進階篇：4.3）DFA設計指南：防錯設計（防呆設計）

時間 2019-12-05

標籤進階 4.3 dfa 設計指南简体版

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本章目的：每個裝配步驟都有設計防錯。微信

1.前言

關於防錯設計，做者有想說的話：

1）防錯設計是DFA重要的一條。由於太太重要，做者單獨開一分章寫！

2）只有理解了設計防錯的重要，纔會去設計防錯特徵。防錯設計單對零件製造而言是要花錢的。嗯，對你的老闆說的。╮(╯▽╰)╭

3）除非是特殊要求，例如產品多樣化等。防錯設計通常只能爲設計防錯，丟鍋給製程防錯可不地道。固然，你的老闆給你錢和時間去設計防錯了。

4）防錯有極限，通常不能防止多裝，漏裝。多裝，漏裝仍是要工序中的檢測來防止的。

2. 防錯法

2.1 防錯的由來：墨菲定律

可能出錯的事情,就會出錯( If anything can go wrong,it will)。--墨菲定律工具

翻譯成純中文就是：怕啥來啥。學習

愛德華·墨菲是一名工程師,他曾參加美國空軍於1949年進行的MX981實驗。這個實驗的目的是爲了測定人類對加速度的承受極限,其中一個實驗項目是將16個火箭加速度計懸空裝置在受試者上方,當時有兩種方法將加速度計固定在支架上,而難以想象的是,居然有人有條不紊地將16個加速度計所有裝在錯誤的位置。因而墨菲得出了著名的論斷:「若是有兩種選擇,其中一種將致使災難,則一定有人會作出這種選擇」,後來演變爲「可能出錯的事情,就會出錯( if anything can go wrong, it will)」。spa

墨菲定律在生活中還有其餘的延伸,如下僅供娛樂:
1)你攜伴出遊,越不想讓人看見,越會碰見熟人。
2)你有兩把類似的鑰匙,你總會用錯誤的一把鑰匙去開門。
3)你若幫助了一個急需用錢的朋友,那他必定會記得你—在下次他急需用錢的時候。
4)你早到了,會議卻取消。你準時到,卻還要等。遲到了,那就是真的遲到了。
5)另外一排老是動得比較快。你換到另外一排,你原來站的那一排,就開始動得比較快了。你站的越久,越多是站錯了排。
6)你買人一隻股票,股票就一直下跌。你把股票拋了,股票卻扶搖直上。翻譯

2.2 防錯法的定義

防錯法( mistake- proof,error-proof)是指經過產品設計和製造過程的管控來防止錯誤的產生。日本豐田公司第一次提出了防錯的概念。我國臺灣稱之爲防呆法,顧名思義,就是一個呆子來裝配也不會產生錯誤。

2.3 防錯的目的

防錯法可以達到如下目的:
1)減小錯誤、提升產品利潤率。
2)減小時間浪費、提升生產效率。
3)減小因爲檢查而致使的浪費。
4)消除返工及其引發的浪費。
5)提升產品質量和可靠性。
6)提升產品使用人性化、消費者滿意度和產品信譽。設計

2.4 防錯的意義

防錯的設計意味着:
不須要注意力——即便疏忽也不會發生錯誤。
不須要經驗和知覺—外行人也能夠作。
不須要專門知識——誰作都不會出錯。
不須要檢查——第一次就把事情作好。
在產品進行裝配時,若是零件存在着一個以上的裝配位置(即零件在多個位置均可以裝配),可是隻有一個正確位置,傳統的方法是經過裝配過程的管控和對操做人員的培訓來指導操做人員把零件裝配到正確位置。可是,殘酷的事實告訴人們,在某一天,零件終將會被裝配在錯誤的位置,這可能僅僅是由於操做人員的一次心不在焉。試想,一個操做人員天天進行一樣的裝配工做上百次、上千次甚至上萬次,若是產品設計不能提早預防裝配錯誤的發生,那麼就算是萬分之一的機率,操做人員稍微不留神,錯誤就發生了。所以,產品設計必須進行防錯的設計,提早預防裝配過程當中可能發生的錯誤。3d

2.5 平常生活中的防錯實例

USB接口是計算機中最經常使用的一種接口方式,普遍應用於數碼相機、數碼攝像機、移動硬盤、U盤、鼠標和鍵盤等與計算機的鏈接。USB的接口設計是一種典型的防錯設計。只有當USB插頭插入方向正確時,USB插頭纔可以插入到計算機的USB接口中;當USB插頭插入方向不對時,USB接口中孔槽的不對稱設計會阻止USB設備的進一步插入。USB接口和USB插頭的設計如圖2-48所示。視頻

