Poka-Yoke和Jidoka在線檢測(cè)中的應(yīng)用

陳潔，鄭中民，李凌梅，劉佳麗，路瑞軍（天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院，天津，300192）

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Poka-Yoke和Jidoka在線檢測(cè)中的應(yīng)用

陳潔，鄭中民，李凌梅，劉佳麗，路瑞軍
（天津市計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)科學(xué)研究院，天津，300192）

Poka-Yoke和Jidoka可以防止缺陷出現(xiàn)，還可避免缺陷進(jìn)入到下一步工序中，將這兩優(yōu)勢(shì)運(yùn)用到在線檢測(cè)中可以有效控制產(chǎn)品質(zhì)量。本文介紹了Poka-Yoke和Jidoka的基本概念、具體應(yīng)用步驟，以及在線檢測(cè)主要應(yīng)用的設(shè)備類型；并通過(guò)檢測(cè)接線螺釘案例詳細(xì)介紹了PFMEA失效模式分析，說(shuō)明了在線檢測(cè)中應(yīng)用Poka-Yoke和Jidoka的方法，通過(guò)限位機(jī)構(gòu)案例說(shuō)明了在過(guò)程檢測(cè)中應(yīng)用Poka-Yoke的設(shè)計(jì)方法，還介紹了在線檢測(cè)中Poka-Yoke和Jidoka與SPC的結(jié)合應(yīng)用。

Poka-Yoke；Jidoka；在線檢測(cè)；缺陷；PFMEA

引言

隨著現(xiàn)代社會(huì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的越來(lái)越高，產(chǎn)品的檢測(cè)已經(jīng)成為必不可缺的環(huán)節(jié)，由于送樣檢測(cè)時(shí)間周期長(zhǎng)、反饋速度慢、檢測(cè)數(shù)量有限等方面的缺陷，已經(jīng)不能滿足當(dāng)今高效高質(zhì)的需求。因此，在線檢測(cè)應(yīng)運(yùn)而生。在線檢測(cè)是指通過(guò)直接安裝在生產(chǎn)線上的設(shè)備，利用各種測(cè)量技術(shù)實(shí)時(shí)檢測(cè)、實(shí)時(shí)反饋，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)，減少不必要的浪費(fèi)。在線檢測(cè)技術(shù)率先在國(guó)外發(fā)展起來(lái)，下面介紹兩種國(guó)外在線檢測(cè)技術(shù)Poka-Yoke和Jidoka，以及在過(guò)程分析中需要用到的PFMEA。PFMEA是Process Failure Mode and Effects Analysis 的簡(jiǎn)稱，也就是過(guò)程失效模式及后果分析。

1　基本概念

1.1Poka-Yoke的基本理念

我國(guó)企業(yè)要做大做強(qiáng)，躋身世界級(jí)大企業(yè)，必須提升產(chǎn)品質(zhì)量，特別是在涉及人身安全的特殊領(lǐng)域產(chǎn)品，必須做到零缺陷，即不能允許出現(xiàn)任何缺陷產(chǎn)品。產(chǎn)品的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)包含很多環(huán)節(jié)，是一個(gè)非常復(fù)雜的環(huán)境，每個(gè)環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷，引起客戶不滿和資源浪費(fèi)。整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程不可能避免失誤，但是我們可以想辦法來(lái)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并糾正這些錯(cuò)誤，防止最終缺陷產(chǎn)品的產(chǎn)生，這就是Poka-Yoke的基本理念。

1.2Poka-Yoke概念

Poka-Yoke是由日本的質(zhì)量管理專家、豐田生產(chǎn)體系創(chuàng)建人新鄉(xiāng)重夫創(chuàng)建的，他根據(jù)多年從事現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理的豐富經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)并發(fā)展起來(lái)成為用以獲得零缺陷、最終免除質(zhì)量檢驗(yàn)的工具。Poka-Yoke意思是“防誤防錯(cuò)”，又稱為防呆法。即在失誤發(fā)生前加以防止的方法，它是一種在作業(yè)過(guò)程中采用自動(dòng)作用（動(dòng)作，不動(dòng)作）、報(bào)警、提醒（標(biāo)識(shí)，分類）等手段，使操作人員不特別注意或不需注意也不會(huì)失誤的方法［1-4］。

