什么是公差/設(shè)計？

 

是不是僅憑KKD(經(jīng)驗(yàn)、直覺和膽量)進(jìn)行設(shè)計呢？簡明易懂地說明公差設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)、必要知識!

 

·什么是公差 / 設(shè)計？

 

·設(shè)計現(xiàn)場的實(shí)況 / 制造現(xiàn)場的變化

 

·公差設(shè)計的優(yōu)點(diǎn) / 計算事例

 

支撐著日本強(qiáng)大的制造業(yè)的就是公差設(shè)計技術(shù)，該技術(shù)如今再次備受關(guān)注。

 

從其重要性出發(fā)，簡要解說“什么是公差”。

 

什么是“公差”？

 

假設(shè)加工長度為100mm的金屬圓棒。

 

即使打算全部加工成相同形狀，由于尺寸和形狀方面會發(fā)生偏差，所以不能將所有的金屬棒剛好加工成100.00mm。

 

雖然設(shè)計和制造現(xiàn)場一直致力于縮小這樣的偏差，但即便如此仍不能將偏差控制為零。

 

 

這樣的尺寸和形狀偏差基本上以目標(biāo)值為中心上下波動。

 

因此，根據(jù)該金屬棒的使用用途，決定相對于目標(biāo)尺寸所允許的上限容許值和下限容許值。

 

這兩個值之差(容許范圍)就稱為“公差”。

 

因此，制造時必須有“公差”。大家是怎么設(shè)置“公差”的呢？

 

是不是直接使用傳統(tǒng)的類似零件的圖紙中設(shè)置的公差，或者根據(jù)KKD(經(jīng)驗(yàn)、直覺和膽量)適當(dāng)決定呢？（我們推薦你關(guān)注“機(jī)械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業(yè)信息）

 

設(shè)置的公差值會給產(chǎn)品成本和性能、質(zhì)量帶來很大影響。

 

為此，甚至說設(shè)計時很好地控制公差，并且提高公差設(shè)計方面的技術(shù)能力，就可以提高制造業(yè)的競爭力。

 

 什么是“公差設(shè)計”？

 

一般來說，認(rèn)為“公差”的概念是，“每個零件的尺寸必然有偏差，最終在圖紙上記載的公差范圍內(nèi)加工零件”。

 

這是從加工方面來思考公差的方針。

 

在制造方面，設(shè)計者必須在綜合考慮產(chǎn)品的規(guī)格和零件的成本等基礎(chǔ)上，決定該偏差的容許范圍（＝公差）。

 

必須從綜合觀點(diǎn)判斷這樣設(shè)置的公差最終能否滿足產(chǎn)品規(guī)格，或者該公差實(shí)際上能否加工。

 

實(shí)際設(shè)計中如下圖所示決定公差。

 

決定公差的流程

 

 

若要讓成品規(guī)格在一定范圍內(nèi)，必須要求每個單元在一定范圍內(nèi)，從這里給各個零件分配公差。

 

這就是本來的“①設(shè)計的流程”，反映了設(shè)計者的意圖。

 

一方面從成品的角度來看，為了實(shí)現(xiàn)小型化和輕薄化等，要求公差盡量嚴(yán)格，另一方面，從零件的角度來看，反過來為了容易制作（削減成本），會希望放寬公差。這就是“②制造上的要求”。

 

當(dāng)然，如果每個零件的公差更嚴(yán)格（縮小），成本會相應(yīng)上升，若放寬（放大）公差，成品發(fā)生問題的危險就升高，還有的情況下會出現(xiàn)總成本增加。

 

將這些“設(shè)計者的意圖①”和“制造上的要求②”投影在經(jīng)濟(jì)性（成本）這一個共同的軸上來觀察，就可以在平衡處決定公差。

 

 

此時，還要在統(tǒng)計考察的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算，設(shè)置公差，這個就稱為“公差設(shè)計”。

 

最近，由于制造向海外轉(zhuǎn)移等各種各樣的原因，“②制造上的要求”很難傳達(dá)給設(shè)計者的情況很多，所以公差設(shè)計中必須構(gòu)建一個系統(tǒng)，確保①和②順利接球。

 

 現(xiàn)在發(fā)生了什么？設(shè)計現(xiàn)場的實(shí)況！

 

對設(shè)計者來說“公差”是基本中的基本。但是，現(xiàn)在，想再一次重新學(xué)習(xí)該“公差”的企業(yè)不斷增加。

  現(xiàn)在，制造現(xiàn)場發(fā)生了什么？

 

讓年輕設(shè)計員和資深設(shè)計員齊聚一堂，開始討論“公差”問題的話，實(shí)際情況讓很多企業(yè)大吃一驚。

 

現(xiàn)狀下，年輕設(shè)計員的“公差”知識絕對不夠，但是資深設(shè)計員并不了解這一事實(shí)。

 

年輕設(shè)計員經(jīng)常直接利用以前同種零件的公差，如果是一個全新的產(chǎn)品（零件），就會憑KKD（經(jīng)驗(yàn)、直覺和膽量）進(jìn)行設(shè)計，這就是實(shí)際情況。（我們推薦你關(guān)注“機(jī)械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業(yè)信息）

 

公差設(shè)計對于資深設(shè)計員來說是理所當(dāng)然的事情，但對于年輕設(shè)計員來說是無法理解的。

 

其結(jié)果，盡管零件全部按照設(shè)計員的指示（設(shè)計圖紙）制作，但經(jīng)常出現(xiàn)不能組裝、或者組裝后不能運(yùn)行等情況。

 

也就是說，設(shè)計員不能正確實(shí)踐公差設(shè)計。

 

這將導(dǎo)致“F成本（失敗成本）增加”“下期商品開發(fā)延遲（需要照料設(shè)計員）”等惡性循環(huán)。

 

