Poka-Yoke和Jidoka在線檢測中的應(yīng)用

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

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Poka-Yoke和Jidoka在線檢測中的應(yīng)用

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

Poka-Yoke和Jidoka可以防止缺陷出現(xiàn)，還可避免缺陷進入到下一步工序中，將這兩優(yōu)勢運用到在線檢測中可以有效控制產(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，以及在線檢測主要應(yīng)用的設(shè)備類型；并通過檢測接線螺釘案例詳細介紹了PFMEA失效模式分析，說明了在線檢測中應(yīng)用Poka-Yoke和Jidoka的方法，通過限位機構(gòu)案例說明了在過程檢測中應(yīng)用Poka-Yoke的設(shè)計方法，還介紹了在線檢測中Poka-Yoke和Jidoka與SPC的結(jié)合應(yīng)用。

Poka-Yoke；Jidoka；在線檢測；缺陷；PFMEA

引言

隨著現(xiàn)代社會對產(chǎn)品質(zhì)量要求的越來越高，產(chǎn)品的檢測已經(jīng)成為必不可缺的環(huán)節(jié)，由于送樣檢測時間周期長、反饋速度慢、檢測數(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，在線檢測應(yīng)運而生。在線檢測是指通過直接安裝在生產(chǎn)線上的設(shè)備，利用各種測量技術(shù)實時檢測、實時反饋，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)，減少不必要的浪費。在線檢測技術(shù)率先在國外發(fā)展起來，下面介紹兩種國外在線檢測技術(shù)Poka-Yoke和Jidoka，以及在過程分析中需要用到的PFMEA。PFMEA是Process Failure Mode and Effects Analysis 的簡稱，也就是過程失效模式及后果分析。

1　基本概念

1.1Poka-Yoke的基本理念

我國企業(yè)要做大做強，躋身世界級大企業(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)場包含很多環(huán)節(jié)，是一個非常復(fù)雜的環(huán)境，每個環(huán)節(jié)都可能出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致產(chǎn)品缺陷，引起客戶不滿和資源浪費。整個生產(chǎn)過程不可能避免失誤，但是我們可以想辦法來及時發(fā)現(xiàn)并糾正這些錯誤，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)場質(zhì)量管理的豐富經(jīng)驗，總結(jié)并發(fā)展起來成為用以獲得零缺陷、最終免除質(zhì)量檢驗的工具。Poka-Yoke意思是“防誤防錯”，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)過程中采用自動作用（動作，不動作）、報警、提醒（標(biāo)識，分類）等手段，使操作人員不特別注意或不需注意也不會失誤的方法［1-4］。

1.3Jidoka概念

Jidoka的概念是由豐田集團創(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自動停止的織布機，之后又將這種自動化的概念具體化。這種自動化將人工操作水平轉(zhuǎn)化為機器操作水平，機器一旦發(fā)現(xiàn)缺陷產(chǎn)品就會立即停下來并“請求支援”。正是因為機器在會在問題出現(xiàn)時就停下來，所以杜絕了缺陷產(chǎn)品的產(chǎn)出。這就意味著一個操作人員可以負責(zé)多臺織布機，極大的提升了產(chǎn)量。Jidoka在以下情況會會用限位開關(guān)或其他設(shè)備關(guān)閉一個工序：產(chǎn)品有缺陷，所需的生產(chǎn)數(shù)量已達成，以及機械故障堵塞時。

1.4Poka-Yoke與Jidoka的關(guān)系

Poka-Yoke是一種理念，強調(diào)預(yù)防性的防止出錯，專注于事前預(yù)防；而Jidoka是通過自動化來實現(xiàn)事后防錯，即錯誤出現(xiàn)以后能夠及時的發(fā)現(xiàn)與糾正。因此在生產(chǎn)過程中，一般采用兩者相結(jié)合的形式來進行在線檢測，會達到較好的質(zhì)量控制水平。從工藝穩(wěn)定性以及生產(chǎn)管理的角度來講，應(yīng)該鼓勵Poka-yoke的設(shè)計以及改善，采用預(yù)防性防呆的方式將缺陷發(fā)生的概率降到最低。需要注意的是整個系統(tǒng)不包括人為因素，因為人的操作是不可靠的，不能做到100%正確［5-6］。

