面向柴油機裝配的防錯技術(shù)研究與應(yīng)用

李江南，蘇增榮，劉 凱，張洋洋，李永剛，張冬生

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

隨著全球化進程的發(fā)展，世界各國間的經(jīng)濟聯(lián)系越來越密切，全球范圍內(nèi)的激烈競爭為制造業(yè)的發(fā)展帶來了前所未有的挑戰(zhàn)與機遇。在日益嚴峻的競爭壓力下，提高產(chǎn)品技術(shù)含量及附加值、控制研發(fā)及生產(chǎn)成本、縮短新產(chǎn)品研發(fā)周期是企業(yè)保持競爭力的核心要素。裝配在新產(chǎn)品的研發(fā)過程中具有十分重要的作用，裝配環(huán)節(jié)所用時間以及費用在產(chǎn)品開發(fā)過程中占據(jù)較大比重。

面向裝配的設(shè)計（Design for Assembly, DFA）也稱為“易于裝配的設(shè)計”或者“可裝配性”，此概念由美國Massachusetts大學(xué)的BOOTHROYD和DEWHURST在1980 年首次提出[1-2]。其出發(fā)點是在產(chǎn)品設(shè)計階段對產(chǎn)品裝配過程中潛在影響可裝配性的問題進行分析及評價，并基于產(chǎn)品設(shè)計經(jīng)驗從方便裝配的角度提出設(shè)計改進建議，降低產(chǎn)品裝配難度，提高產(chǎn)品的裝配效率。

影響產(chǎn)品的裝配質(zhì)量、生產(chǎn)成本及裝配效率的因素有很多，在眾多影響因素中，產(chǎn)品裝配的難易程度（即可裝配性）是最主要的因素。可裝配性與產(chǎn)品的總體結(jié)構(gòu)、零件設(shè)計、連接方式、性能要求等密切相關(guān)，其中產(chǎn)品設(shè)計是決定性因素，而防錯是產(chǎn)品設(shè)計的核心內(nèi)容，產(chǎn)品設(shè)計時應(yīng)充分評估潛在影響防錯的因素，從設(shè)計源頭避免裝錯問題的發(fā)生，提高裝配效率。

防錯也叫“防呆”，是指通過產(chǎn)品設(shè)計和裝配過程管控來防止錯誤的發(fā)生。好的防錯設(shè)計不需要經(jīng)驗，新手也可以保證裝配正確；不需要全神貫注，即使疏忽也不會發(fā)生裝配錯誤；不需要檢查，保證第一次就能把事情做好[3-10]。好的防錯可減少裝配返工、裝配錯誤以及裝配過程檢查的時間，因此，研究面向柴油機裝配的防錯技術(shù)對于提高柴油機的裝配效率和裝配質(zhì)量具有十分重要的意義。

1 防錯設(shè)計原則

防錯的目的是在產(chǎn)品設(shè)計和生產(chǎn)過程中盡可能早地發(fā)現(xiàn)問題，并制定相關(guān)措施加以預(yù)防，使生產(chǎn)人員一目了然地對相似產(chǎn)品進行區(qū)別，杜絕質(zhì)量缺陷產(chǎn)品的生產(chǎn)，保證產(chǎn)品品質(zhì)的一致性。防錯技術(shù)是產(chǎn)品從設(shè)計初期到銷售終端的各個階段所使用的防止產(chǎn)品缺陷產(chǎn)生的一種技術(shù)或方法，是控制生產(chǎn)制造過程中重復(fù)性任務(wù)或行為的預(yù)防性技術(shù)。質(zhì)量預(yù)防體現(xiàn)在設(shè)計、制造過程中的所有措施統(tǒng)稱為防錯設(shè)計。設(shè)計階段防錯可從根本上避免錯漏裝，其有效性最高、成本最低。防錯設(shè)計的主要原則包括：

（1）零件具有唯一正確的裝配位置，裝配位置不對時零件會無法安裝。圖1為某機型柴油機的連桿和連桿瓦，因連桿上瓦、連桿下瓦的定位唇位置不同，故連桿上瓦、連桿下瓦具有唯一正確的裝配位置，達到了防呆的效果。

