日本教材講解：公差設(shè)計(jì)的本質(zhì)、實(shí)踐中的問(wèn)題及公差設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)

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什么是公差/設(shè)計(jì)？

是不是僅憑KKD(經(jīng)驗(yàn)、直覺(jué)和膽量)進(jìn)行設(shè)計(jì)呢？簡(jiǎn)明易懂地說(shuō)明公差設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)、必要知識(shí)!

·什么是公差 / 設(shè)計(jì)？

·設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)況 / 制造現(xiàn)場(chǎng)的變化

·公差設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) / 計(jì)算事例

支撐著日本強(qiáng)大的制造業(yè)的就是公差設(shè)計(jì)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(jiǎn)要解說(shuō)“什么是公差”。

什么是“公差”？

假設(shè)加工長(zhǎng)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(huì)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(jì)和制造現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)。

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

這兩個(gè)值之差(容許范圍)就稱為“公差”。

因此，制造時(shí)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(jué)和膽量)適當(dāng)決定呢？

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

為此，甚至說(shuō)設(shè)計(jì)時(shí)很好地控制公差，并且提高公差設(shè)計(jì)方面的技術(shù)能力，就可以提高制造業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

什么是“公差設(shè)計(jì)”？

一般來(lái)說(shuō)，認(rèn)為“公差”的概念是，“每個(gè)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(lái)思考公差的方針。

在制造方面，設(shè)計(jì)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(jì)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(gè)單元在一定范圍內(nèi)，從這里給各個(gè)零件分配公差。

這就是本來(lái)的“①設(shè)計(jì)的流程”，反映了設(shè)計(jì)者的意圖。

一方面從成品的角度來(lái)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(lái)看，反過(guò)來(lái)為了容易制作（削減成本），會(huì)希望放寬公差。這就是“②制造上的要求”。

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

將這些“設(shè)計(jì)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(gè)共同的軸上來(lái)觀察，就可以在平衡處決定公差。

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

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(jì)者的情況很多，所以公差設(shè)計(jì)中必須構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)，確保①和②順利接球。

現(xiàn)在發(fā)生了什么？設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)況！

對(duì)設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō)“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(chǎng)發(fā)生了什么？

讓年輕設(shè)計(jì)員和資深設(shè)計(jì)員齊聚一堂，開始討論“公差”問(wèn)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(jì)員的“公差”知識(shí)絕對(duì)不夠，但是資深設(shè)計(jì)員并不了解這一事實(shí)。

年輕設(shè)計(jì)員經(jīng)常直接利用以前同種零件的公差，如果是一個(gè)全新的產(chǎn)品（零件），就會(huì)憑KKD（經(jīng)驗(yàn)、直覺(jué)和膽量）進(jìn)行設(shè)計(jì)，這就是實(shí)際情況。

公差設(shè)計(jì)對(duì)于資深設(shè)計(jì)員來(lái)說(shuō)是理所當(dāng)然的事情，但對(duì)于年輕設(shè)計(jì)員來(lái)說(shuō)是無(wú)法理解的。

其結(jié)果，盡管零件全部按照設(shè)計(jì)員的指示（設(shè)計(jì)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(shuō)，設(shè)計(jì)員不能正確實(shí)踐公差設(shè)計(jì)。

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(jì)員）”等惡性循環(huán)。

全球制造 －制造現(xiàn)場(chǎng)的變化－

近年來(lái)公差問(wèn)題愈發(fā)顯著，其主要原因也在于制造現(xiàn)場(chǎng)的變化。

在公差設(shè)計(jì)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(chǎng)的優(yōu)秀應(yīng)對(duì)力。

海外生產(chǎn)的情況下，不能像以前那樣做到現(xiàn)場(chǎng)制造的應(yīng)對(duì)工作，若設(shè)計(jì)圖紙不充分，就會(huì)馬上引發(fā)問(wèn)題。

另外，做好的不能使用的產(chǎn)品（零件），既沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)圖紙也不低于設(shè)計(jì)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(jì)方面。

海外生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的故障，大部分的情況都是“按照設(shè)計(jì)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(shuō)這是日本廠商的當(dāng)務(wù)之急。

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

最近，公差設(shè)計(jì)再次備受關(guān)注。接下來(lái)說(shuō)明該公差設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)。

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

就算是說(shuō)實(shí)施了公差計(jì)算的設(shè)計(jì)者，如果調(diào)查其實(shí)際情況，就會(huì)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(jì)者“總是感覺(jué)不安”，實(shí)際上有不少人搞錯(cuò)了。

※ 約詢問(wèn)了15000名設(shè)計(jì)者，約80％的人回答沒(méi)有實(shí)施公差計(jì)算。（(株)PLANER調(diào)查）

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

實(shí)際上，公差設(shè)計(jì)中最難的地方就是“判斷”和“處理”，

基本上正確計(jì)算5種公差計(jì)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(jì)的公司，可以得到很大的成本優(yōu)勢(shì)。（30～50％）

如果成本降低率超過(guò)20％，靠力量是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

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

設(shè)計(jì)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(jì)，最終讓成本至少降低了30％的事例，

至少有500個(gè)主題（PLANER業(yè)績(jī)），還有的企業(yè)公開了其中的一部分。（請(qǐng)參照公差設(shè)計(jì)和成果事例）

3.理論上解決設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題，防患于未然。

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

如果看設(shè)計(jì)圖的話，若按照這個(gè)圖紙制造并組裝所有零件，就可以簡(jiǎn)單計(jì)算什么問(wèn)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(jì)”。

4.能夠?qū)λ�人的設(shè)計(jì)做出正確的評(píng)估。（檢圖）

如果是設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人的話，必須立即評(píng)估并指導(dǎo)部下（或者外部委托設(shè)計(jì)者）設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)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(jì)位置，進(jìn)行公差計(jì)算（手動(dòng)計(jì)算層面），如果有危險(xiǎn)的地方，就把設(shè)計(jì)員叫過(guò)來(lái)確認(rèn)該設(shè)計(jì)員實(shí)施的公差計(jì)算書，如果弄錯(cuò)了，就要認(rèn)真地指出來(lái)并指導(dǎo)其可以做出正確的設(shè)計(jì)。

檢圖者的工作至少應(yīng)該有90%用于檢查公差設(shè)計(jì)。

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