那麼,USB的接口設計是一個理想的防錯設計嗎?平均下來,做者天天會使用USB接口兩到三次,可是並非每次的使用心情都是愉快的。根據USB接口中孔槽的不對稱防錯設計,在USB插頭接觸到USB接口以前,USB插頭有兩種插入方向,一種是正確的方向,USB插頭和USB接口中的不對稱孔槽恰好對應,USB插頭可以順利插入到USB接口中。另一種是錯誤的方向,USB插頭和USB接口中的不對稱孔槽不對應,USB接口阻止了USB插頭的插入,此時必須調整USB插頭的插入方向。理論上來講,每次插入USB都有50%的可能性插入方向不對,而每次看成者感受到插入方向不對時,不得不放下手中的工做,把所有注意力放在USB上,仔細看清楚USB插頭孔槽的位置和USB接口中孔槽的位置,再對齊,USB設備才能插入成功。相信不少讀者都有這樣的體會,指望着USB接口的設計也像電腦的耳機接口同樣,咱們閉着眼睛、漫不經心地就能夠把USB設備插入到計算機中,這纔是人性化的設計。如：如今的TYPE-C插頭就是體現了這種人性化設計。對象

所以,USB的接口設計是一個好的防錯設計,但不是最理想的防錯設計,由於它不人性化。換句話說,最理想的防錯設計不但可以防止錯誤的發生,還可以防止你產生錯誤的念頭。
在面向裝配的產品設計中,防錯的設計不只僅是知足產品製造過程當中防錯的要求,還須要知足消費者使用產品過程當中的防錯要求。消費者使用產品的過程也是產品裝配過程的一部分,更爲重要的是,消費者對於防錯的要求更高,不但要作到防錯,還須要作到使用人性化。由於不可能去教育消費者「你應該這樣作」「你應該那樣作」,做爲不少產品(好比電腦、電視機、空調等)的消費者,他們根本不會花時間去閱讀產品使用手冊。blog

2.6 防錯法的兩大分類（不要丟鍋）

防錯的設計能夠分爲設計防錯和製程防錯,如圖2-49所示。

傳統的防錯設計關注的是產品的裝配階段,爲此,企業不得不花費大量的人力和物力來培訓操做人員和花費大量的金錢來購買自動化設備。而面向裝配的產品設計優先考慮產品的設計防錯,只有當設計防錯很難實現或者代價高的時候,才考慮製程防錯。

2.6.1 設計防錯

零件僅具備惟一正確的裝配位置
零件的防錯設計特徵越明顯越好
誇大零件的不類似處
誇大零件的不對稱性
設計明顯防錯標識
最後的選擇：經過製程來防錯
最完美的防錯是沒必要防錯

2.6.2 製程防錯

改變或增添工具、工裝
改變加工步驟
增長使用清單、模板或測量儀
執行控制圖表

2.7 本章介紹的防錯範圍

本章將重點介紹設計階段的防錯。

本章不介紹如何防止零件的多裝和漏裝，這點注意。由於有時候防止零件的多裝和漏裝也叫防錯。

建議設計師也是從防錯開始設計。再逐步學習如何防漏和防多。

3. 零件僅具備惟一正確的裝配位置

任何一個零件在產品裝配中只能具備惟一正確的裝配位置,只有當零件裝配位置正確的時候,零件才能被固定。若是零件有多個裝配位置,產品或者零件上應當具備特徵來阻止零件被裝配到錯誤的位置。上文說到的USB接口就是一個例子,USB接口有且只能有一個正確的裝配位置,當USB插頭插入方向不對時,USB接口上的不對稱孔槽就會阻止USB插頭的繼續插入。

但仔細分析，防錯設計的對象包括兩種:

1）單個零件自己的防錯,即零件在正確的裝配位置旋轉必定角度後,例如90°、180°等,零件是否還能夠繼續裝配。如上文所說的USB接口的防錯。

2）零件與零件之間的防錯。一個零件在產品中應當只能在一個裝配位置進行裝配,若是一個零件在另一個裝配位置也能夠進行裝配,那就會帶來裝配錯誤問題。

3.1 單個零件自己的防錯：防止零件在對應的裝配位置裝錯

在產品設計中,最容易發生的裝配錯誤是零件由兩個點固定時。

如圖2-50所示,零件A經過兩個螺釘固定在零件B上。原始設計中,在進行實際的裝配時零件A有圖示的4種可能的裝配位置,顯然這很容易引發裝配錯誤;

