刁家久，廖新琴，刁燦發(fā)

（1.重慶梅安森科技股份有限公司，重慶　400039；

2. 重慶博鼎建筑設(shè)計有限公司，重慶　400014；

3.寧波偉依特照明電器有限公司，寧波　浙江　315338）

機械防錯的設(shè)計和應(yīng)用探討

刁家久1，廖新琴2，刁燦發(fā)3

（1.重慶梅安森科技股份有限公司，重慶400039；

2. 重慶博鼎建筑設(shè)計有限公司，重慶400014；

3.寧波偉依特照明電器有限公司，寧波浙江315338）

本文介紹了防錯技術(shù)的含義，闡述了防錯技術(shù)的4大原理，并從管理和設(shè)計的角度討論防錯技術(shù)的應(yīng)用實施，結(jié)合改進實例介紹了防錯技術(shù)的實施應(yīng)用，提出了企業(yè)在應(yīng)用防錯技術(shù)應(yīng)關(guān)注的問題。

防錯技術(shù)；防錯原理；設(shè)計；應(yīng)用

隨著行業(yè)的多極化和多元化發(fā)展，現(xiàn)今我國的制造行業(yè)已邁入了多品種、小批量的生產(chǎn)作業(yè)模式。共線制造就存在著混裝、漏裝和加工錯誤等潛在風(fēng)險，容易造成產(chǎn)品存在質(zhì)量缺陷等情況。當(dāng)出現(xiàn)錯誤時，員工往往會說：“我只是一時疏忽造成的意外而已，后續(xù)一定加強意識管理保證類似事件不在發(fā)生”。可問題是：這種人為疏忽導(dǎo)致的異?？考訌娨庾R管理真的能徹底杜絕嗎？企業(yè)能否真正實現(xiàn)“零故障”、“零缺陷”呢？

在產(chǎn)品設(shè)計和過程制造中，大多數(shù)人常常會抱著僥幸心理寄希望于裝配過程的管控和操作人員的專業(yè)度來掩蓋和糾正設(shè)計本身的問題。但是，任何環(huán)節(jié)都是以人操作為主導(dǎo)的環(huán)節(jié)，質(zhì)量管理螺旋曲線所揭示的各個環(huán)節(jié)的質(zhì)量活動，都要依靠人去完成［1］。人不能做到100%可靠的，依靠人為管控來徹底杜絕異常產(chǎn)生就并不具備可操作性。美國工程師Rook通過對23 000個有缺陷的部件進行統(tǒng)計后得出約80%的缺陷都是由人為差錯引起的。英國安全衛(wèi)生執(zhí)行局事故預(yù)防組等機構(gòu)認(rèn)為90%的事故是人為錯誤造成的，因此減少人為錯誤是企業(yè)管理的重要關(guān)鍵。為了對人為出錯進行控制，1961年，豐田公司提出Boka Yoke（Error proofing），即為現(xiàn)在的防錯技術(shù)。豐田認(rèn)為：100%的檢驗只能夠剔除廢品，但不能提高產(chǎn)品合格率，合格率的提高可以依靠有效的防錯技術(shù)，采用機器和程序控制方法，避免人為的失誤，杜絕或降低發(fā)生錯誤的概率。

防錯技術(shù)是指通過一種方法或程序，消除產(chǎn)生出錯的條件或使出錯的機會減到最低，它是一種在作業(yè)過程中采用自動作用、報替、標(biāo)識、分類等手段，使作業(yè)人員不注意也不會犯錯的方法。它不制造缺陷，是可預(yù)見并防止錯誤發(fā)生的一種控制技術(shù)，通過實施自動化以防止異常發(fā)生，其目的就是要提高產(chǎn)品的合格率而不是為了剔除廢品。

目前，防錯技術(shù)在制造行業(yè)應(yīng)用相當(dāng)廣泛，它是零缺陷管理的重要工具，已被廣泛應(yīng)用于各大過程制造商的質(zhì)量管理體系。它不僅可以使員工操作輕松，提升效率與產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以消除作業(yè)危險，消除返工帶來的浪費，提供安全保障，對降低制造過程中的質(zhì)量風(fēng)險有著非常積極的作用。

