防錯設(shè)計在型號研制生產(chǎn)中的實現(xiàn)方式探析

王學(xué)良 蔣漢斌

（1.中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028；2. 陜西飛機工業(yè)（集團）有限公司，陜西 漢中 723213）

在航空型號的構(gòu)造中，標(biāo)準(zhǔn)件，零件的數(shù)量就達十萬件以上，專用儀表和機構(gòu)有數(shù)百件。由于航空型號采用的材料品種多，大部分零件形狀不規(guī)則、尺寸大和零件剛度小。為了保證零件的幾何尺寸和外形，在裝配過程中需要大量的夾具和型架，以及必要的標(biāo)準(zhǔn)工藝裝備。在型號產(chǎn)品形成的過程中，每一種材料、每一個零件、每一道生產(chǎn)和裝配工序中所產(chǎn)生的波動，都會影響到最終型號產(chǎn)品的形式、穩(wěn)定性與可靠性。因此，通過實施防錯設(shè)計隨時“監(jiān)控”型號產(chǎn)品、零部件的質(zhì)量，節(jié)約返工、返修的成本和時間，及時識別需要改進的機會，在不可預(yù)知的人為差錯轉(zhuǎn)化為缺陷之前，防止差錯的“蔓延”，消除缺陷。

一個較好的防錯設(shè)計需要通過科學(xué)、實用的方法來實現(xiàn)。通過調(diào)研中國航空工業(yè)集團公司（簡稱“中航工業(yè)”）在型號研制和生產(chǎn)過程中的防錯案例，進行歸類分析，總結(jié)出：一個設(shè)計功能良好的防錯裝置（或防錯工具、防錯系統(tǒng)），不論其防錯設(shè)計是簡單的、復(fù)雜的，它常用的實現(xiàn)方式可以分為合理安裝設(shè)計和自動檢測設(shè)計兩種形式。

1 合理安裝設(shè)計

在型號產(chǎn)品的制造過程中，很多差錯都是由于在安裝時的不注意而造成錯裝、漏裝和安裝不到位，為了避免這些情況，在設(shè)計時考慮將容易錯裝的部件設(shè)計成僅有一種安裝方式，例如，在裝配時，將部件設(shè)計成不對稱，或者在下面施加干涉就能很容易的解決不易裝配的問題。合理安裝設(shè)計正是利用了產(chǎn)品外形的差異，在其放置的夾具上設(shè)計對應(yīng)的獨特形狀，使其他的產(chǎn)品無法放置，從而預(yù)防差錯。適用于產(chǎn)品（或零部件）容易混淆、尺寸不合格、漏加工的場合。值得注意的是，這種防錯設(shè)計的實現(xiàn)方式是最通用的，能確保不生產(chǎn)出不合格品，是企業(yè)應(yīng)該優(yōu)先考慮的設(shè)計。在進行合理安裝設(shè)計的過程中，常用的方法包括消除條件、對稱、非對稱和標(biāo)示提示設(shè)計等4種形式。

1.1 消除條件的設(shè)計

消除條件的方法是指分離出某具體特性，并消除這些特性。通常在裝配時，操作者需要明確哪些孔應(yīng)該插入零件？哪些孔不需要插入零件？有時，某些非功能性孔容易引起操作者的混淆。此時操作者只需堵上非功能性孔，防止操作者將零件插入非功能孔，就可以消除不正確插孔的錯誤現(xiàn)象。例如，在安裝引射泵時，一端與壓力源管路連接，另一端與吸油管路連接，出油口與輸油管連接，如果操作者安裝錯誤，將導(dǎo)致飛機油箱內(nèi)的余油無法消耗，減少可用燃油。為了防止引射泵錯裝重新設(shè)計燃油引射泵（圖1），將引射泵的3個接口設(shè)計為3種規(guī)格，徹底防止了引射泵的錯接。

圖1 燃油引射泵安裝時的防錯設(shè)計

1.2 對稱設(shè)計

對稱設(shè)計是通過修改或改進零部件（或工具、胎具）的外觀或性能，使其與另一側(cè)完全相同，使用此方法后，零部件兩側(cè)具有互換性，避免了由于零部件兩側(cè)相似而導(dǎo)致的誤操作、錯裝配或錯加工等。例如，利用沖頭把軸與底盤連接在一起的工序中，在實施防錯設(shè)計前（圖2A），軸兩端的形狀相似，唯一的差別是：軸的一端有一個擋圈槽，而另一端沒有擋圈槽，有時，由于人為疏忽操作者可能把有擋圈槽的一端壓入底盤，導(dǎo)致后續(xù)工序無法安裝擋圈；在實施防錯設(shè)計后（圖2B），軸的兩端設(shè)計成完全對稱，任何一端壓入底盤后，另一端都可以安裝擋圈。