2 Poka-Yoke和Jidoka在線檢測主要應(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)品時向機器發(fā)送一個信號來關(guān)閉機器，或者發(fā)出聲音等警示信息，告訴操作者這里發(fā)現(xiàn)一個問題。

圖1　傳遞裝置

2.2動態(tài)傳感器

動態(tài)傳感器可以用于檢測移動、變異、尺寸或一個動作是否發(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)合的在線檢測技術(shù)，解決一個問題，通常需要通過七個步驟來完成：1）首先需要清楚的描述產(chǎn)品的缺陷，即為什么它是個缺陷；2）要明確指出這個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)查分析每個偏差產(chǎn)生的根本原因；6）利用頭腦風(fēng)暴法來想出提前消除或是探測出偏差的辦法；7）設(shè)計制造，并測試確認(rèn)這個設(shè)備能夠有效地消除或探測出偏差，來完成整個Poka-Yoke的在線檢測。

4　實際案例

4.1檢測接線螺釘案例

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，用以替代保險絲在過載或者短路等特殊情況出現(xiàn)的情況下，保護住宅電路，年產(chǎn)量大約在5000萬極左右。

4.1.2PFMEA

為了避免量產(chǎn)后的產(chǎn)品投入市場之后出現(xiàn)各種缺陷或者質(zhì)量問題，引起客戶抱怨，索賠或者其他問題。因此在產(chǎn)品出貨之前，必須對現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝進行認(rèn)證，將出貨后產(chǎn)生問題的幾率降到最低。在此，我們需要用到PFMEA這個工具。利用該工具分析是采用團隊評估的方式，通常小組成員來自所有相關(guān)的部門，包括生產(chǎn)、維修、工藝、質(zhì)量等，通過團隊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，已達到提前預(yù)防，將生產(chǎn)過程中出現(xiàn)缺陷的概率降到最低。

PFMEA的分析原理包括以下五個關(guān)鍵步驟：

（1）定義失效模式與缺陷起因；

（2）評估失效或者缺陷對客戶或者產(chǎn)品的功能、質(zhì)量有無影響；

（3）找到導(dǎo)致問題的根本原因，并制定糾正和預(yù)防措施；

（4）根據(jù)失效模式的優(yōu)先級逐一進行改善；

（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）：是指該失效模式對客戶，對產(chǎn)品質(zhì)量的影響等級。等級分?jǐn)?shù)從1～10按照由低到高的順序進行排列。二是頻度（Occurrences）：指該失效模式發(fā)生的概率等級。級別數(shù)具有相對意義，但不是絕對的。等級分?jǐn)?shù)按照發(fā)生概率的高低由1～10不等。三是探測度（Detection）：指該失效模式或者缺陷是否能夠被探測。四是風(fēng)險優(yōu)先數(shù)（RPN）：指嚴(yán)重度數(shù)（Severity）和頻度數(shù)（Occurrences）及不易探測度數(shù)（Detection）三項數(shù)字之乘積。

其中，RPN值不應(yīng)超過100，如果計算出來的RPN值超過100，那么需要團隊成員制定行動計劃以及改善方案，確定改善方案后，可以再次評估改善后的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，客戶在使用的時候，需要使用接線螺釘來緊固線纜，這兩個螺釘是必須存在，缺一不可，如果缺少，此斷路器產(chǎn)品將無法正常使用。該缺陷的失效模式分析：如果沒有接線螺釘?shù)拇嬖趯斐僧a(chǎn)品功能缺失以及客戶無法正常使用該產(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，因此可探測度只有7分，最后RPN分?jǐn)?shù)為8*4*7=224 ＞100。可見當(dāng)前的控制方法無法有效的控制該缺陷，需要采取必要的措施。經(jīng)過團隊成員討論，基于當(dāng)前該產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量巨大，建議增加自動化檢測設(shè)備檢查接線螺釘是否存在，如果不存在，設(shè)備報警避免該缺陷流入下一環(huán)節(jié)。

4.1.3七個步驟

我們使用Poka-Yoke和Jidoka在線檢測技術(shù)解決這個生產(chǎn)過程中遇到的問題，對照前述的七個步驟：

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

第二，經(jīng)過分析這個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。

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進行的，不可能做到100%無缺陷。

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

第六，經(jīng)過團隊成員討論，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，增加自動化檢測設(shè)備檢查接線螺釘是否存在，如果不存在設(shè)備報警，避免該缺陷流入下一環(huán)節(jié)。