1　防錯技術(shù)的分類

防錯技術(shù)的實現(xiàn)方式通常是用一套設(shè)備或方法使作業(yè)者在作業(yè)過程中可直接明顯發(fā)現(xiàn)缺陷或即便操作失誤后也不產(chǎn)生缺陷。有4種防錯技術(shù)，分別是：有形防錯、有序防錯、編組和計數(shù)式防錯和信息加強防錯［2］。在過程制造時，可依據(jù)實際操作情況，充分考慮人的惰性和操作簡便性，靈活采用上述四種防錯技術(shù)。

（1）有形防錯，指依據(jù)產(chǎn)品、設(shè)備工具的特殊屬性，采取形狀區(qū)別來實現(xiàn)的硬件防錯，在夾具上設(shè)置對應(yīng)的獨有形狀，使其它產(chǎn)品以及不合格品無法放置，從而預(yù)防錯誤，適用于產(chǎn)品易混淆、尺寸不合格等場合。比如左右對稱件要考慮有明顯的區(qū)別特征，設(shè)置不同位置的安裝缺口；不同物品同時裝配時，采用不同形狀的裝配加工口，或者采用形狀限位來防止錯誤，發(fā)現(xiàn)不良異常時機器自動停機。

（2）有序防錯，是針對操作步驟，對其順序進行監(jiān)控防錯。通過程序設(shè)計，使操作上只能按照標(biāo)準(zhǔn)順序進行，一旦有工序被遺漏或順序顛倒，就報警中斷或停止。適用于容易被操作工遺漏的工序場合以及對設(shè)備運行順序的監(jiān)控，或利用旋轉(zhuǎn)的不可逆性、時間的不可逆轉(zhuǎn)性來實現(xiàn)防止錯誤發(fā)生。比如可將單向旋轉(zhuǎn)特性應(yīng)用在檢票順序進閘口，采用定時防錯應(yīng)用在定時加熱、定時加料等制造過程中。

（3）編組和計數(shù)防錯，是通過分組或編碼的方式防止作業(yè)失誤的防錯模式，利用數(shù)據(jù)的累加計量特性進行控制，在程序中設(shè)置加工計數(shù)，到達設(shè)定的頻次后，由程序自動發(fā)出報警提示并自動中斷操作，避免人為操作遺漏；并且只有在確認(rèn)實施后，設(shè)備才能恢復(fù)運行，適用于定期停工檢查，刀具定期更換等工序。比如在沖壓沖床中可以通過設(shè)定編組和數(shù)量的定額，在PLC程序控制實現(xiàn)自動計數(shù)。

（4）信息加強防錯，是通過在不同的地點、不同作業(yè)工序之間傳遞特定產(chǎn)品信息達到追溯的目的。用計算機軟件代替人工自動核對工序信息，并和內(nèi)置的程序匹配使用，是常見的一種防錯方法。在作業(yè)失誤時自動提示，通常在核對檢查時使用。比如聯(lián)鎖裝置利用實現(xiàn)各類傳感器對產(chǎn)品屬性如尺寸、重量、顏色、頻率、電流電壓等進行在線監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)不良品立即報警或停機。

在產(chǎn)品設(shè)計和過程制造的管理中，防錯的對象不僅是物體，同時還包括業(yè)務(wù)流程。遵循上述4個防錯技術(shù)，就可在產(chǎn)品設(shè)計和操作過程中消除錯誤源，實現(xiàn)只生產(chǎn)合格產(chǎn)品的目的。使用不同的防錯技術(shù)，在設(shè)計和制造過程中會有不同的效果，最終的有效性等級可以分為3類：①經(jīng)過防錯設(shè)計后，完全不會產(chǎn)生不合格品，防錯等級最高，對應(yīng)上述的“有形防錯”；②經(jīng)過防錯設(shè)計后，不合格品在本工序可以被檢驗出，防錯等級次之，對應(yīng)上述的“有序防錯”與“編組和計數(shù)防錯”；③經(jīng)過防錯設(shè)計后，不合格品在后工序可以被檢驗出，防錯等級更低，對應(yīng)上述的“編組和計數(shù)防錯”和“信息加強防錯”。因此，在產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中進行防錯技術(shù)時，要考慮防錯技術(shù)的防錯效果等級和便利性原則以及實現(xiàn)的難易程度進行綜合設(shè)計。

