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本文作者：王學良單位：中國航空綜合技術研究所
1防錯設計原理
防錯設計需要有科學的設計原理，才能確保防錯設計的正確實施。防錯設計原理通常可以歸納為3種，即特性識別、作業流程識別和計數識別。
1.1特性識別
特性是指產品（或零件）的重量、長度、大小、形狀、溫度、顏色、聲音、硬度、電阻、電磁力等性質，研究和實踐表明，合格品與缺陷品的不同本質上就是其特性有差異。因此，在一定的檢測條件下將這些特性作為防錯的設計對象，提出相應的防錯改進法，根據產品的特性進行識別，區分出缺陷品和合格品，達到防錯設計的目的。特性識別放大了產品（或零件）之間的差異性，在實際設計過程中，外形相似而型號不同的零部件不能通用的話，就應該放大這些零部件之間的差異性，使操作者通過觀察或使用某種防錯裝置就能很容易區分開來，例如，對于外觀相似而型號不同的零部件，或者由于客觀環境不容易區分的零部件，可以為其涂上不同的顏色，使其變得醒目而易于區別安裝。
在實際研制過程中，常用到的特性識別包括重量識別、尺寸識別和形狀識別等3種類型。
●重量識別
通過設定好的重量標準，用天平、秤等重量測量工具來鑒別有缺陷的產品（或零件）。例如，將成品齒輪裝入包裝箱后，運往客戶，但有時裝運者不注意箱內齒輪之間的間隙，裝的很稀疏，導致漏裝。利用防錯裝置，箱子在磅秤上裝入成品零件，如果箱子中漏裝齒輪，它的重量就顯示不足，提示裝運者及時補充齒輪。
●長度識別
通過設定好的長、寬、高、直徑等長度標準，在夾具中安裝接觸器、限位開關等裝置，來區別實際長度與標準長度，確定產品（或零件）長度是否合格。例如，將軸件裝入斜槽，并輸送到裝配工序，有時操作者拿錯了裝配軸，將造成裝配過程延誤甚至停工（圖1A）；為了避免這些差錯，我們在斜槽上安裝一個調整量具，確保只有合適大小的軸才能沿著斜槽流向裝配工序，如果軸件太長，量具就會阻擋軸件傳動，這時可以提示操作者拿出不合格軸件（圖1B）。通過產品已有的角度、凹凸、曲率和孔位等形狀標準，安裝夾具或在進貨槽中安裝限位開關、定位銷和阻礙棒等裝置，來區別實際形狀與標準形狀，確定產品（或零件）的形狀是否合格。例如，操作者在機床面前，從左邊安裝未加工的工件，把加工完的工件放入右邊小箱中，由于在放置工件時的混淆，或操作被中斷，導致有些漏沖壓的未完工件與加工完的工件放置在一起，直到出廠前才能發現這些不合格品（圖2A）；為了盡可能早的區分出未加工件與已加工件，我們設計一個與完工件插入部分合理匹配的輸送斜槽（圖2B），這樣可以把已加工件自動輸送到搬運箱內，而未完工工件無法放入斜槽，因此，借助于輸送斜槽，操作者能很容易的檢測到漏沖壓的工件，從而完全消除這些工件漏沖壓的情況。
1.2作業流程識別
工人的操作動作順序可能會出現差錯，機器也會因故障而不按照標準的程序運行。當流程出現差錯的時候，往往意味著不合格品的產生。防錯技術的一個主要功能就是自動檢測，不僅識別出不合格品或差錯，而且可以促進作業的標準化。通過流程識別，檢測實際作業流程與標準作業流程的偏差，或是否遺漏某流程，當操作者必須按預定順序進行時，采用連鎖或互鎖原理保證作業流程正確進行，如果某流程一旦因某一動作失誤，其后序動作即自動停止。質量由好習慣培養出來，一旦標準化的作業被操作者培養為日常的操作習慣，就能夠最大幅度地減少人為操作中的不規范，從而實現生產過程的穩定化和標準化，確保加工出來的產品質量穩定。流程識別有2種方法：
●加工過程程序化方法
如果在一個加工過程中操作者或機器沒有遵守標準的工作程序，緊接著的一項工作就不能執行。例如，操作者按照“切削——鉆孔——彎曲”標準流程加工零件，如果操作者不按正確的流程進行加工，操作就無法進行；另外，鍛壓機器的光電感應設備，它使操作者的手一旦不小心進入“禁區”，鍛壓機器立即停止運行（遮擋光源），防止意外事故的發生。
●工序到工序的程序方法
如果一系列的加工工序中的一個工序被遺漏了，并且不遵守常規流程的話，就不能完成操作動作。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3），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。