1.3Jidoka概念

Jidoka的概念是由豐田集團(tuán)創(chuàng)始人豐田佐吉于20世紀(jì)初首創(chuàng)，他發(fā)明了在能夠在紗線斷時(shí)自動(dòng)停止的織布機(jī)，之后又將這種自動(dòng)化的概念具體化。這種自動(dòng)化將人工操作水平轉(zhuǎn)化為機(jī)器操作水平，機(jī)器一旦發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品就會(huì)立即停下來(lái)并“請(qǐng)求支援”。正是因?yàn)闄C(jī)器在會(huì)在問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)就停下來(lái)，所以杜絕了缺陷產(chǎn)品的產(chǎn)出。這就意味著一個(gè)操作人員可以負(fù)責(zé)多臺(tái)織布機(jī)，極大的提升了產(chǎn)量。Jidoka在以下情況會(huì)會(huì)用限位開(kāi)關(guān)或其他設(shè)備關(guān)閉一個(gè)工序：產(chǎn)品有缺陷，所需的生產(chǎn)數(shù)量已達(dá)成，以及機(jī)械故障堵塞時(shí)。

1.4Poka-Yoke與Jidoka的關(guān)系

Poka-Yoke是一種理念，強(qiáng)調(diào)預(yù)防性的防止出錯(cuò)，專注于事前預(yù)防；而Jidoka是通過(guò)自動(dòng)化來(lái)實(shí)現(xiàn)事后防錯(cuò)，即錯(cuò)誤出現(xiàn)以后能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)與糾正。因此在生產(chǎn)過(guò)程中，一般采用兩者相結(jié)合的形式來(lái)進(jìn)行在線檢測(cè)，會(huì)達(dá)到較好的質(zhì)量控制水平。從工藝穩(wěn)定性以及生產(chǎn)管理的角度來(lái)講，應(yīng)該鼓勵(lì)Poka-yoke的設(shè)計(jì)以及改善，采用預(yù)防性防呆的方式將缺陷發(fā)生的概率降到最低。需要注意的是整個(gè)系統(tǒng)不包括人為因素，因?yàn)槿说牟僮魇遣豢煽康模荒茏龅?00%正確［5-6］。

2 Poka-Yoke和Jidoka在線檢測(cè)主要應(yīng)用的設(shè)備類型

2.1傳遞裝置

圖1中所示的五類傳遞裝置可用于在發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品時(shí)向機(jī)器發(fā)送一個(gè)信號(hào)來(lái)關(guān)閉機(jī)器，或者發(fā)出聲音等警示信息，告訴操作者這里發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題。

圖1　傳遞裝置

2.2動(dòng)態(tài)傳感器

動(dòng)態(tài)傳感器可以用于檢測(cè)移動(dòng)、變異、尺寸或一個(gè)動(dòng)作是否發(fā)生，主要有四種，如圖2所示。

圖2　信息傳遞裝置

2.3警示傳感器

如圖3所示的警示傳感器可利用聲音、警示信息、光等信息，告訴操作人員出現(xiàn)問(wèn)題的位置。

圖3　警示傳感器

3　應(yīng)用的基本步驟

在生產(chǎn)中采用Poka-Yoke和Jidoka相結(jié)合的在線檢測(cè)技術(shù)，解決一個(gè)問(wèn)題，通常需要通過(guò)七個(gè)步驟來(lái)完成：1）首先需要清楚的描述產(chǎn)品的缺陷，即為什么它是個(gè)缺陷；2）要明確指出這個(gè)缺陷可能在哪些地方產(chǎn)生，又可以在哪些地方被發(fā)現(xiàn)；3）把缺陷產(chǎn)生地方的標(biāo)準(zhǔn)工序詳細(xì)列出；4）明確出失誤或是偏差是如何從標(biāo)準(zhǔn)工序中產(chǎn)生；5）調(diào)查分析每個(gè)偏差產(chǎn)生的根本原因；6）利用頭腦風(fēng)暴法來(lái)想出提前消除或是探測(cè)出偏差的辦法；7）設(shè)計(jì)制造，并測(cè)試確認(rèn)這個(gè)設(shè)備能夠有效地消除或探測(cè)出偏差，來(lái)完成整個(gè)Poka-Yoke的在線檢測(cè)。

4　實(shí)際案例

4.1檢測(cè)接線螺釘案例

4.1.1背景介紹

H公司是該行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，致力于為客戶提供安全、可靠以及高效的產(chǎn)品，及其解決方案。該公司在民用領(lǐng)域的主要產(chǎn)品是微型斷路器，用以替代保險(xiǎn)絲在過(guò)載或者短路等特殊情況出現(xiàn)的情況下，保護(hù)住宅電路，年產(chǎn)量大約在5000萬(wàn)極左右。

