防錯技術在工藝與質量管理中的探討與應用

陳思濤 何 萍 朱志坤

（①中航工業成都飛機工業（集團）有限責任公司系統件廠，四川成都610092;②中國人民解放軍駐成飛公司軍事代表室，四川成都610092）

人為錯誤所占的比重很大，這是很多質量學者和公司管理層很早就認識到的，而長期以來，一直被各大公司沿用的防止人為錯誤的主要措施是“培訓和懲罰”，即對作業者進行大量培訓，管理人員每每勸誡作業者工作要更加認真和努力。確實，通過培訓，可以避免相當一部分人為錯誤，比如由對過程作業不熟悉、缺乏工作經驗、缺乏適當的作業指導所導致的錯誤，但由于人為疏忽、忘記等造成的錯誤卻很難防止。

隨著技術的發展，在現今的市場秩序下，顧客對產品質量的要求越來越嚴格，企業對質量觀的認識必須達到一個新的層次，即普遍將顧客的需求作為質量符合的標準，才能使產品具有競爭力。因此企業必須以“零缺陷”為質量目標制定各種質量活動。“預防”是“零缺陷”質量體系的特征，要求送到顧客手中的產品必須是完全符合要求的，而防錯技術正是實現早期預防檢驗的有力工具。

防錯技術是利用防錯裝置，防止人、材料和機器產生產品（或零件）缺陷，實現零缺陷的一種質量工程技術。在產品的研制和生產中，防錯技術是集成了自動化、自動檢測等先進技術，能有效地防止人為差錯，減少加工過程中產生的缺陷，以簡單的方法和手段，大幅度提高產品質量。如圖1所示，防錯技術充分重視產品的源頭質量，發現差錯立即發出警告并及時糾正，將提高產品質量建立在流程中而不是單純依靠檢驗保證質量。防錯技術強調對過程和產品進行設計，使得差錯不會發生或者至少及早地檢查并糾正，使工作地點和日常工作程序（甚至產品本身）從設計上就能防止差錯，建立一個零缺陷的工作環境，從而避免在生產過程中發生由于疏忽、遺忘造成的人為差錯。

1 防錯的作用

如圖2所示，當在發生作業操作失誤時，如果沒有必要的措施，將會帶來一定的產品缺陷、返工、報廢等問題，從而導致成本增加，利潤降低;如果實施防錯技術，便可減少生產中人為差錯發生的機會，避免差錯形成缺陷，切實提高企業質量管理與質量改進工作的主動性，顯著提升企業的質量競爭力，為企業帶來廣泛的經濟收益，降低成本，增加利潤。

（1）操作動作輕松，提升效率與產品質量。防錯法消除了工人操作困難的作業，防止失誤的發生，消除缺陷，可做到首次工作合格，消除返工與檢查，提高效率與產品質量。

（2）減少對技能的依賴，降低工人的工作強度。取代了依靠人為記憶等制度規范行為，降低人為問題的發生概率。降低工作人員的勞動強度，對其工作能力進行一定程度上的解放。

（3）消除作業危險，提供安全保障。防錯法能夠防止操作人員因為失誤或其他原因而引起的安全隱患，保障生產流程的正常運行。

（4）強化了操作的程序和順序，消除了產生不正確行為的選擇，消除了不經意的錯誤。

（5）將操作人員的時間和精力解放出來，以從事更具有創造性和附加價值的活動，從而使員工通過更多的參與獲得成就感與滿足感。

（6）降低了質量風險，優化產品性能，提高顧客滿意度，獲得最大競爭優勢。

2 防錯技術的實施原則

（1）排除原則:剔除會造成錯誤的原因。這是從源頭防止失誤和缺陷的方法，符合質量的經濟性原則，是防錯技術的發展方向。如通過產品及制造過程的重新設計，加入防錯技術。

（2）替代原則:利用更確實的方法來代替，使過程不過多依賴于操作人員，從而降低由于人為原因造成的失誤（占失誤的部分）。可以大大降低失誤率，缺點在于投入過大，另外由于設備問題導致的失誤將無法防止。方法是運用機器人技術或自動化技術等替代原有的手工操作過程。

（3）簡化/容易原則:使作業變得更容易、更合適、更獨特，或共同性以減低失誤。適合化、共同化、集中化、特殊/個性化，流程越簡單，出現操作失誤的概率越低，但簡化并不能完全防止人為缺陷的產生。方法是合并生產步驟，實施工業工程方法進行改善工作流程。

