防錯技術在搖臂裝配過程中的應用

吳經緯

（蘇州大學機電學院，江蘇蘇州215000）

1 引言

有資料表明，人為因素和大部分的系統失效有直接關系，是人就總會出錯的,實際上無意識的錯誤一直是可能并不可避免的,然而能在出錯階段獲取到信息并采取相應的措施,那缺陷就不會發生了，防錯技術應運而生。豐田的新鄉重夫先生于1963年提出了Poka-Yoke（防錯）的概念，Poka在日本語中指下圍棋時走了一招臭棋，Yoke的意思即為防止，衍生出防止錯誤發生這一概念。在工業生產環境中，防錯主要指在產品生產過程中，對可能出現的缺陷進行事前預防，事中避免，事后拒絕，將質量建立在生產過程中，而非使用檢驗手段對產品進行判斷性檢測，既能避免資源浪費，又能有效保證穩定的質量輸出[1]。

2 防錯技術的概念

作為預防性檢測方法中最重要的一環，防錯技術主要是利用電子或機械裝置以及流程規

定來實現控制缺陷的目的，根據最終的防錯效果，防錯技術可以分為三個等級：

①在缺陷發生前防止，保證無缺陷產品產生，這是最理性的防錯方式；

②缺陷發生后在本工序即被發現并剔除，保證缺陷不流向下道工序；

③下道工序拒絕缺陷品，即缺陷品不能在下道工序繼續生產。

防錯裝置的設計紛繁復雜，既有物理上的，利用光，電，機械，熱，位置等原理，也

有流程上的，利用過程管理設計的方法，在設計初期將可能的缺陷消除。總結而言，有以下幾大原理：斷根原理，保險原理，自動原理，相符原理，順序原理，隔離原理，復制原理，層別原理，警告原理，緩和原理。[2]本文主要對某發動機搖臂裝配線的防錯分析，詳細解釋闡述各類相關原理

3 問題分析及定義

某搖臂制動器裝配過程質量問題頻發，造成重大客戶投訴及罰款，為解決此問題，生

產團隊專門組建改善小組，對過往歷史數據進行分析，并重新回顧了PFMEA，對高風險失效模式進行分析，制定改善措施，其中，防錯是最主要的應用，下文將根據防錯的10類原理，進行一一舉例說明

3.1 斷根原理

斷根原理為將會造成錯誤的根本原因排除，一般理解為在流程或設計上可能的錯誤進行消除，是最好的防錯方式。

問題描述：如下圖1所示，此搖臂象足處有一背緊螺母固定象足，裝配過程中要求給螺母上3～5N.m的扭矩以保證象足高度能夠調整到位，裝配后由于客戶需求，又需將扭矩松開以利于客戶安裝，搖臂裝配后需用高壓清洗機對產品進行噴淋清洗，由于此時扭矩已松開，高壓清洗液極易將背緊螺母沖掉，客戶處多次投訴發現產品無螺母。

防錯方式：對工序進行變更，裝配工序完成后不松開螺母，先直接進行高壓清洗，以保證螺母不會掉落，待清洗完成后再松開螺母，然后直接包裝。

圖1

3.2 保險原理

保險原理即為雙重防錯，以兩個動作同時完成才能進行下一步動作。

問題描述：搖臂生產過程中有一孔徑尺寸為關鍵特性，需要進行100%測量并錄入SPC系統，觀察到產線員工有時為了降低不良率和完成產能，會將尺寸超差的產品流入下道工序。

防錯方式：在SPC系統中設計報警消除程序，尺寸超差后，系統自動彈出報警框，普通員工沒有報警消除權限，無法進行下一步測量，必須聯系領班，由領班分析并記錄超差原因，輸入高權限密碼后才能對報警進行消除。

3.3 自動原理

以光學，力學，電學等原理定制的傳感器來判斷設備是否要執行下一步動作。

問題描述：如下圖2所示，搖臂球頭銷安裝過程中，需要在球頭銷孔內先放一片墊片，然后再放置球頭銷，但由于墊片較小且表面有油，容易兩片粘在一起，安裝過程中或漏放墊片，或多放墊片，造成球頭銷安裝高度超差，雖然后道工序能夠探測，但是返工造成工時損失較多。

防錯方式：如下圖2所示，安裝時將搖臂固定在一夾具上，操作員將墊片放入孔內后，打開啟動開關（不打開則無法進行下一步球頭銷安裝步驟），設備上的距離傳感器會伸入孔內，接觸墊片后測定此時墊片所在高度，在PLC程序中與初始設定值進行對比，若高度偏低，則自動報警漏墊片，若高度偏高，則自動報警多墊片。