4.1.2PFMEA

為了避免量產(chǎn)后的產(chǎn)品投入市場(chǎng)之后出現(xiàn)各種缺陷或者質(zhì)量問(wèn)題，引起客戶抱怨，索賠或者其他問(wèn)題。因此在產(chǎn)品出貨之前，必須對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進(jìn)行認(rèn)證，將出貨后產(chǎn)生問(wèn)題的幾率降到最低。在此，我們需要用到PFMEA這個(gè)工具。利用該工具分析是采用團(tuán)隊(duì)評(píng)估的方式，通常小組成員來(lái)自所有相關(guān)的部門，包括生產(chǎn)、維修、工藝、質(zhì)量等，通過(guò)團(tuán)隊(duì)的智慧以最大限度地發(fā)現(xiàn)各種潛在的失效模式及其知道避免失效模式的方法，已達(dá)到提前預(yù)防，將生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)缺陷的概率降到最低。

PFMEA的分析原理包括以下五個(gè)關(guān)鍵步驟：

（1）定義失效模式與缺陷起因；

（2）評(píng)估失效或者缺陷對(duì)客戶或者產(chǎn)品的功能、質(zhì)量有無(wú)影響；

（3）找到導(dǎo)致問(wèn)題的根本原因，并制定糾正和預(yù)防措施；

（4）根據(jù)失效模式的優(yōu)先級(jí)逐一進(jìn)行改善；

（5）定期跟蹤，定期更新失效模式分析表。

PFMEA失效模式分析表主要包括如下信息：一是嚴(yán)重度（Severity）：是指該失效模式對(duì)客戶，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響等級(jí)。等級(jí)分?jǐn)?shù)從1～10按照由低到高的順序進(jìn)行排列。二是頻度（Occurrences）：指該失效模式發(fā)生的概率等級(jí)。級(jí)別數(shù)具有相對(duì)意義，但不是絕對(duì)的。等級(jí)分?jǐn)?shù)按照發(fā)生概率的高低由1～10不等。三是探測(cè)度（Detection）：指該失效模式或者缺陷是否能夠被探測(cè)。四是風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)（RPN）：指嚴(yán)重度數(shù)（Severity）和頻度數(shù)（Occurrences）及不易探測(cè)度數(shù)（Detection）三項(xiàng)數(shù)字之乘積。

其中，RPN值不應(yīng)超過(guò)100，如果計(jì)算出來(lái)的RPN值超過(guò)100，那么需要團(tuán)隊(duì)成員制定行動(dòng)計(jì)劃以及改善方案，確定改善方案后，可以再次評(píng)估改善后的RPN值，直到改善后的RPN值小于100才能認(rèn)為采取的改善方案真正有效，或者該失效模式能夠被有效的控制。

圖4　斷路器產(chǎn)品示意圖

如圖4所示，箭頭所指的地方需要安裝兩顆接線螺釘，客戶在使用的時(shí)候，需要使用接線螺釘來(lái)緊固線纜，這兩個(gè)螺釘是必須存在，缺一不可，如果缺少，此斷路器產(chǎn)品將無(wú)法正常使用。該缺陷的失效模式分析：如果沒(méi)有接線螺釘?shù)拇嬖趯?huì)造成產(chǎn)品功能缺失以及客戶無(wú)法正常使用該產(chǎn)品，因此嚴(yán)重度的分?jǐn)?shù)為8；該失效模式的發(fā)生頻度由于是手工操作，因此頻度分?jǐn)?shù)為4；裝配完成后只能員工目視檢查，因此可探測(cè)度只有7分，最后RPN分?jǐn)?shù)為8*4*7=224 ＞100?？梢?jiàn)當(dāng)前的控制方法無(wú)法有效的控制該缺陷，需要采取必要的措施。經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)成員討論，基于當(dāng)前該產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量巨大，建議增加自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備檢查接線螺釘是否存在，如果不存在，設(shè)備報(bào)警避免該缺陷流入下一環(huán)節(jié)。

4.1.3七個(gè)步驟

我們使用Poka-Yoke和Jidoka在線檢測(cè)技術(shù)解決這個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，對(duì)照前述的七個(gè)步驟：

第一，描述產(chǎn)品缺陷是產(chǎn)品中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)缺少接線螺釘?shù)那闆r。如果缺少接線螺釘，此產(chǎn)品將無(wú)法正常使用。

第二，經(jīng)過(guò)分析這個(gè)缺陷是在零件裝配環(huán)節(jié)中由于工人疏忽造成，在裝配好該零件后的后續(xù)工序中如果安排有效地檢測(cè)就可以發(fā)現(xiàn)該缺陷。