2　防錯技術(shù)的設(shè)計流程

防錯技術(shù)的根本是預(yù)防錯誤，追求最終的產(chǎn)品零缺陷，它的最終目標(biāo)和FMEA控制是一致的。因此，在現(xiàn)在的設(shè)計和制造過程中，F(xiàn)MEA的RPN評價標(biāo)準(zhǔn)已成為防錯技術(shù)效果的重要評價參考，實施效果評價也可以依據(jù)FMEA系統(tǒng)中RPN（Risk Priority Number 風(fēng)險順序數(shù)）的評價值來作為評估。如果防錯方案能將FMEA的RPN風(fēng)險值降低，則該防錯技術(shù)實施有效，風(fēng)險值降低越多則防錯技術(shù)越優(yōu)異。反之，如果RPN沒有得到有效的降低，則該防錯技術(shù)實施無效。

按照實施的對象和工序劃分，可分為設(shè)計防錯和過程防錯。最有效的防錯設(shè)計，在設(shè)計階段就要融入防錯技術(shù)，通常做法是在開發(fā)設(shè)計階段DFMEA就融入防錯手段，在工藝流程設(shè)計PFMEA階段考慮制造過程的防錯應(yīng)用。具體步驟為：①在流程設(shè)計時市場顧客的管理需求，在設(shè)計階段就融合到質(zhì)量管理體系的過程支持中；②在過程制造中，應(yīng)考慮潛在的不良發(fā)生而進行預(yù)防性防錯設(shè)計，通過防錯裝置和工藝設(shè)備來實現(xiàn)防錯；③防錯技術(shù)也是動態(tài)的進化過程，它不是一勞永逸的，需要隨著產(chǎn)品需求和特性的變化而不斷改進。基于上述3個步驟，形成了一種全方面的生產(chǎn)過程的防錯技術(shù)管理流程，見圖1。

圖1　防錯技術(shù)的管理流程圖

產(chǎn)品的質(zhì)量是制造出來的，更是設(shè)計出來的，因此在設(shè)計階段還要考慮產(chǎn)品制造的方便性和操作性。具體做法是：在產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計階段，將顧客的需求作為設(shè)計的輸入要素，與產(chǎn)品設(shè)計同步實施DFMEA，通過DFMEA的量化評分，將RPN風(fēng)險度較高的環(huán)節(jié)進行設(shè)計修正，從而在源頭上進行防錯杜絕。在過程設(shè)計階段，采用PFEMA的過程失效模式和后果分析進行RPN評分，對生產(chǎn)過程的RPN風(fēng)險值較高的工序和環(huán)節(jié)進行重點設(shè)計和修正，或者增加其他的防錯技術(shù)來起到預(yù)防和檢驗不合格品的發(fā)生，實現(xiàn)缺陷的杜絕和管控。

不同工序的防錯實施方案不同，主要依靠現(xiàn)場工作人員的經(jīng)驗來發(fā)現(xiàn)和實施，各個防錯方案之間缺乏共性，這在很大程度上妨礙了防錯技術(shù)的推廣實施，導(dǎo)致目前行業(yè)內(nèi)難以看到有標(biāo)準(zhǔn)化的步驟指導(dǎo)員工如何實施。經(jīng)過筆者在企業(yè)管理中大量實踐和觀察總結(jié)，發(fā)現(xiàn)不同的管理工序，不同的設(shè)計開發(fā)階段均可以按照圖2的標(biāo)準(zhǔn)7步法進行實施。

具體為：

第1步：識別現(xiàn)有缺陷和潛在風(fēng)險。出現(xiàn)缺陷后，考察缺陷的歷史。用FEMA （潛在失效模式分析） 的方法對過程進行分析，找出可能發(fā)生失誤的地方。