（4）異常檢查原則:雖然已經有不良或錯誤現象，但在下一過程中，能將之檢查出來，以減少或剔除其危害性。方法是使用計算機軟件、防錯裝置等，在操作失誤時予以報警。

（5）緩和影響原則:作業失誤的影響在其波及生產的過程中，用某些方法使其緩和或吸收。如運用保險絲的作用進行過載保護等。

3 防錯技術的實施原理與應用案例

3.1 程序化的保險原理與應用案例

（1）保險原理

即是需要兩個或兩個以上動作共同或按順序執行才能開始后序工作，或者制定操作程序流程化，設計必要的防錯檢查表格，按順序逐步進行，從而減少或避免錯誤的發生。

（2）典型應用案例

隨著世界航空產業的競爭日益激烈，航空產品性能的日益提高，對其質量的要求也越來越高。目前，數控加工已經成為航空零件的重要加工手段之一，隨著數控加工航空零件向著大型化、復雜化、高價值、高風險等特點發展，對數控加工零件的質量控制要求也越來越高，而數控加工的準備階段也是影響其數控加工質量和效率的一個重要方面，其質量過程控制直接決定著產品質量的好壞，單純事后檢驗便不能有效防止質量問題的發生。

為此，質量工程人員會同軍代表及專業廠質控人員、工藝技術人員、操作工人對數控加工過程中影響質量的因素，通過魚刺圖、直方圖等數理工具和風險分析方法進行了全面、深入的統計分析后發現:在零件進入批量生產，加工程序相對成熟穩定時，有近90%故障是人為因素造成，其中又有近70%的故障是由以下8個方面因素造成:指令輸入、參數輸入、刀具使用、工裝使用、設備使用、零件裝夾、設備功能運用和坐標設置等人為疏忽帶來的質量問題。

針對導致數控加工質量問題的這8方面的主要因素，通過不斷的調查、分析，反復探討、充分醞釀，總結并提煉出了具有數控加工質量控制特點的科學控制方法——“八步檢查法”，如圖3所示。該方法要求在數控加工的每一個工步或工序，操作工人在零件加工之前按“八步檢查法”逐一進行認真自檢，確認正確后填寫《數控零件過程質量控制表》的相關欄目，經復核人員確認后，提交檢驗專檢。經檢驗人員檢查驗證后，工人方可啟動機床加工。如果經檢驗不正確，應重新進行八步檢查過程直至正確為止，從而保證了數控加工的質量和準時交付率。

通過“八步檢查法”的實施應用后，我單位數控加工的產品質量得到顯著的改善，其相關數據統計如圖4所示;同時，加工效率即準時交付率也得到了極大的提高。

3.2 斷根原理與應用案例

（1）斷根原理

即斷絕形成錯誤的條件，從根本上排除造成錯誤的原因，使錯誤不會發生。如在進行產品設計、工藝設計、工裝設計等工作時，剔除會造成錯誤和缺陷的原因，從源頭防止差錯“蔓延”或缺陷產生。據不完全數據統計，在各個階段產生的失誤給產品帶來的損失率如圖5所示，例如在產品的概念設計階段，一個極小的錯誤將會帶來500倍的成本損失。

（2）典型應用案例

在航空制造企業中，產品零件的結構復雜、生產周期長、附加價值高，因此，避免成批故障成為了質量控制非常重要的一個方面。對于控制成批故障來說，從源頭和生產過程控制是首要的，但是其涉及的面較廣，需要設計、工藝技術、生產、質控等各部門的共同努力才能完成;對于中間環節的控制，具體到工藝質量的控制，也是一個極其重要的環節。工藝工作是生產制造的技術基礎，是保證生產能力和產品制造質量的基礎，是批產品質量一致性和穩定性的重要保證。如圖5所示，工藝過程設計的錯誤將直接導致產品生產的成批故障或報廢，給企業帶來極大的成本損失，并無法按時按量交付產品零件。

因此，工藝過程設計應該最大限度地控制失誤，斷絕工藝過程設計階段和生產階段形成錯誤的條件。

工藝過程設計的主要工作就是消化設計圖紙，按工藝流程編制制造大綱（FO）、數控加工說明書、建立工藝數模及相應的數控加工程序等工藝文件。而這些工藝文件又是企業生產的依據和保障，工藝文件的正確性就顯得十分重要了。工藝技術文件中小到一個符號、一個數據都很關鍵，比如機械制造工藝文件中的尺寸要求、形位公差要求，數控加工程序的代碼、數控加工坐標系、數控加工刀具參數等。尤其是零部件的精加工，工藝文件的正確與否直接影響到產品的制造質量和生產安全。如圖6所示，工藝技術人員在編制工藝規程FO時，未仔細按產品藍圖檢查尺寸，錯誤地將尺寸22和16標反，操作工人按工藝規程FO所標尺寸加工，造成零件成批報廢，給單位帶來巨大的經濟損失。