第三，缺陷產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)工序：手工裝配生產(chǎn)線=》目視檢查=》產(chǎn)品出庫(kù)。

第四，產(chǎn)品的零件裝配環(huán)節(jié)是由工人手工完成，后續(xù)的產(chǎn)品控制也是由人工目視檢查來(lái)進(jìn)行的，不可能做到100%無(wú)缺陷。

第五，產(chǎn)品裝配現(xiàn)階段只能依靠手工進(jìn)行，這個(gè)環(huán)節(jié)不能達(dá)到0缺陷，最終缺陷出現(xiàn)的根本原因就是當(dāng)前的目視檢查無(wú)法有效的控制該缺陷，需要采取必要的措施。

第六，經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)成員討論，基于當(dāng)前該產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量巨大，建議采取Poka-Yoke和Jidoka的方法，增加自動(dòng)化檢測(cè)設(shè)備檢查接線螺釘是否存在，如果不存在設(shè)備報(bào)警，避免該缺陷流入下一環(huán)節(jié)。

第七，設(shè)計(jì)該在線檢測(cè)線如圖5所示。

為了清楚的描述上述接線螺釘檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行在線檢測(cè)的過(guò)程，選擇一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。圖6中左側(cè)為檢測(cè)機(jī)器的實(shí)物圖，其中圓圈所示區(qū)域?yàn)槁葆敊z測(cè)裝置，右側(cè)為檢測(cè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。

圖5　檢測(cè)線示意圖

圖6　螺釘檢測(cè)設(shè)備及結(jié)構(gòu)圖

設(shè)備運(yùn)行描述：手工裝配的產(chǎn)品由傳送帶送入機(jī)械檢測(cè)設(shè)備，產(chǎn)品分組進(jìn)入，使用金屬感應(yīng)傳感器探測(cè)接線螺釘，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，紅燈亮起，控制循環(huán)停止，氣壓停止。工人看到警示燈亮起后，將不合格產(chǎn)品撿出，如果循環(huán)可以重啟，操作員按“POWER ON”按鈕，接通電源然后按“START”按鈕，啟動(dòng)設(shè)備紅燈熄滅，錯(cuò)誤信息消失。不合格產(chǎn)品經(jīng)過(guò)修理后重新放入該檢測(cè)設(shè)備的上游自動(dòng)傳送帶再次進(jìn)行檢測(cè)，不能被修理的產(chǎn)品則進(jìn)行報(bào)廢處理。

4.2限位機(jī)構(gòu)案例

除了Jidoka之外，Poka Yoke的設(shè)計(jì)也體現(xiàn)在過(guò)程檢測(cè)中，比如下面的例子，也是在上述設(shè)備中，設(shè)備在自動(dòng)化過(guò)程中需要用氣缸帶動(dòng)機(jī)械手進(jìn)行產(chǎn)品的自動(dòng)裝載、卸載。在將產(chǎn)品從傳送帶移動(dòng)到工作站位的時(shí)候，為了保證產(chǎn)品放置的精度，需要使用氣缸上面的定位傳感器，以及到位傳感器來(lái)保證產(chǎn)品能夠被放置在正確的位置。但是一旦傳感器失效，在某種特殊情況下，比如到位傳感器一直處于“On”的狀態(tài)下，設(shè)備會(huì)誤認(rèn)為產(chǎn)品已經(jīng)裝載到位，但實(shí)際上產(chǎn)品并沒(méi)有裝載到位，這種情況下，由于是自動(dòng)化設(shè)備，因此會(huì)對(duì)設(shè)備本身造成很大的傷害。為了避免這種情況發(fā)生，在支撐的氣缸上，增加如圖7所示的限位機(jī)構(gòu)，來(lái)保證即使到位傳感器失效，也通過(guò)機(jī)械裝置保證產(chǎn)品裝載到位，避免設(shè)備停機(jī)。

圖7　氣缸限位機(jī)構(gòu)示意圖

5　與SPC的結(jié)合應(yīng)用

在線檢測(cè)中，Poka-Yoke不但能夠在鑒別缺陷產(chǎn)品的場(chǎng)合里應(yīng)用，如果和統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制SPC有機(jī)結(jié)合，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，根據(jù)反饋信息就可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)缺陷的趨勢(shì)，并采取相應(yīng)的措施消除這種趨勢(shì)，使生產(chǎn)過(guò)程保持在受控狀態(tài)，在萌芽中就消滅缺陷［7-8］。

