面向柴油機裝配的防錯技術研究與應用

李江南，蘇增榮，劉 凱，張洋洋，李永剛，張冬生

（濰柴動力股份有限公司，山東 濰坊 261061）

隨著全球化進程的發展，世界各國間的經濟聯系越來越密切，全球范圍內的激烈競爭為制造業的發展帶來了前所未有的挑戰與機遇。在日益嚴峻的競爭壓力下，提高產品技術含量及附加值、控制研發及生產成本、縮短新產品研發周期是企業保持競爭力的核心要素。裝配在新產品的研發過程中具有十分重要的作用，裝配環節所用時間以及費用在產品開發過程中占據較大比重。

面向裝配的設計（Design for Assembly, DFA）也稱為“易于裝配的設計”或者“可裝配性”，此概念由美國Massachusetts大學的BOOTHROYD和DEWHURST在1980 年首次提出[1-2]。其出發點是在產品設計階段對產品裝配過程中潛在影響可裝配性的問題進行分析及評價，并基于產品設計經驗從方便裝配的角度提出設計改進建議，降低產品裝配難度，提高產品的裝配效率。

影響產品的裝配質量、生產成本及裝配效率的因素有很多，在眾多影響因素中，產品裝配的難易程度（即可裝配性）是最主要的因素?？裳b配性與產品的總體結構、零件設計、連接方式、性能要求等密切相關，其中產品設計是決定性因素，而防錯是產品設計的核心內容，產品設計時應充分評估潛在影響防錯的因素，從設計源頭避免裝錯問題的發生，提高裝配效率。

防錯也叫“防呆”，是指通過產品設計和裝配過程管控來防止錯誤的發生。好的防錯設計不需要經驗，新手也可以保證裝配正確；不需要全神貫注，即使疏忽也不會發生裝配錯誤；不需要檢查，保證第一次就能把事情做好[3-10]。好的防錯可減少裝配返工、裝配錯誤以及裝配過程檢查的時間，因此，研究面向柴油機裝配的防錯技術對于提高柴油機的裝配效率和裝配質量具有十分重要的意義。

1 防錯設計原則

防錯的目的是在產品設計和生產過程中盡可能早地發現問題，并制定相關措施加以預防，使生產人員一目了然地對相似產品進行區別，杜絕質量缺陷產品的生產，保證產品品質的一致性。防錯技術是產品從設計初期到銷售終端的各個階段所使用的防止產品缺陷產生的一種技術或方法，是控制生產制造過程中重復性任務或行為的預防性技術。質量預防體現在設計、制造過程中的所有措施統稱為防錯設計。設計階段防錯可從根本上避免錯漏裝，其有效性最高、成本最低。防錯設計的主要原則包括：

（1）零件具有唯一正確的裝配位置，裝配位置不對時零件會無法安裝。圖1為某機型柴油機的連桿和連桿瓦，因連桿上瓦、連桿下瓦的定位唇位置不同，故連桿上瓦、連桿下瓦具有唯一正確的裝配位置，達到了防呆的效果。

圖1 具有唯一正確裝配位置的連桿上、下瓦

（2）零件的防錯特征設計的越明顯越好。圖2為某機型柴油機的進氣門、排氣門，兩種氣門的桿徑、氣門盤部直徑十分接近，但進氣門在鎖夾槽上方設計了一個環槽，而排氣門沒有該環槽，該環槽特征可以讓作業人員快速識別出進氣門、排氣門。

圖2 具有唯一正確裝配位置的連桿上、下瓦

（3）放大零件上的不相似特征。圖3為某機型柴油機的進氣門桿密封套、排氣門桿密封套，兩種氣門桿密封套的形狀及尺寸十分接近，但兩種氣門桿密封套上的橡膠顏色不同，排氣的橡膠顏色為黑色，而進氣的橡膠顏色為棕色，兩者可通過橡膠顏色快速識別出進氣、排氣。

圖3 放大不相似特征

（4）放大零件的不對稱性。圖4為某機型襯套壓板上避讓進氣門彈簧的避讓弧，特征R16.5不明顯，不仔細觀察很難察覺，如果操作人員的經驗不足或者操作疏忽，容易導致錯裝，錯裝會導致其與氣門彈簧干涉。

圖4 放大零件的不對稱性

（5）設計明顯的防錯標識，如活塞環上的“TOP”或者“T”標識、活塞上的“→”標識、搖臂軸上的箭頭或者“TOP”標識（見圖5）等。

圖5 設計明顯的防錯標識

（6）在通過產品設計進行防錯導致成本高昂，甚至無法通過設計防錯時，可通過制程管控來防錯，制程防錯是防錯設計的最后選擇。

2 防錯零部件類型及防錯要求

為了從設計源頭加強對防錯設計的落實，本文通過分析對比總結了涉及防錯的零部件類型以及相關的防錯要求，如表1所示。

表1 防錯零部件類型及防錯要求

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3 典型防錯設計案例

為了使設計者加強對防錯設計應用的理解，根據防錯設計原則，結合防錯零部件類型及要求，本文提出了針對止推片的幾種典型防錯設計方案。

方案1：如圖6所示，下止推片采用偏置定位柄結構，如果方向錯誤則無法裝配，達到了防呆效果；上、下止推片接觸處采用“凹-凸”結構，如果上止推片方向錯誤，則一側為“凸-凸”、另一側為“凹-凹”，無法裝配，達到了防呆效果。

圖6 止推片防錯方案1

方案2：如圖7所示，下止推片采用偏置定位柄結構，如果方向錯誤則無法裝配，達到了防呆效果；上、下止推片接觸處采用凹凸結構，如果上止推片方向錯誤，則一側為“凸-凸”、另一側為“凹-凹”，無法裝配，達到了防呆效果。

圖7 止推片防錯方案2

方案3：如圖8所示，下止推片采用偏置定位柄方案，且上、下止推片接觸處兩側均采用了斜切口結構，該防錯設計可實現防呆效果。

圖8 止推片防錯方案3

方案4：如圖9所示，上、下止推片為通用件，采用兩個直徑不同的定位銷孔+斜切口方案，該防錯設計可實現防呆效果。

圖9 止推片防錯方案4

4 結論

文章總結了面向裝配的柴油機防錯設計原則，為防錯設計提供理論支撐，梳理了柴油機上涉及防錯要求的零部件類型及防錯要求，最后總結了幾種止推片防錯設計案例，方便設計者進一步加深對防錯設計應用的理解，并借此推廣應用到其它防錯零部件上，從設計源頭杜絕可能發生的錯裝問題。