第2步：缺陷分析，找到問題的根源是關(guān)鍵，進行因果圖分析以評估根本原因，用質(zhì)量七大管理工具和“5W1H”找出根本原因。

第3步：提出防錯方案，用頭腦風(fēng)暴、激發(fā)小組成員產(chǎn)生大量的有創(chuàng)意的點子的方法?？捎梅厘e裝置數(shù)據(jù)庫檢索相關(guān)的防錯裝置，確定所需用到的防錯技術(shù)。

第4步：依據(jù)RPN風(fēng)險值，評估選擇最優(yōu)的可行方案，據(jù)此提出實施計劃。

第5步：方案實施盡可能解決當(dāng)前的需求問題。并用“破壞性的試驗”來驗證防誤措施是否有效，可以縮短調(diào)試時間及時得到反饋。

圖2　防錯技術(shù)實施的7步法

第6步：運行和評估收集RPN數(shù)據(jù)并與實施前相比較，確保防錯措施不會引起其它問題。只有通過PPAP（生產(chǎn)件批準(zhǔn)程序）方式的驗證，方可使用。

第7步：標(biāo)準(zhǔn)化和推廣對防錯過程進行評審，對過程和結(jié)果進行總結(jié)、歸檔并補充數(shù)據(jù)庫，并進行推廣使用。

上述的7個步驟，是一種通用的防錯步驟實施法則，既可以在產(chǎn)品設(shè)計的防錯階段使用，也可以在過程控制階段使用。

3　防錯技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)合企業(yè)的自身特性和技術(shù)發(fā)展趨勢，現(xiàn)今防錯技術(shù)的設(shè)計已從單一的防錯升級到了配合軟件控制、PLC編程等判斷技術(shù)的綜合性防錯。防錯技術(shù)的設(shè)計和實現(xiàn)過程中，逆向思維是一種值得優(yōu)選和借鑒的防錯設(shè)計思路。

逆向思維指的是思維向?qū)α⒚娴姆较虬l(fā)展，從問題的相反面進行思考各種有利的支持條件和資源，確定這些影響因素后再單獨考慮如何限制這些資源和條件，從而實現(xiàn)防錯的目的。例如：將“制造過程如何不出安全事故”的命題采用逆向思維轉(zhuǎn)變?yōu)椋骸爸圃爝^程如何才能出安全事故”后，就能尋找到更多的資源和潛在因素。在工業(yè)化制造操作中，采用逆向思維找到潛在因素后，運用自動控制技術(shù)更能避免人為錯誤，采用光學(xué)、電學(xué)、力學(xué)、結(jié)構(gòu)、化學(xué)等原理來限制某些動作的自動執(zhí)行或不執(zhí)行，避免錯誤發(fā)生。

在電氣元件企業(yè)，員工通常需要對電氣元件做電壓擊穿試驗。電壓擊穿試驗是在高壓條件下測試，為了保證測試人員的安全就需要采取絕緣措施，如戴絕緣手套、穿防護服和腳踩絕緣膠墊等等，這同時就導(dǎo)致了操作流程復(fù)雜、動作不輕便靈活等；另一方面，員工在交貨期的壓力下為了提高效率就需要快速切換模，快速的夾取金屬頭子。有的員工從輕便靈活和快速切換模的角度出發(fā)，經(jīng)常貪圖便捷不帶絕緣手套操作，很容易導(dǎo)致裸手碰到金屬頭子發(fā)生觸電事故。以往的管理辦法是培訓(xùn)和懲罰，但并不能杜絕問題的重復(fù)發(fā)生。以此為例的RPN分析見表1。

表1　電壓擊穿試驗的操作風(fēng)險度評分表

從表1可看出：經(jīng)過PFMEA分析，員工在做電壓擊穿測試時，因為忘做絕緣防護而造成測試人員被觸電的風(fēng)險度為144分，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過40分，屬于高風(fēng)險，必須立即進行改善。

