日本教材講解：公差設計的本質、實踐中的問題及公差設計的優點

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什么是公差/設計？

是不是僅憑KKD(經驗、直覺和膽量)進行設計呢？簡明易懂地說明公差設計的優點、必要知識!

·什么是公差 / 設計？

·設計現場的實況 / 制造現場的變化

·公差設計的優點 / 計算事例

支撐著日本強大的制造業的就是公差設計技術，該技術如今再次備受關注。

從其重要性出發，簡要解說“什么是公差”。

什么是“公差”？

假設加工長度為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生偏差，所以不能將所有的金屬棒剛好加工成100.00mm。

雖然設計和制造現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值為中心上下波動。

因此，根據該金屬棒的使用用途，決定相對于目標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”。大家是怎么設置“公差”的呢？

是不是直接使用傳統的類似零件的圖紙中設置的公差，或者根據KKD(經驗、直覺和膽量)適當決定呢？

設置的公差值會給產品成本和性能、質量帶來很大影響。

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

什么是“公差設計”？

一般來說，認為“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，設計者必須在綜合考慮產品的規格和零件的成本等基礎上，決定該偏差的容許范圍（＝公差）。

必須從綜合觀點判斷這樣設置的公差最終能否滿足產品規格，或者該公差實際上能否加工。

實際設計中如下圖所示決定公差。

決定公差的流程

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

這就是本來的“①設計的流程”，反映了設計者的意圖。

一方面從成品的角度來看，為了實現小型化和輕薄化等，要求公差盡量嚴格，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”。

當然，如果每個零件的公差更嚴格（縮小），成本會相應上升，若放寬（放大）公差，成品發生問題的危險就升高，還有的情況下會出現總成本增加。

將這些“設計者的意圖①”和“制造上的要求②”投影在經濟性（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，還要在統計考察的基礎上進行計算，設置公差，這個就稱為“公差設計”。

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

現在發生了什么？設計現場的實況！

對設計者來說“公差”是基本中的基本。但是，現在，想再一次重新學習該“公差”的企業不斷增加。
現在，制造現場發生了什么？

讓年輕設計員和資深設計員齊聚一堂，開始討論“公差”問題的話，實際情況讓很多企業大吃一驚。

現狀下，年輕設計員的“公差”知識絕對不夠，但是資深設計員并不了解這一事實。

年輕設計員經常直接利用以前同種零件的公差，如果是一個全新的產品（零件），就會憑KKD（經驗、直覺和膽量）進行設計，這就是實際情況。

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

其結果，盡管零件全部按照設計員的指示（設計圖紙）制作，但經常出現不能組裝、或者組裝后不能運行等情況。

也就是說，設計員不能正確實踐公差設計。

這將導致“F成本（失敗成本）增加”“下期商品開發延遲（需要照料設計員）”等惡性循環。

全球制造 －制造現場的變化－

近年來公差問題愈發顯著，其主要原因也在于制造現場的變化。

在公差設計的技術訣竅未得到傳承，不能設置合適公差的狀況下，日本之所以還能維持高質量的制作水平，關鍵在于日本制造現場的優秀應對力。

海外生產的情況下，不能像以前那樣做到現場制造的應對工作，若設計圖紙不充分，就會馬上引發問題。

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

海外生產現場的故障，大部分的情況都是“按照設計圖紙制作的結果”。

為了推進全球制造，實現高質量、低成本，必須重新學習基本中的基本“公差”，并重新審視圖紙質量，可以說這是日本廠商的當務之急。

公差設計 學習所得的優點

最近，公差設計再次備受關注。接下來說明該公差設計的優點。

1.具備公差計算理論和判斷標準，可以做出正確的設計。

就算是說實施了公差計算的設計者，如果調查其實際情況，就會發現大多數回答是“前輩教我的（OJT）”“自學的”，很多設計者“總是感覺不安”，實際上有不少人搞錯了。

※ 約詢問了15000名設計者，約80％的人回答沒有實施公差計算。（(株)PLANER調查）

通過系統學習公差設計理論，即可以“自信地”進行公差計算，還可以交給后輩。

實際上，公差設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）、不良率等，用數值進行討論（判斷和處理），這一點至關重要。

2.以前不實施公差設計的公司，可以得到很大的成本優勢。（30～50％）

如果成本降低率超過20％，靠力量是無法實現的。

現場的改進和籌措努力是有限的，除非設計者進行『設計的改革』，否則不可能實現。

設計負責人或高層注意到這一點，并推進全公司的公差設計，最終讓成本至少降低了30％的事例，

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

3.理論上解決設計質量問題，防患于未然。

不可能出現必須制造出來才能明白的設計。一切都是設計決定的。

如果看設計圖的話，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），將各項內容的不良發生概率導出并謀求改善的工作就是“公差設計”。

4.能夠對他人的設計做出正確的評估。（檢圖）

如果是設計負責人的話，必須立即評估并指導部下（或者外部委托設計者）設計的設計圖紙是否正確。（＝檢圖）

作為負責人，要關注重要的設計位置，進行公差計算（手動計算層面），如果有危險的地方，就把設計員叫過來確認該設計員實施的公差計算書，如果弄錯了，就要認真地指出來并指導其可以做出正確的設計。

檢圖者的工作至少應該有90%用于檢查公差設計。

作為設計負責人，若做不到這一點，檢圖就不用說了，就連指導和培養部下都做不到。