在改進的設計中,零件A增長了兩個凸臺,零件B增長了一個凸臺,使得零件A不可能裝配到圖示的錯誤位置,零件A僅具備惟一正確的一個裝配位置。

3.2 零件與零件之間的防錯：防止零件裝配到其它零件位置

一個產品的全部裝配工序中，很容易出現將一個零件安裝在不屬於它的位置。好比不一樣規格的螺釘安裝。

這時候，一般須要正確的工藝指導來進行防錯。但若是能進行防錯設計，好比標準化，會更勝一籌。

如圖2-52所示,零件與零件之間經過不相同的形狀特徵來進行防錯。

4. 零件的防錯設計特徵越明顯越好

在容許的狀況下,零件的防錯特徵須要設計得越明顯越好。非對稱的孔、槽和凸臺越不對稱越好。PS2接口的防錯設計不是一個很好的防錯設計,正是由於其防錯特徵不夠明顯。

在USB接口出現以前,PS2接口是鍵盤和鼠標的通用接口。

如圖2-53所示,PS2接口和PS/2插頭的防錯設計具備兩個防錯特徵:其一是PS/2接口中長方形的孔與PS/2插頭中間的長方形柱子;其二是P/2接口四周不對稱的三個孔與PS/2插頭四周的三個金屬凸起。只有當以上兩個防錯特徵一一對齊時,PS/2插頭才能正確插入。

可是,兩個防錯特徵尺寸都比較小,在實際操做過程當中要對齊很是困難,必須把PS/2插頭和接口徹底對齊,才能保證正確插入,稍有誤差都不能成功。PS2接口的這種使用只有用「痛苦」來形容,使用過PS/2接口的鍵盤和鼠標的讀者必定對此深有體會。所以,PS/2的防錯設計不是一個理想的防錯設計。

圖2-54顯示了電腦中常見的4種接口防錯特徵的明顯程度。從左至右分別爲PS二、視頻接口、USB、電源接口,防錯特徵的明顯程度從左至右逐步增長,PS/2的防錯特徵最不明顯,裝配最困難;電源接口的防錯特徵最明顯,裝配最容易。

零件的防錯設計特徵越明顯，防錯效果越好。

防錯特徵不明顯，會讓人抓狂！！

5. 誇大零件的不類似性

5.1 儘可能合併類似零件

儘可能合併類似的零件。針對類似的零件,在進行防錯設計時,儘可能把他們合併成一個零件,參見kiss章節的合併類似的零件。
若是在產品裝配的生產線上,有兩個類似的零件須要裝配在不一樣的位置實現不一樣的功能,它們的惟一判別方式是零件料號,那麼這就存在着兩個零件互相裝錯位置的風險。若是操做人員不仔細查對零件的料號,很容易誤把一個零件當成另外個零件,產生裝配錯誤,帶來返工,形成時間和成本的浪費。若是當零件的固定不可拆卸時,如焊接、鉚合、熱熔等,這會形成整個產品的報廢,帶來更大的成本損失。

5.2 若是類似零件不可避免，則應儘可能誇大零件的不類似性

針對類似的零件,若是不能合併成一個零件,則誇大零件的不類似處。
在kiss原則章節中討論瞭如何把類似的零件合併成一個零件,對於類似的零件,最理想的防錯設計是把它們合併成一個零件。若是不能,則須要把零件的不類似處設計得很明顯,儘可能使得兩個零件看上去徹底不同,這就能夠避免在裝配過程當中,

零件被錯誤地裝配到其餘位置。如圖2-55所示,若是兩個零件實在不能合併成一個零件,那麼就須要把這兩個零件設計得明顯不一樣,使得操做人員可以很清楚地認識到兩個零件的區別,從而避免產生裝配錯誤。

6. 誇大零件的不對稱性

6.1 完美的零件是徹底對稱的零件

完美的零件是徹底對稱的零件,這是由於:
①零件徹底對稱,任何角度均可裝配,能夠減小操做人員的裝配調整時間,減小產品總體裝配時間。
②零件徹底對稱,能夠進行盲裝,大幅提升裝配效率。
③有關消費者操做的零件若是徹底對稱,消費者操做時根本無須仔細對齊和調整便可正確操做到位,可提升使用人性化,提升用戶體驗度。

如圖2-56所示,人們平常生活中使用的音頻接口和音頻插頭在軸線上是徹底對稱的,所以把音頻插頭插入到音頻接口中,不管插頭怎麼旋轉,都不會插錯,並且插入時不需調整對齊,使用很是人性化。

最好的防錯設計是根本不須要防錯,這是防錯設計的最高境界。徹底對稱的零件符合這樣的要求,產品設計時根本不須要擔憂防錯問題。
在前面一節講述的USB接口一例中,USB接口由於其不對稱性使得其操做很是不方便、不人性化。最新的USB3.1 Type C的設計(見圖2-57)考慮到了這點,從USB的對稱性入手,將USB的接口設計得上下都對稱,正反同樣,正反插都能保證有效鏈接,解決了原來的「USB永遠插不對」的問題,提升了使用人性化。