在烘烤生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，為了確保產(chǎn)品的烘烤質(zhì)量需要控制烘箱的溫度，可以在SPC監(jiān)控設(shè)備上應(yīng)用Poka-Yoke和Jidoka技術(shù)，安裝停止裝置及報(bào)警裝置，見(jiàn)圖8。當(dāng)烘箱溫度高于SPC的上限控制溫度或低于下限控制溫度時(shí)，停止裝置與報(bào)警裝置立即啟動(dòng)，避免了溫度過(guò)高過(guò)低造成的產(chǎn)品缺陷并通知操作人員。操作人員根據(jù)SPC監(jiān)控設(shè)備上的數(shù)據(jù)，就會(huì)采取相應(yīng)措施，如果溫度過(guò)高先讓烘箱溫度降下來(lái)，在溫度降回到目標(biāo)值之后再恢復(fù)生產(chǎn)，分析評(píng)價(jià)烘箱溫度過(guò)高的原因等。

圖8　SPC監(jiān)控設(shè)備及控制圖

6　結(jié)論

Poka-Yoke和Jidoka不但是在工業(yè)線檢測(cè)應(yīng)用中有效的方法，更多是一種解決問(wèn)題的思路。有時(shí)不需要大量投資，只需要一個(gè)好點(diǎn)子，就能夠解決很大的問(wèn)題。如何把這種思路融入于工業(yè)設(shè)計(jì)制作，在遇到問(wèn)題時(shí)如何以這種思考方式去解決問(wèn)題，是需要融會(huì)貫通，加長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的。

［1］（美）法瑟.（美）布雷特納.衛(wèi)軍胡.劉昌軍譯. 電子工業(yè)中的過(guò)程改進(jìn) 2版 影印版［J］. 西安交通大學(xué)出版社.2008.10:352-354.

［2］聶微.工廠質(zhì)量管理5大手冊(cè)應(yīng)用指南 最新版APQP/CP/PPAP/ FMEA/SPC/MSA實(shí)施指南.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.11:30-31.

［3］趙城立.會(huì)思考的豐田現(xiàn)場(chǎng).北京:機(jī)械工業(yè)出版社， 2012.01:49-50.

［4］李廣泰.防錯(cuò)，防誤與防呆措施應(yīng)用技巧.深圳:海天出版社，2006.10:20-21.

［5］Shingo， Shigeo. Zero Quality Control. Productivity Press. 1986.04.

［6］高福成. 改善不需大學(xué)問(wèn) Lean TPM 實(shí)踐指引.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2013.01:53-54.

［7］官生平.SPC統(tǒng)計(jì)制程管制 品質(zhì)持續(xù)改善教戰(zhàn)手冊(cè). 廈門:廈門大學(xué)出版社，2004.03:1-20.

［8］文放懷.SPC實(shí)戰(zhàn).廣州:廣東經(jīng)濟(jì)出版社，2005.02:25-26.

陳潔（1983-），女，漢族，籍貫天津市，碩士，助工。研究方向：計(jì)量，檢測(cè)，幾何量研究。

鄭中民（1987-），男，助工。研究方向：計(jì)量，檢測(cè)，壓力、幾何量研究。

李凌梅（1982-），女，助工。研究方向：計(jì)量，檢測(cè)，幾何量研究。

劉佳麗（1960-），女，副高。研究方向：計(jì)量，檢測(cè)，幾何量研究。

路瑞軍（1965-），男，副高。研究方向：計(jì)量，檢測(cè)，幾何量研究。

Application of Poka-Yoke and Jidoka in Online Detection

Jie Chen， Zhongmin Zheng， Lingmei Li， Jiali Liu， Ruijun Lu
（Tianjin Institute of Metrological Supervision and Testing， Tianjin， 300192， China）

Poka-yoke prevents defects from being made. Jidoka prevents defects from being passed on to the next step in the process. Applying these two to the online detection can effectively control the quality of products. The thesis introduces the basic concept， the concrete application steps and also the main online detection device type of Poka-Yoke and Jidoka. The detail method of using Poka-Yoke and Jidoka in online detection is explained by the connection screw detecting case which also introduces the process failure mode and effects analysis PFMEA. The design of Poka-Yoke in online detection is illustrated by the case of the limit mechanism. The combination of Poka-Yoke and Jidoka with SPC in online detection is also introduced.

Poka-Yoke； Jidoka； Online Detection； Defects； PFMEA

TG115.28

A

2095-8412 （2016） 03-449-05