Poka-Yoke和Jidoka在線檢測中的應用

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

?

Poka-Yoke和Jidoka在線檢測中的應用

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

Poka-Yoke和Jidoka可以防止缺陷出現，還可避免缺陷進入到下一步工序中，將這兩優勢運用到在線檢測中可以有效控制產品質量。本文介紹了Poka-Yoke和Jidoka的基本概念、具體應用步驟，以及在線檢測主要應用的設備類型；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用Poka-Yoke和Jidoka的方法，通過限位機構案例說明了在過程檢測中應用Poka-Yoke的設計方法，還介紹了在線檢測中Poka-Yoke和Jidoka與SPC的結合應用。

Poka-Yoke；Jidoka；在線檢測；缺陷；PFMEA

引言

隨著現代社會對產品質量要求的越來越高，產品的檢測已經成為必不可缺的環節，由于送樣檢測時間周期長、反饋速度慢、檢測數量有限等方面的缺陷，已經不能滿足當今高效高質的需求。因此，在線檢測應運而生。在線檢測是指通過直接安裝在生產線上的設備，利用各種測量技術實時檢測、實時反饋，以便更好地指導生產，減少不必要的浪費。在線檢測技術率先在國外發展起來，下面介紹兩種國外在線檢測技術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

我國企業要做大做強，躋身世界級大企業，必須提升產品質量，特別是在涉及人身安全的特殊領域產品，必須做到零缺陷，即不能允許出現任何缺陷產品。產品的生產現場包含很多環節，是一個非常復雜的環境，每個環節都可能出現錯誤，導致產品缺陷，引起客戶不滿和資源浪費。整個生產過程不可能避免失誤，但是我們可以想辦法來及時發現并糾正這些錯誤，防止最終缺陷產品的產生，這就是Poka-Yoke的基本理念。

1.2Poka-Yoke概念

Poka-Yoke是由日本的質量管理專家、豐田生產體系創建人新鄉重夫創建的，他根據多年從事現場質量管理的豐富經驗，總結并發展起來成為用以獲得零缺陷、最終免除質量檢驗的工具。Poka-Yoke意思是“防誤防錯”，又稱為防呆法。即在失誤發生前加以防止的方法，它是一種在作業過程中采用自動作用（動作，不動作）、報警、提醒（標識，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始人豐田佐吉于20世紀初首創，他發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化為機器操作水平，機器一旦發現缺陷產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時就停下來，所以杜絕了缺陷產品的產出。這就意味著一個操作人員可以負責多臺織布機，極大的提升了產量。Jidoka在以下情況會會用限位開關或其他設備關閉一個工序：產品有缺陷，所需的生產數量已達成，以及機械故障堵塞時。

1.4Poka-Yoke與Jidoka的關系

Poka-Yoke是一種理念，強調預防性的防止出錯，專注于事前預防；而Jidoka是通過自動化來實現事后防錯，即錯誤出現以后能夠及時的發現與糾正。因此在生產過程中，一般采用兩者相結合的形式來進行在線檢測，會達到較好的質量控制水平。從工藝穩定性以及生產管理的角度來講，應該鼓勵Poka-yoke的設計以及改善，采用預防性防呆的方式將缺陷發生的概率降到最低。需要注意的是整個系統不包括人為因素，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在線檢測主要應用的設備類型

2.1傳遞裝置

圖1中所示的五類傳遞裝置可用于在發現缺陷產品時向機器發送一個信號來關閉機器，或者發出聲音等警示信息，告訴操作者這里發現一個問題。

圖1　傳遞裝置

2.2動態傳感器

動態傳感器可以用于檢測移動、變異、尺寸或一個動作是否發生，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，告訴操作人員出現問題的位置。

圖3　警示傳感器

3　應用的基本步驟

在生產中采用Poka-Yoke和Jidoka相結合的在線檢測技術，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生，又可以在哪些地方被發現；3）把缺陷產生地方的標準工序詳細列出；4）明確出失誤或是偏差是如何從標準工序中產生；5）調查分析每個偏差產生的根本原因；6）利用頭腦風暴法來想出提前消除或是探測出偏差的辦法；7）設計制造，并測試確認這個設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公司是該行業的領導者，致力于為客戶提供安全、可靠以及高效的產品，及其解決方案。該公司在民用領域的主要產品是微型斷路器，用以替代保險絲在過載或者短路等特殊情況出現的情況下，保護住宅電路，年產量大約在5000萬極左右。

4.1.2PFMEA

為了避免量產后的產品投入市場之后出現各種缺陷或者質量問題，引起客戶抱怨，索賠或者其他問題。因此在產品出貨之前，必須對現有的生產工藝進行認證，將出貨后產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的部門，包括生產、維修、工藝、質量等，通過團隊的智慧以最大限度地發現各種潛在的失效模式及其知道避免失效模式的方法，已達到提前預防，將生產過程中出現缺陷的概率降到最低。

PFMEA的分析原理包括以下五個關鍵步驟：

（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品的功能、質量有無影響；

（3）找到導致問題的根本原因，并制定糾正和預防措施；

（4）根據失效模式的優先級逐一進行改善；

（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：一是嚴重度（Severity）：是指該失效模式對客戶，對產品質量的影響等級。等級分數從1～10按照由低到高的順序進行排列。二是頻度（Occurrences）：指該失效模式發生的概率等級。級別數具有相對意義，但不是絕對的。等級分數按照發生概率的高低由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。四是風險優先數（RPN）：指嚴重度數（Severity）和頻度數（Occurrences）及不易探測度數（Detection）三項數字之乘積。