第七，設(shè)計該在線檢測線如圖5所示。

為了清楚的描述上述接線螺釘檢測設(shè)備進行在線檢測的過程，選擇一臺設(shè)備進行詳細的說明。圖6中左側(cè)為檢測機器的實物圖，其中圓圈所示區(qū)域為螺釘檢測裝置，右側(cè)為檢測設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖。

圖5　檢測線示意圖

圖6　螺釘檢測設(shè)備及結(jié)構(gòu)圖

設(shè)備運行描述：手工裝配的產(chǎn)品由傳送帶送入機械檢測設(shè)備，產(chǎn)品分組進入，使用金屬感應(yīng)傳感器探測接線螺釘，當(dāng)發(fā)現(xiàn)缺陷時，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，啟動設(shè)備紅燈熄滅，錯誤信息消失。不合格產(chǎn)品經(jīng)過修理后重新放入該檢測設(shè)備的上游自動傳送帶再次進行檢測，不能被修理的產(chǎn)品則進行報廢處理。

4.2限位機構(gòu)案例

除了Jidoka之外，Poka Yoke的設(shè)計也體現(xiàn)在過程檢測中，比如下面的例子，也是在上述設(shè)備中，設(shè)備在自動化過程中需要用氣缸帶動機械手進行產(chǎn)品的自動裝載、卸載。在將產(chǎn)品從傳送帶移動到工作站位的時候，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)備會誤認(rèn)為產(chǎn)品已經(jīng)裝載到位，但實際上產(chǎn)品并沒有裝載到位，這種情況下，由于是自動化設(shè)備，因此會對設(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所示的限位機構(gòu)，來保證即使到位傳感器失效，也通過機械裝置保證產(chǎn)品裝載到位，避免設(shè)備停機。

圖7　氣缸限位機構(gòu)示意圖

5　與SPC的結(jié)合應(yīng)用

在線檢測中，Poka-Yoke不但能夠在鑒別缺陷產(chǎn)品的場合里應(yīng)用，如果和統(tǒng)計過程控制SPC有機結(jié)合，對生產(chǎn)過程進行分析評價，根據(jù)反饋信息就可以及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)缺陷的趨勢，并采取相應(yīng)的措施消除這種趨勢，使生產(chǎn)過程保持在受控狀態(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)，安裝停止裝置及報警裝置，見圖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，停止裝置與報警裝置立即啟動，避免了溫度過高過低造成的產(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)，就會采取相應(yīng)措施，如果溫度過高先讓烘箱溫度降下來，在溫度降回到目標(biāo)值之后再恢復(fù)生產(chǎn)，分析評價烘箱溫度過高的原因等。

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)線檢測應(yīng)用中有效的方法，更多是一種解決問題的思路。有時不需要大量投資，只需要一個好點子，就能夠解決很大的問題。如何把這種思路融入于工業(yè)設(shè)計制作，在遇到問題時如何以這種思考方式去解決問題，是需要融會貫通，加長期實踐經(jīng)驗的。

［1］（美）法瑟.（美）布雷特納.衛(wèi)軍胡.劉昌軍譯. 電子工業(yè)中的過程改進 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大手冊應(yīng)用指南 最新版APQP/CP/PPAP/ FMEA/SPC/MSA實施指南.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.11:30-31.

［3］趙城立.會思考的豐田現(xiàn)場.北京:機械工業(yè)出版社， 2012.01:49-50.

［4］李廣泰.防錯，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 Lean TPM 實踐指引.北京:機械工業(yè)出版社，2013.01:53-54.

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

［8］文放懷.SPC實戰(zhàn).廣州:廣東經(jīng)濟出版社，2005.02:25-26.

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

鄭中民（1987-），男，助工。研究方向：計量，檢測，壓力、幾何量研究。

李凌梅（1982-），女，助工。研究方向：計量，檢測，幾何量研究。

劉佳麗（1960-），女，副高。研究方向：計量，檢測，幾何量研究。

路瑞軍（1965-），男，副高。研究方向：計量，檢測，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