全球制造 －制造現(xiàn)場的變化－

 

近年來公差問題愈發(fā)顯著，其主要原因也在于制造現(xiàn)場的變化。

 

在公差設(shè)計的技術(shù)訣竅未得到傳承，不能設(shè)置合適公差的狀況下，日本之所以還能維持高質(zhì)量的制作水平，關(guān)鍵在于日本制造現(xiàn)場的優(yōu)秀應(yīng)對力。

 

海外生產(chǎn)的情況下，不能像以前那樣做到現(xiàn)場制造的應(yīng)對工作，若設(shè)計圖紙不充分，就會馬上引發(fā)問題。

 

另外，做好的不能使用的產(chǎn)品（零件），既沒有超過設(shè)計圖紙也不低于設(shè)計圖紙，就是圖紙中規(guī)定的產(chǎn)品（零件），全部作為成本反彈到設(shè)計方面。

 

海外生產(chǎn)現(xiàn)場的故障，大部分的情況都是“按照設(shè)計圖紙制作的結(jié)果”。

 

為了推進(jìn)全球制造，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、低成本，必須重新學(xué)習(xí)基本中的基本“公差”，并重新審視圖紙質(zhì)量，可以說這是日本廠商的當(dāng)務(wù)之急。

 

公差設(shè)計  學(xué)習(xí)所得的優(yōu)點(diǎn)

 

最近，公差設(shè)計再次備受關(guān)注。接下來說明該公差設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)。

 

1.具備公差計算理論和判斷標(biāo)準(zhǔn)，可以做出正確的設(shè)計。

 

就算是說實(shí)施了公差計算的設(shè)計者，如果調(diào)查其實(shí)際情況，就會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)回答是“前輩教我的（OJT）”“自學(xué)的”，很多設(shè)計者“總是感覺不安”，實(shí)際上有不少人搞錯了。

 

※ 約詢問了15000名設(shè)計者，約80％的人回答沒有實(shí)施公差計算。（(株)PLANER調(diào)查）

 

通過系統(tǒng)學(xué)習(xí)公差設(shè)計理論，即可以“自信地”進(jìn)行公差計算，還可以交給后輩。

 

實(shí)際上，公差設(shè)計中最難的地方就是“判斷”和“處理”，

 

基本上正確計算5種公差計算、Cp,Cpk（工序能力指數(shù)）、不良率等，用數(shù)值進(jìn)行討論（判斷和處理），這一點(diǎn)至關(guān)重要。

 

2.以前不實(shí)施公差設(shè)計的公司，可以得到很大的成本優(yōu)勢。（30～50％）

 

如果成本降低率超過20％，靠力量是無法實(shí)現(xiàn)的。

 

現(xiàn)場的改進(jìn)和籌措努力是有限的，除非設(shè)計者進(jìn)行『設(shè)計的改革』，否則不可能實(shí)現(xiàn)。

 

設(shè)計負(fù)責(zé)人或高層注意到這一點(diǎn)，并推進(jìn)全公司的公差設(shè)計，最終讓成本至少降低了30％的事例，

 

至少有500個主題（PLANER業(yè)績），還有的企業(yè)公開了其中的一部分。（請參照公差設(shè)計和成果事例）

 

3.理論上解決設(shè)計質(zhì)量問題，防患于未然。

 

不可能出現(xiàn)必須制造出來才能明白的設(shè)計。一切都是設(shè)計決定的。

 

如果看設(shè)計圖的話，若按照這個圖紙制造并組裝所有零件，就可以簡單計算什么問題（故障、不具合）發(fā)生的概率程度如何（不良率）。

 

這就是FMEA（故障模式影響分析），將各項(xiàng)內(nèi)容的不良發(fā)生概率導(dǎo)出并謀求改善的工作就是“公差設(shè)計”。

 

4.能夠?qū)λ说脑O(shè)計做出正確的評估。（檢圖）

 

如果是設(shè)計負(fù)責(zé)人的話，必須立即評估并指導(dǎo)部下（或者外部委托設(shè)計者）設(shè)計的設(shè)計圖紙是否正確。（＝檢圖）

 

作為負(fù)責(zé)人，要關(guān)注重要的設(shè)計位置，進(jìn)行公差計算（手動計算層面），如果有危險的地方，就把設(shè)計員叫過來確認(rèn)該設(shè)計員實(shí)施的公差計算書，如果弄錯了，就要認(rèn)真地指出來并指導(dǎo)其可以做出正確的設(shè)計。

 

檢圖者的工作至少應(yīng)該有90%用于檢查公差設(shè)計。

 

作為設(shè)計負(fù)責(zé)人，若做不到這一點(diǎn)，檢圖就不用說了，就連指導(dǎo)和培養(yǎng)部下都做不到。

 

公差計算事例

 

接下來說明公差計算事例。例如，考慮這個裝置。

 

間隙 f 是非常重要的值，考慮必須實(shí)現(xiàn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)0.5±0.3的情況。

 

這個間隙 f 由A～H的所有零件組成。（我們推薦你關(guān)注“機(jī)械工程師”公眾號，第一時間掌握干貨知識、行業(yè)信息）

 

A～H的零件即使全部公差都很大，重點(diǎn)在于能否滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，

 

因此，如何設(shè)置各零件的公差變得很重要。

 

這里，用一個簡單的模型稍微思考一下吧。

 

 

在下圖的狀態(tài)下，必須在0.5±0.4的范圍內(nèi)設(shè)計χ的間隙，當(dāng)賦予條件，規(guī)定零件A的尺寸為9.5±0.3的時候，計算B、C、D的零件為同一零件時的尺寸和公差的情況下，大家會怎么做呢？