其中，RPN值不應超過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：如果沒有接線螺釘的存在將會造成產品功能缺失以及客戶無法正常使用該產品，因此嚴重度的分數為8；該失效模式的發生頻度由于是手工操作，因此頻度分數為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分數為8*4*7=224 ＞100。可見當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。經過團隊成員討論，基于當前該產品的生產數量巨大，建議增加自動化檢測設備檢查接線螺釘是否存在，如果不存在，設備報警避免該缺陷流入下一環節。

4.1.3七個步驟

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

第一，描述產品缺陷是產品中經常會發現缺少接線螺釘的情況。如果缺少接線螺釘，此產品將無法正常使用。

第二，經過分析這個缺陷是在零件裝配環節中由于工人疏忽造成，在裝配好該零件后的后續工序中如果安排有效地檢測就可以發現該缺陷。

第三，缺陷產生的標準工序：手工裝配生產線=》目視檢查=》產品出庫。

第四，產品的零件裝配環節是由工人手工完成，后續的產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，產品裝配現階段只能依靠手工進行，這個環節不能達到0缺陷，最終缺陷出現的根本原因就是當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，經過團隊成員討論，基于當前該產品的生產數量巨大，建議采取Poka-Yoke和Jidoka的方法，增加自動化檢測設備檢查接線螺釘是否存在，如果不存在設備報警，避免該缺陷流入下一環節。

第七，設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備進行在線檢測的過程，選擇一臺設備進行詳細的說明。圖6中左側為檢測機器的實物圖，其中圓圈所示區域為螺釘檢測裝置，右側為檢測設備的結構圖。

圖5　檢測線示意圖

圖6　螺釘檢測設備及結構圖

設備運行描述：手工裝配的產品由傳送帶送入機械檢測設備，產品分組進入，使用金屬感應傳感器探測接線螺釘，當發現缺陷時，紅燈亮起，控制循環停止，氣壓停止。工人看到警示燈亮起后，將不合格產品撿出，如果循環可以重啟，操作員按“POWER ON”按鈕，接通電源然后按“START”按鈕，啟動設備紅燈熄滅，錯誤信息消失。不合格產品經過修理后重新放入該檢測設備的上游自動傳送帶再次進行檢測，不能被修理的產品則進行報廢處理。

4.2限位機構案例

除了Jidoka之外，Poka Yoke的設計也體現在過程檢測中，比如下面的例子，也是在上述設備中，設備在自動化過程中需要用氣缸帶動機械手進行產品的自動裝載、卸載。在將產品從傳送帶移動到工作站位的時候，為了保證產品放置的精度，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”的狀態下，設備會誤認為產品已經裝載到位，但實際上產品并沒有裝載到位，這種情況下，由于是自動化設備，因此會對設備本身造成很大的傷害。為了避免這種情況發生，在支撐的氣缸上，增加如圖7所示的限位機構，來保證即使到位傳感器失效，也通過機械裝置保證產品裝載到位，避免設備停機。

圖7　氣缸限位機構示意圖

5　與SPC的結合應用

在線檢測中，Poka-Yoke不但能夠在鑒別缺陷產品的場合里應用，如果和統計過程控制SPC有機結合，對生產過程進行分析評價，根據反饋信息就可以及時發現可能出現缺陷的趨勢，并采取相應的措施消除這種趨勢，使生產過程保持在受控狀態，在萌芽中就消滅缺陷［7-8］。

在烘烤生產環節中，為了確保產品的烘烤質量需要控制烘箱的溫度，可以在SPC監控設備上應用Poka-Yoke和Jidoka技術，安裝停止裝置及報警裝置，見圖8。當烘箱溫度高于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品缺陷并通知操作人員。操作人員根據SPC監控設備上的數據，就會采取相應措施，如果溫度過高先讓烘箱溫度降下來，在溫度降回到目標值之后再恢復生產，分析評價烘箱溫度過高的原因等。

圖8　SPC監控設備及控制圖

6　結論

Poka-Yoke和Jidoka不但是在工業線檢測應用中有效的方法，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設計制作，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，加長期實踐經驗的。

［1］（美）法瑟.（美）布雷特納.衛軍胡.劉昌軍譯. 電子工業中的過程改進 2版 影印版［J］. 西安交通大學出版社.2008.10:352-354.

［2］聶微.工廠質量管理5大手冊應用指南 最新版APQP/CP/PPAP/ FMEA/SPC/MSA實施指南.北京:中國標準出版社，2010.11:30-31.

［3］趙城立.會思考的豐田現場.北京:機械工業出版社， 2012.01:49-50.

［4］李廣泰.防錯，防誤與防呆措施應用技巧.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. 改善不需大學問 Lean TPM 實踐指引.北京:機械工業出版社，2013.01:53-54.

［7］官生平.SPC統計制程管制 品質持續改善教戰手冊. 廈門:廈門大學出版社，2004.03:1-20.

［8］文放懷.SPC實戰.廣州:廣東經濟出版社，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