6.2 儘可能提升零件的對稱度

若是零件沒法作到徹底對稱,則應該提升零件的對稱度。
零件的對稱度包括兩種,如圖2-58所示。
α對稱度:α對稱度指零件垂直於零件裝配時插入方向軸的首尾對稱角度。
β對稱度:β對稱度指零件繞着零件裝配時插入方向軸的對稱角度。

圖2-59顯示了各類零件的α和β對稱度,從左至右零件的綜合對稱度從低至高,零件的裝配效率也從低至高。

圖2-60所示爲一個零件的β對稱度從低到高的實例,很顯然,零件的裝配效率隨着β對稱度的提升而逐漸提升。

a)操做人員抓取零件後,須要不少調整,仔細對齊對應零件上的槽,才能裝配到位。

b)操做人員抓取零件後,須要較多調整,仔細對齊對應零件上的槽,才能裝配到位。

c)操做人員抓取零件後,不需太多的調整對齊,便可裝配到位。

d)操做人員抓取零件後,不需調整,直接插入對應零件的孔中,便可裝配到位。

圖2-61所示爲一些具體的提升零件α和β對稱度的實例。

6.3 若是零件的沒法對稱，則儘可能誇大零件的不對稱性

零件若是存在微小的不對稱性:，那麼就容易產生如下後果。
①容易裝錯。
②需仔細對齊,增長裝配時間,下降裝配效率。
若是零件由於設計限制沒法作到對稱,則須要誇大零件的不對稱性,零件的不對稱性越明顯越好。
如圖2-62所示,在原始的設計中,零件左右兩側凸臺的高度一側爲4mm,一側爲5m,相差1mm,但這是零件的功能要求,沒法更改,零件相對於兩孔中心連線的對稱性沒法得到;在改進的設計中,增長左側凸臺的長度,誇大零件的不對稱性,零件的不對稱性很是明顯,從而避免裝配錯誤的產生。

7. 設計明顯防錯標識（標識不一樣於特徵）

若是零件防錯特徵很難設計,至少須要在零件上作出明顯的防錯標識,以指導操做人員的裝配,或者告訴消費者如何使用,這些標識包括符號、文字和鮮豔的顏色等。

//做者但願在有防錯特徵的狀況下，也設計有明顯的防錯標識。

圖2-63所示的零件是一個左右對稱的零件,由於設計的限制,零件沒法添加不對稱的孔、槽以及凸臺等防錯特徵,那麼產品設計工程師至少須要在零件上添加明顯的標識(例如符號或文字)來指導操做人員的裝配或者消費者的使用。

PS/2的接口防錯設計也是一個典型的顏色防錯的實例。鼠標的PS/2接口和插頭是綠色,鍵盤PS/2接口和插頭是紫色,使用同一種顏色來告訴消費者哪個接口該插鼠標、哪個該插鍵盤,防止消費者把鼠標插頭插到鍵盤接口上或者把鍵盤插頭插到鼠標接口上。同時,在鼠標和鍵盤插頭上分別有鼠標和鍵盤的符號,在電腦上相應的接口處也有鼠標和鍵盤的符號,這也是防錯的標識。固然這些符號過小,不容易引發消費者的注意。
須要注意的是,這一類的防錯特徵（指防錯標識）不是理想的防錯設計方法,必須得到操做人員或者消費者的注意纔可以保證防錯設計的成功,這不是防錯設計的最佳方法。

8. 最後的選擇：製程防錯

當經過產品設計進行防錯形成產品成本高昂、甚至沒法經過設計進行防錯時，能夠經過產品的製程管控來防錯。此時，機械工程師應當把防錯的要求準確、清晰的告訴裝配工程師。

製程防錯的方法包括如下幾種:
1）改變或增添工具、工裝。
2）改變加工步驟。
3）增長使用清單、模板或測量儀。
4）執行控制圖表。

9. 最完美的防錯（好圖）

在上面的章節中講述了多種防錯方法,從產品的裝配效率和裝配質量等方面來看,不一樣的防錯方法有着不一樣的級別,如圖2-64所示。

在產品防錯設計時,應儘可能提升產品的防錯級別,向着防錯的最高級別「沒必要防錯」靠近。

最完美的防錯方法以下:
①零件根本就沒必要防錯。
②裝配效率高,裝配質量高。
③不只僅能夠阻止錯誤的產生,還能夠阻止產生錯誤的念頭
④真正地作到防呆的設計,就算一個真正的「呆子」來操做也不會發生錯誤。
⑤最人性化的設計,具備高用戶體驗度的設計。
所以,對於防錯設計的要求是：
1）不只僅要作到防錯,並且要作到最完美的防錯!
2）若是沒法實現完美的防錯,也須要儘可能提升防錯的級別!