防錯設計在型號研制生產中的實現方式探析

王學良 蔣漢斌

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

在航空型號的構造中，標準件，零件的數量就達十萬件以上，專用儀表和機構有數百件。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，以及必要的標準工藝裝備。在型號產品形成的過程中，每一種材料、每一個零件、每一道生產和裝配工序中所產生的波動，都會影響到最終型號產品的形式、穩定性與可靠性。因此，通過實施防錯設計隨時“監控”型號產品、零部件的質量，節約返工、返修的成本和時間，及時識別需要改進的機會，在不可預知的人為差錯轉化為缺陷之前，防止差錯的“蔓延”，消除缺陷。

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

1 合理安裝設計

在型號產品的制造過程中，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，在設計時考慮將容易錯裝的部件設計成僅有一種安裝方式，例如，在裝配時，將部件設計成不對稱，或者在下面施加干涉就能很容易的解決不易裝配的問題。合理安裝設計正是利用了產品外形的差異，在其放置的夾具上設計對應的獨特形狀，使其他的產品無法放置，從而預防差錯。適用于產品（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，這種防錯設計的實現方式是最通用的，能確保不生產出不合格品，是企業應該優先考慮的設計。在進行合理安裝設計的過程中，常用的方法包括消除條件、對稱、非對稱和標示提示設計等4種形式。

1.1 消除條件的設計

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，將導致飛機油箱內的余油無法消耗，減少可用燃油。為了防止引射泵錯裝重新設計燃油引射泵（圖1），將引射泵的3個接口設計為3種規格，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計

1.2 對稱設計

對稱設計是通過修改或改進零部件（或工具、胎具）的外觀或性能，使其與另一側完全相同，使用此方法后，零部件兩側具有互換性，避免了由于零部件兩側相似而導致的誤操作、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，導致后續工序無法安裝擋圈；在實施防錯設計后（圖2B），軸的兩端設計成完全對稱，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計

1.3 非對稱設計

非對稱設計是指修改或改進零部件（或工具、胎具）的外觀或性能，使其與另一側具有明顯的不同。此方法放大了零部件兩側的不同特性，可以消除混淆，避免了由于零部件兩側相似而導致的誤操作、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，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計

1.4 標示提示設計

為了零部件制造簡單、方便，有些設計不需要對零部件進行復雜的加工，只需在零部件表面張貼標示，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，在安裝發動機操縱鋼索時，實時防錯設計前，如果安裝錯誤，將會導致發動機油門操縱錯誤。為了防止錯裝配的發生，在每臺發動機對應加油、減油的鋼索上都貼有標牌（圖4），從而徹底防止發動機操縱鋼索錯裝情況的發生。

圖4 安裝發動機操縱鋼索時的防錯設計

2 自動檢測設計

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

2.1 監控流程順序

在操作流程中，通過程序設計，使操作只能按照標準順序進行，一旦有工作被遺漏或順序顛倒，就會報警中斷運行。監控流程順序設計法適用于單個操作者負責多個零部件的加工裝配且容易遺漏工序的場合，也可用于對設備運行順序的監控。例如，有一個需要負責鉆削、攻絲、壓裝、清洗等9道工序的工作，采用防錯設計前，由于操作者疏忽或新手不完全清楚操作要求，經常忘記按生產線上的啟動按鈕，導致未加工的工件傳遞到下一道工序，從而影響后續加工。實施防錯設計后（圖5），將不同作業的開關互鎖起來，如果上一輪每個操作工序都執行，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行，則第一個操作開關處于鎖定狀態，無法進行新一輪的操作，此時，操作者可以根據指示燈的顯示工序，確定哪個操作被跳過，徹底防止作業遺漏的情況發生，確保流程的正常運行。

圖5 “加工完畢指示燈”的防錯設計

2.2 自動檢測不合格品

在流水線上的指定位置設置傳感器或阻礙裝置，或用傳感器等自動檢測裝置在產品的存放位置檢測產品（或零部件）質量，當檢測到不合格品時，機器就會提示操作者，將不合格品拿出放入指定位置，這種設計方法適用于在流水線上（或產品存放時）檢測產品（或零部件）質量，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，導致不合格件流入下道工序；根據金屬棒的長度特性，充分利用合格件與不合格件的直徑偏差，設計一個自動檢測的防錯裝置（圖6）：安裝一個有導向裝置的傾斜滑槽，并在滑槽上安裝了干涉板，當成品件沿著導向裝置滑動時，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，提示操作者及時發現不合格品。

圖6 自動檢測不合格品的防錯設計

2.3 計數控制

對于航空型號產品的研制和生產，計數控制的應用場合非常多，通過程序設置加工計數值，在到達設定的計數值后，機器就會發出提示操作并中斷運行，這樣就避免了操作者遺忘導致的缺陷和事故。通常情況下，當提示操作發生后，操作者可以通過設置傳感器、計數控制設備等裝置，確認相應的檢查、更換工作是否得以實施，等到確認實施后，機器才能恢復運行。計數控制設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接口；用動靜壓試驗器對動靜壓系統充氣或抽氣；檢查動靜壓系統管路的氣密性和設備工作情況。實施計數控制前，用動靜壓試驗器抽氣或放氣時，速度過快會導致升降速度表損壞，為了防止以上差錯，在對靜壓系統抽氣或放氣時，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 動靜壓系統氣密試驗時的防錯設計

加工工具（或設備）由于運行時間長，容易老化、變形甚至報廢，導致加工零部件、產品產生缺陷，甚至在生產現場發生故障，利用傳感器隨時發現加工工具出現的問題，及時采取措施，確保生產的順暢進行，防止加工事故（或缺陷）的產生。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，嚴重影響試驗數據的準確性；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致的安裝扭曲和非正常斷裂。

3 結束語

防錯技術是一種先進實用的質量工具，防錯設計是實施防錯技術的核心，本文在研究防錯設計實現方式的基礎上，理論與實踐相結合，用實例來闡述理論，并對防錯設計如何結合中航工業型號研制生產的實際情況進行了應用研究。本文的研究成果可為我國航空型號產品研制生產提供技術支持，也可為航空工業企業推進防錯技術提供技術指導。

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