圖2 避免軸顛倒插入底盤的防錯設(shè)計

1.3 非對稱設(shè)計

非對稱設(shè)計是指修改或改進零部件（或工具、胎具）的外觀或性能，使其與另一側(cè)具有明顯的不同。此方法放大了零部件兩側(cè)的不同特性，可以消除混淆，避免了由于零部件兩側(cè)相似而導(dǎo)致的誤操作、錯裝配或錯加工等。例如，對于某零件的液壓成形工序，首先需要數(shù)控銑床制出零件外形，制好銷釘孔，然后在液壓機上成形零件。有時，當(dāng)零件安裝在成型模胎上利用壓力機成型時，如果零件在成型模胎上放置正反面錯誤，導(dǎo)致壓制成型零件方向相反，零件報廢。為了防止反放的情況發(fā)生，將零件上與成型模胎連接的兩個銷釘孔一個制成圓孔，一個制成長圓孔（圖3），若零件在模胎上放反就不能套入銷釘孔內(nèi)，可避免零件的成形報廢。

圖3 某零件的液壓成形時的防錯設(shè)計

1.4 標(biāo)示提示設(shè)計

為了零部件制造簡單、方便，有些設(shè)計不需要對零部件進行復(fù)雜的加工，只需在零部件表面張貼標(biāo)示，提示操作者按正確的方式進行加工、裝配，避免錯加工、錯裝配。例如，在安裝發(fā)動機操縱鋼索時，實時防錯設(shè)計前，如果安裝錯誤，將會導(dǎo)致發(fā)動機油門操縱錯誤。為了防止錯裝配的發(fā)生，在每臺發(fā)動機對應(yīng)加油、減油的鋼索上都貼有標(biāo)牌（圖4），從而徹底防止發(fā)動機操縱鋼索錯裝情況的發(fā)生。

圖4 安裝發(fā)動機操縱鋼索時的防錯設(shè)計

2 自動檢測設(shè)計

利用各類防錯檢測工具（或傳感器）對產(chǎn)品進行自動檢測，如尺寸測量、產(chǎn)品測量、圖像識別、電流檢測等等。傳感器的檢測信號與設(shè)備連鎖，一旦發(fā)現(xiàn)不合格品就立即報警或停機。自動檢測根據(jù)設(shè)置時點的不同，有效性也不同。在加工前檢測，可以確保不生產(chǎn)不合格品；在本工序加工完成時檢測，則會出現(xiàn)1個不合格品；在加工完成的后工序進行檢測，就可能出現(xiàn)多個不合格品，給追溯帶來難度。因此，在產(chǎn)品的形成過程中，利用自動檢測技術(shù)，自動發(fā)現(xiàn)差錯（或缺陷），防止差錯曼延，避免產(chǎn)生產(chǎn)品缺陷或發(fā)生生產(chǎn)事故。通常情況下，自動檢測設(shè)計應(yīng)用于監(jiān)控流程順序、自動檢測不合格品、計數(shù)控制與檢查加工工具等4種場合：

2.1 監(jiān)控流程順序

在操作流程中，通過程序設(shè)計，使操作只能按照標(biāo)準(zhǔn)順序進行，一旦有工作被遺漏或順序顛倒，就會報警中斷運行。監(jiān)控流程順序設(shè)計法適用于單個操作者負(fù)責(zé)多個零部件的加工裝配且容易遺漏工序的場合，也可用于對設(shè)備運行順序的監(jiān)控。例如，有一個需要負(fù)責(zé)鉆削、攻絲、壓裝、清洗等9道工序的工作，采用防錯設(shè)計前，由于操作者疏忽或新手不完全清楚操作要求，經(jīng)常忘記按生產(chǎn)線上的啟動按鈕，導(dǎo)致未加工的工件傳遞到下一道工序，從而影響后續(xù)加工。實施防錯設(shè)計后（圖5），將不同作業(yè)的開關(guān)互鎖起來，如果上一輪每個操作工序都執(zhí)行，操作者順利進入新一輪的操作；如果前一輪有操作工序沒被執(zhí)行，則第一個操作開關(guān)處于鎖定狀態(tài)，無法進行新一輪的操作，此時，操作者可以根據(jù)指示燈的顯示工序，確定哪個操作被跳過，徹底防止作業(yè)遺漏的情況發(fā)生，確保流程的正常運行。