為了降低RPN的風(fēng)險值，我們結(jié)合逆向思維的方式，找到了引發(fā)員工觸電的根本原因：不帶手套直接進行操作。對此，采用了2項防錯技術(shù)：一是在測試前進行由另外1人檢查，避免有人忘記做絕緣保護；二是采用電路的連鎖控制原理開發(fā)了一種電子器件耐高壓測試用安全保護裝置［2］。將高壓測試放在封閉的透明測試箱內(nèi)，并在測試箱的蓋子兩邊緣設(shè)計了聯(lián)動開關(guān)，聯(lián)動開關(guān)直接控制測試電源的輸出。只有放下蓋下才能觸發(fā)聯(lián)動開關(guān)進行輸電測試，當(dāng)有人誤打開測試蓋時，聯(lián)動開關(guān)就自動觸發(fā)切斷測試電源，保證開蓋無電壓，徹底杜絕了觸電的錯誤。通過設(shè)施的防錯裝置，進行了PFMEA重新評價，見表2。

表2　采用防錯技術(shù)后電壓擊穿試驗的操作風(fēng)險度評分表

從表2可看出：由于增加新的防錯裝置后可以確保不因為員工故意未做絕緣防護造成的觸電風(fēng)險，因此影響度為0，最終RPN的風(fēng)險度從使用防錯技術(shù)前的144分降至0分，說明該項防錯技術(shù)的實施非常優(yōu)異。從企業(yè)管理的角度來講，這項防錯技術(shù)的成功不僅可以減少安全事故的發(fā)生，降低因擔(dān)心安全導(dǎo)致員工工作狀態(tài)不佳的局面，也能帶來高昂的員工士氣，對提高企業(yè)的系統(tǒng)管理水平起到重要的作用。

4　結(jié)語

防錯技術(shù)注重預(yù)防，是一種解決人為出錯而造成設(shè)計和產(chǎn)品制造缺陷的有效方法，是在設(shè)計階段就考慮潛在的出錯并用提前設(shè)計防錯，通過RPN值對防錯技術(shù)進行實施前后的分析比較，從而確定最優(yōu)的防錯技術(shù)方案，杜絕人為出錯。防錯法能最大程度的避免不良的發(fā)生，不僅可以減少不良品的流出，還可以降低因擔(dān)心質(zhì)量不穩(wěn)定而增加的額外資金投入，可以明顯的獲得經(jīng)濟上的效益，對提升企業(yè)的生產(chǎn)管理和產(chǎn)品質(zhì)量管理起到重要的作用。

［1］ 刁家久.如何厘清質(zhì)量問題［J］.企業(yè)管理.2016.

［2］ 文放懷.防錯技術(shù)推行實務(wù)［M］. 廣東經(jīng)濟出版社 .2006.

［3］ 刁家久. 一種電子器件耐高壓測試用安全保護裝置及測試系統(tǒng)：中國， 201320868505.0［P］. 2014-05-28.

Discussion on the design and application of mechanical fault protection

Discussion on the design and application of mechanical fault protection

Diao Jiajiu1Liao Xinqin2Diao Canfa3
（1.Chongqing Mei An-senSci&Tech CO.，LTD.， Chongqing 400039， China；
2. Chongqing Bo Ding Architectural Design Co.， LTD.， Chongqing 400039， China；
3. Ningbo Violet Lighting Electric Co. LTD.， Ningbo 315338， Zhejiang， China）

This paper introduces the meaning ，the four principle of error-proofing technique， and to discuss the application of error-proofi ng technique and management from the view of design. And this article combines the improved introduced application of error proofi ng technique， arisesthe enterprise should pay attention to the problem of error prevention technology in application.

error-proofi ng technique； error-proofi ng principle； design； application

F406.3

1009-797X（2016）17-0029-04

ADOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.17.006

（R-01）

刁家久（1985-），男，高級質(zhì)量工程師，注冊質(zhì)量經(jīng)理，中級工程師，主要研究方向為技術(shù)研究和設(shè)計開發(fā)改進工作，已申請并擁有發(fā)明專利8項，實用新型專利6項，1項外觀專利，先后承擔(dān)2個?。ㄊ校┘夗椖浚压_發(fā)表國家級4篇論文，1篇被EI收錄。

通訊郵箱：dqy102030@163.com

2016-07-28