1.3計數識別
計數識別法是在操作過程中將實際觀察到的數據與標準數據作比較，確定實際所處狀態的計數方法。在實際應用中它有以下3種形式：
●計數器識別
將設定值如操作次數或零件數目等作為參考數值，如果實際數值與參考值不同，警報器發響。例如，根據加工需要，每次需要包裝不同的零件數，對于每個過程，操作者需查閱一張說明單，明確每次需要包裝的零件種類和零件數量，再從零件箱中取出零件，并將這些零件包裝好，但是，操作者偶爾會數錯或拿錯零件。現在利用一個智能零件柜來存放零件，操作者在讀卡器里插入一張說明卡，在指定的第一種零件對應的指示燈發光，當操作者取用的零件數正確時，蜂鳴器報警，且下一種零件的指示燈發光，每次重復這個過程。這種裝置完全消除了由于數錯或拿錯零件的情況，并且將操作者的工作效率提高了3倍。
●剩余零件識別
在操作前，預先計算好操作所需的零件總數，當操作結束時，如果有零件剩余，說明有差錯發生，這種方法是一種不依靠計數器識別的計數法。例如，在裝配時，先要明確安裝零件的精確數目，并將其裝成一批，當裝配好以后，零件沒有剩余；如果有剩余零件，操作者就能及時發現裝配差錯。
●臨界條件的檢測
測量臨界制造條件參數，如壓力、電流、溫度和時間，如果測得數值沒達到臨界條件，操作就不能繼續進行下去。例如，以極限壓力進行控制的安全閥：當鍋爐內壓強超過極限時，安全閥自動開啟，排除超額氣壓，確保安全；以光線強度進行控制的照相機：當照相的光線不足時，則快門按鍵按不下去，防止曝光；以溫度數值進行控制的烤爐：當溫度不夠或過高時，烤爐的門都打不開，并且有警告提示，以防止非正常烘烤；以計數方式來控制損耗的工具：當剪切產品的刀具剪到規定數量時，機器就會自動停止。
2防錯設計的典型案例
在航空型號的研制和生產過程中，防錯設計能大大減少和消除工序操作和生產過程中的錯誤，杜絕產品缺陷的產生，達到“零缺陷、零投訴、零抱怨”。在原中國一航2008年質量工作會議上，中國一航副總經理李方勇（現中航工業副總經理）在會議主報告里特別強調“采用可靠性系統工程手段，將性能、可靠性、維修性、測試性、保障性、安全性等質量特性進行系統綜合并進行同步設計，滿足指標要求。特別重視開展防差錯設計分析，從設計源頭消除誤安裝、誤操作的隱患。”可見，對于航空型號研制，我們的目標很明確，大力推進防錯設計，從產品形成的源頭消除質量缺陷。為此，中國航空綜合技術研究所質量工程技術中心先后通過函調、實地調研等方式了解防錯設計在集團公司的應用情況，收集了型號研制和生產過程中的典型防錯設計案例，在此探討一些防錯設計在型號研制上常見的案例。例1，對于某平板料的化銑，需要下料后鉆制定位孔和裝掛孔。實施防錯設計前（圖4A），定位孔的位置對稱的話，化銑后的板材不容易區分化銑面。根據特性識別原理，在鉆制定位孔和裝掛孔時，不采用對稱鉆制（圖4B），這樣易區分化銑后的板材，再進行后續銑切工序時，不會因為定位孔的位置對稱而使操作者誤操作。例2，將某壁板零件在真空夾具上安裝定位，按程序進行銑切加工，實施防錯設計前，零件在加工過程中由于真空泵壓力變化，吸附壓力變小而易造成報廢。根據計數識別原理，在工作臺上安裝真空壓力表與真空泵連接，操作者在作業時觀察表的壓力變化，當壓力變小時，則停止機床操作，這樣有效的預防了由于壓力變化而造成的報廢。例3，分別在某工件兩面加工中心，如圖5a所示裝夾工件，調用1#程序加工；翻面如圖5b所示裝夾工件，調用2#程序加工。實施防錯設計前，翻身后很容易忘記調用2#程序，造成廢品。根據作業流程原理，安裝第2個虎鉗（圖5），把2個程序合并成一個，不用調用程序，這種設計方法成功解決了因頻繁更換程序可能出錯造成廢品問題。
3結論與展望
本文在詳細剖析防錯設計原理的基礎上，理論與實踐相結合，用實例來闡述原理，并對防錯設計如何結合中航工業型號研制與生產的實際進行了應用研究。目前，我國的大多航空工業企業仍將質量停留在檢驗階段，沒有將質量溶入產品形成的過程中，重產量、輕質量的事情時常發生。通過在航空工業企業內部大力推進防錯設計，引導企業重視質量，從生產的基層樹立起正確的質量觀，減少生產中人為差錯發生的機會，避免差錯形成缺陷，可切實提高企業質量管理與質量改進工作的主動性，為航空工業企業帶來廣泛的經濟與社會效益。