圖5 “加工完畢指示燈”的防錯設(shè)計

2.2 自動檢測不合格品

在流水線上的指定位置設(shè)置傳感器或阻礙裝置，或用傳感器等自動檢測裝置在產(chǎn)品的存放位置檢測產(chǎn)品（或零部件）質(zhì)量，當(dāng)檢測到不合格品時，機器就會提示操作者，將不合格品拿出放入指定位置，這種設(shè)計方法適用于在流水線上（或產(chǎn)品存放時）檢測產(chǎn)品（或零部件）質(zhì)量，有效防止了由于操作者的疏忽而混入不合格品。例如，把金屬棒加工成階梯軸，由于在加工過程中可能出現(xiàn)偏差，在階梯軸加工完成后，操作者必須檢查每個加工好的階梯軸，在實施自動檢測裝置前，操作者通常利用量規(guī)手工檢查階梯軸尺寸，但有時，由于操作者的疏忽忘記檢查，導(dǎo)致不合格件流入下道工序；根據(jù)金屬棒的長度特性，充分利用合格件與不合格件的直徑偏差，設(shè)計一個自動檢測的防錯裝置（圖6）：安裝一個有導(dǎo)向裝置的傾斜滑槽，并在滑槽上安裝了干涉板，當(dāng)成品件沿著導(dǎo)向裝置滑動時，不合格件在傳輸過程中就會撞到干涉板，自動檢測到不合格品，提示操作者及時發(fā)現(xiàn)不合格品。

圖6 自動檢測不合格品的防錯設(shè)計

2.3 計數(shù)控制

對于航空型號產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)，計數(shù)控制的應(yīng)用場合非常多，通過程序設(shè)置加工計數(shù)值，在到達設(shè)定的計數(shù)值后，機器就會發(fā)出提示操作并中斷運行，這樣就避免了操作者遺忘導(dǎo)致的缺陷和事故。通常情況下，當(dāng)提示操作發(fā)生后，操作者可以通過設(shè)置傳感器、計數(shù)控制設(shè)備等裝置，確認(rèn)相應(yīng)的檢查、更換工作是否得以實施，等到確認(rèn)實施后，機器才能恢復(fù)運行。計數(shù)控制設(shè)計適用于有定期清掃檢查、量具定期校檢、刀具定期更換等場合。例如，在進行動靜壓系統(tǒng)氣密試驗時，通常需要以下3個步驟：將動靜壓試驗器用試驗軟管連接至飛機動靜壓系統(tǒng)接口；用動靜壓試驗器對動靜壓系統(tǒng)充氣或抽氣；檢查動靜壓系統(tǒng)管路的氣密性和設(shè)備工作情況。實施計數(shù)控制前，用動靜壓試驗器抽氣或放氣時，速度過快會導(dǎo)致升降速度表損壞，為了防止以上差錯，在對靜壓系統(tǒng)抽氣或放氣時，給動靜壓試驗器上連接一塊升降速度表（圖7），觀察升降速度表的指示值的變化，確保指示值不大于25m/s，這樣就有效控制抽氣速度，防止升降速度表損壞。

2.4 檢查加工工具

圖7 動靜壓系統(tǒng)氣密試驗時的防錯設(shè)計

加工工具（或設(shè)備）由于運行時間長，容易老化、變形甚至報廢，導(dǎo)致加工零部件、產(chǎn)品產(chǎn)生缺陷，甚至在生產(chǎn)現(xiàn)場發(fā)生故障，利用傳感器隨時發(fā)現(xiàn)加工工具出現(xiàn)的問題，及時采取措施，確保生產(chǎn)的順暢進行，防止加工事故（或缺陷）的產(chǎn)生。例如，進行板材試樣高頻疲勞試驗時，由于安裝疲勞試樣過程中需要頻繁使用大扳手施力，日積月累，使試驗機上下夾頭偏差越來越大，嚴(yán)重影響試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；為了確保加工夾頭的正常運行，可以先安裝一件疲勞試樣，再打開高頻疲勞試驗機底座，調(diào)整定位螺母，從而確保試驗機上下夾頭的“對中”性，有效避免試驗機上下夾頭由于存在偏差而導(dǎo)致的安裝扭曲和非正常斷裂。

3 結(jié)束語

防錯技術(shù)是一種先進實用的質(zhì)量工具，防錯設(shè)計是實施防錯技術(shù)的核心，本文在研究防錯設(shè)計實現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上，理論與實踐相結(jié)合，用實例來闡述理論，并對防錯設(shè)計如何結(jié)合中航工業(yè)型號研制生產(chǎn)的實際情況進行了應(yīng)用研究。本文的研究成果可為我國航空型號產(chǎn)品研制生產(chǎn)提供技術(shù)支持，也可為航空工業(yè)企業(yè)推進防錯技術(shù)提供技術(shù)指導(dǎo)。

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