圖1 具有唯一正確裝配位置的連桿上、下瓦

（2）零件的防錯特征設(shè)計的越明顯越好。圖2為某機型柴油機的進氣門、排氣門，兩種氣門的桿徑、氣門盤部直徑十分接近，但進氣門在鎖夾槽上方設(shè)計了一個環(huán)槽，而排氣門沒有該環(huán)槽，該環(huán)槽特征可以讓作業(yè)人員快速識別出進氣門、排氣門。

圖2 具有唯一正確裝配位置的連桿上、下瓦

（3）放大零件上的不相似特征。圖3為某機型柴油機的進氣門桿密封套、排氣門桿密封套，兩種氣門桿密封套的形狀及尺寸十分接近，但兩種氣門桿密封套上的橡膠顏色不同，排氣的橡膠顏色為黑色，而進氣的橡膠顏色為棕色，兩者可通過橡膠顏色快速識別出進氣、排氣。

圖3 放大不相似特征

（4）放大零件的不對稱性。圖4為某機型襯套壓板上避讓進氣門彈簧的避讓弧，特征R16.5不明顯，不仔細觀察很難察覺，如果操作人員的經(jīng)驗不足或者操作疏忽，容易導(dǎo)致錯裝，錯裝會導(dǎo)致其與氣門彈簧干涉。

圖4 放大零件的不對稱性

（5）設(shè)計明顯的防錯標識，如活塞環(huán)上的“TOP”或者“T”標識、活塞上的“→”標識、搖臂軸上的箭頭或者“TOP”標識（見圖5）等。

圖5 設(shè)計明顯的防錯標識

（6）在通過產(chǎn)品設(shè)計進行防錯導(dǎo)致成本高昂，甚至無法通過設(shè)計防錯時，可通過制程管控來防錯，制程防錯是防錯設(shè)計的最后選擇。

2 防錯零部件類型及防錯要求

為了從設(shè)計源頭加強對防錯設(shè)計的落實，本文通過分析對比總結(jié)了涉及防錯的零部件類型以及相關(guān)的防錯要求，如表1所示。

表1 防錯零部件類型及防錯要求

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3 典型防錯設(shè)計案例

為了使設(shè)計者加強對防錯設(shè)計應(yīng)用的理解，根據(jù)防錯設(shè)計原則，結(jié)合防錯零部件類型及要求，本文提出了針對止推片的幾種典型防錯設(shè)計方案。

方案1：如圖6所示，下止推片采用偏置定位柄結(jié)構(gòu)，如果方向錯誤則無法裝配，達到了防呆效果；上、下止推片接觸處采用“凹-凸”結(jié)構(gòu)，如果上止推片方向錯誤，則一側(cè)為“凸-凸”、另一側(cè)為“凹-凹”，無法裝配，達到了防呆效果。

圖6 止推片防錯方案1

方案2：如圖7所示，下止推片采用偏置定位柄結(jié)構(gòu)，如果方向錯誤則無法裝配，達到了防呆效果；上、下止推片接觸處采用凹凸結(jié)構(gòu)，如果上止推片方向錯誤，則一側(cè)為“凸-凸”、另一側(cè)為“凹-凹”，無法裝配，達到了防呆效果。

圖7 止推片防錯方案2

方案3：如圖8所示，下止推片采用偏置定位柄方案，且上、下止推片接觸處兩側(cè)均采用了斜切口結(jié)構(gòu)，該防錯設(shè)計可實現(xiàn)防呆效果。

圖8 止推片防錯方案3

方案4：如圖9所示，上、下止推片為通用件，采用兩個直徑不同的定位銷孔+斜切口方案，該防錯設(shè)計可實現(xiàn)防呆效果。

圖9 止推片防錯方案4

4 結(jié)論

文章總結(jié)了面向裝配的柴油機防錯設(shè)計原則，為防錯設(shè)計提供理論支撐，梳理了柴油機上涉及防錯要求的零部件類型及防錯要求，最后總結(jié)了幾種止推片防錯設(shè)計案例，方便設(shè)計者進一步加深對防錯設(shè)計應(yīng)用的理解，并借此推廣應(yīng)用到其它防錯零部件上，從設(shè)計源頭杜絕可能發(fā)生的錯裝問題。