分析对比2套总体方案的优点与缺点。
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。通过对高低温箱做改造，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，不兼容别的产品。
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检测系统来保障目标的顺利完成。
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；硬件电路采取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。
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的基本要求，传感器测试挂架如图5所示。
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相同；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，检测系统整体效果如图6所示。
（1）检测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，高低温工作自动检测系统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。
（2）检测系统成本合计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，依据需求复制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，相同的检测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。
（3）QC小组成员编写工作测试操作说明书，并参与工艺文件修改归档，以备查阅。通过现场培训与理论培训相结合，对有关人员进行了系列相关操作技术培养和训练，保证现场操作人员熟练使用整套检测系统，保障生产活动的进行。
（1）激光甲烷传感器高低温工作自动测试系统的研制替代人工操作，实现激光甲烷传感器数据自动采集、自动存档、自动判定、高低温箱工作时候的温度自动切换、无人值守，简化工作流程，取得了提质、减人、增效、降劳动强度的效果，提升了测试工作的智能化程度。
（2）激光甲烷传感器高低温工作自动测试系统通过改变承载结构，提高了高低温箱设备利用率约4倍，单台空间利用率4.5倍；采用独立通信模块，免于每次设置传感器地址，节省测试时间；QC小组在硬件及软件设计等累积了丰富的技术经验，为后续项目储备经验。
（3）QC小组下一步计划结合目前的需求与生产痛点开展《电源隔离模块自动测试装置的研制》。
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