所以，從事工藝工作必須嚴謹認真，詳細反復核對編制的技術文件、資料等，確保本企業的生產技術資料的正確、準確與有效可行。

3.3 自動原理與應用案例

（1）自動原理

即用各種方式來限制某些動作的執行，以避免錯誤發生。如:對工裝設備增加必要的防錯裝置，使得工裝、設備具有自動糾錯的功能，對操作的正確性進行實時的檢驗判斷，發現錯誤便可立即停止，并提示操作者操作出錯，直到操作者重新操作正確，才能進行下一步的工作。圖7所示，當工件裝反后，便不能安裝好工件。

（2）典型應用案例

例如，我單位某項目中的一個零件，如圖8所示，是一個進口精密鑄造零件，年產量大約在600件左右，附加價值高，如發生故障將會帶來巨大的經濟損失。零件特點是:底座上4－φ5 mm孔關于Y軸對稱，但關于X軸卻是不對稱的，因此在車工工序中加工中間大孔，以此4－φ5 mm孔中的1對對角孔定位設計的車床夾具，操作工人在裝夾工件時，時有工件裝反而造成工件內槽與基準端面的尺寸不穩定，并且，工件的裝夾時間長，大約需要5～8 min每件，效率較低。

根據實際生產加工現場的深入了解并分析，發現其造成加工尺寸不穩定、裝夾慢的原因是操作工人在裝夾工件時，需要花大量的時間去辨認工件的裝夾基準。經研究分析，應用防錯技術的原理，提出了此夾具的改進措施，重新設計并改進此工件的車床夾具，增加了相應的防錯銷，如圖9所示。實踐證明，應用此車床夾具在進行工件裝夾時，只能按照一個方向安裝，工件裝夾快捷方便，裝夾時間大約每件3～4 min即可，大大節約了工件的裝夾時間，提高了工作效率，并且工件裝夾穩當可靠，加工質量穩定。

3.4 相符原理與應用案例

（1）自動原理

即通過檢查動作或結構的符合性來防止錯誤的發生。

（2）典型應用案例

在數控加工過程中，使用刀具和對刀操作是加工出合格工件最重要的一個要素。在實際生產現場，常常有操作工人將對刀原點、刀具補償弄錯，造成工件超差或報廢，更有可能導致刀具與數控機床發生碰撞等嚴重后果。為此，在數控加工車間的生產現場，便應運而生地出現了圖10所示的防錯裝置，在工裝上設置防錯塊，避免操作人員找錯原點無法檢查造成質量問題。

通過編制相應的對刀程序自動驗證刀具所走軌跡與驗證塊的符合性，以此來檢查對刀操作的正確性，如果對刀錯誤，則將會把驗證塊銑傷而發現錯誤，便可即時發現并糾正錯誤，防止工件加工超差或報廢。對刀塊的尺寸及驗證過程如圖11所示，并按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的驗證順序逐步進行驗證所用刀具的正確性。步驟Ⅰ，對刀塊上表面檢查Z值;步驟Ⅱ，斜面檢查刀具底角R是否正確;步驟Ⅲ，對刀塊直徑檢查刀具直徑是否正確;從而避免常見的工藝性錯誤以及因對刀和刀具使用錯誤而導致工件超差和報廢問題。

4 結語

防錯技術是通過設置有效的防錯裝置及措施，替代過去依靠操作工人經驗和技術而完成重復的勞動，并杜絕那些困難于保持高度注意力和記憶力而產生的缺陷，是一種解決人為差錯而造成產品缺陷的有效方法。在質量管理中，工藝技術人員應理論聯系實際，廣泛開展防錯技術的研究并推廣應用，以零缺陷的目標和零缺陷的標準打造零缺陷的產品工藝過程設計，減少生產中人為差錯發生的機會，避免差錯形成缺陷，切實提高企業質量管理與質量改進工作的主動性，從而使質量管理和產品質量上一個新的臺階，為航空工業制造企業帶來廣泛的經濟與社會效益。

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