圖2

3.4 相符原理

相符原理即為在下一步動作前檢查是否與要求相符。

問題描述：如圖3所示，搖臂產品在安裝控制閥孔是需要順序將控制閥，大彈簧，小彈簧手動裝入孔內，之后自動安裝設備會用卡簧和墊片封住控制閥孔，此道工序最大風險就是控制閥，大彈簧，小彈簧漏裝。

圖3

圖4

防錯方式：在手動裝入控制閥，大小彈簧后，增加一道自動照相機檢測工序，對控制閥孔拍照，通過光學感應系統與默認的圖片進行對拼，如圖4所示，判斷是否有漏裝零件，只有經過照相機檢測的產品才能進行卡簧與墊片的安裝。

3.5 順序原理

以特定方式避免工作或流程順序錯誤。

問題描述：搖臂在裝配和測試過程中一共經歷6道不同工序，其中裝配3道，測試3道，由于裝配測試機為半自動化設備，每道工序間的產品流轉為操作員轉移，進而造成漏工序及工序順序顛倒的問題。

防錯方式：在裝配工序前對產品本體進行激光二維碼刻字，每個產品的二維碼都含有一個不同的序列號，之后裝配測試工序每道工序必須先對產品進行掃碼才能進行相關動作，PLC程序會對掃碼的序列號進行自動對比判斷是否漏工序或顛倒工序，比如工序1完成后直接將產品移動到工序3操作，設備會自動探測到工序2漏操作并報警。

3.6 隔離原理

隔離原理是通過將不同物料進行區分以防止混料等情況發生。

問題描述：在上文相符原理提到的控制閥孔安裝過程中，照相機檢測只能區分控制閥有

無安裝，但是控制閥一共有3種不同類型，外形尺寸大致相仿，只是根據功能性不同在局部尺寸有所區別，此控制閥是采購件，由于供應商對物料管理未做好，經常出現不同型號控制閥混在一起情況，但三種型號控制閥都能裝進孔內且照相機無法區別。

防錯方式：根據三種型號控制閥局部尺寸的區別設計取料工裝夾具，只有符合搖臂型號的控制閥可以通過工裝夾具，其他型號控制閥都不能通過工裝夾具，工裝夾具與PLC相連，每次操作員需通過工裝夾具取一顆控制閥，工裝夾具傳輸給PLC一個電信號，設備才能進行下一步動作，以此保證控制閥的使用正確性。

3.7 復制原理

對于要求做重復多次的工作，通過復制的方式，保證結果一致性，防止錯誤。

問題描述：客戶要求產品本體需要激光刻字，同時產品的包裝袋上需要貼好紙質標簽，由于每個產品都有一個對應的獨立序列號，靠人工去將產品和標簽一一對應，難度較大，極易搞混。

防錯方式：將激光刻字機與標簽打印機串聯，每個產品激光刻字后，打印機直接讀取刻字機的刻字信息，同步輸出對應標簽，刻字完后直接包裝并貼標簽。

3.8 層別原理

層別原理是指設法區別不同的工作防止做錯。

問題描述：裝配時有三個不同尺寸的螺母需要上扭矩，同時有三把不同的扭矩扳手在現場，但是外形基本類似，經常發現拿錯扳手。

防錯方式：將三個扭矩扳手標識藍，黃，綠三種顏色并按使用先后順序排列，在作業指導書上標注每個螺母對應的顏色，以保證操作員裝配時使用正確的扭矩扳手。

3.9 警告原理

警告原理其實是上述多種原理探測到異常情況后以聲音或光學或設備停止等方式通知操作員，一般為蜂鳴或燈光閃爍等形式。

3.10 緩和原理

很多情況下考慮到錯誤發生的概率極低或完美的防錯成本極高，一般會采用緩和原理，即防錯方法不能完全杜絕錯誤的發生，但是能夠在很大程度進行防止或降低錯誤發生后的危害性。

4 方案驗證及結論

將上述防錯方法在搖臂裝配線實施后，觀察3個月數據，產品不良率由12000PPM降至800PPM，產品質量表現大幅度提升。

當前競爭激烈的市場環境下，質量的好壞是在判斷一個品牌是否優秀中占有極大比例，而生產過程中的防錯是一種成本低，見效快，簡單易行的方案，本文對搖臂裝配線的防錯研究對于制造型行業有一定的借鑒意義。