防错技术在汽车电线束生产过程中的应用

【摘要】汽车电线束产品的生产加工过程相对比较离散，是集管理密集、劳动力密集、零部件密集为一身的特殊产品，能够实现自动化过程的工序有限，对过程管控能力、质量保证能力及操作人员技能具有较高的要求，而“三分技术、七分管理”是线束人对汽车电线束产品的一个普遍认知。结合汽车电线束产品在不同工序的工艺特点对防错技术的应用进行分享。

一直以来，作为集管理密集、劳动力密集、零部件密集为一身的特殊产品，汽车电线束较之机加件、模具件，不良品产生的概率始终处于高位，“三分技术、七分管理”是线束从业者对汽车电线束产品的一个普遍认知，足以证明线束产品在生产制造过程中的管理难度。过程管控能力的优劣、品质保证能力的强弱，很大程度上取决于生产制造过程中防错和纠错技术的应用能力。在全面品质管理过程中，产品品质变差的主要来源包括人（操作者）、机（设备、工装夹具）、料（原材料）、法（加工方法）、环（环境）、测（检测） 等因素，上述因素中又以人的因素产生的品质变差居多，故在进行防错设计时针对人为因素的应用范围更广。随着最终客户对整车品质的更高诉求，整车厂不断提升整车配件的品质要求并将品质零缺陷设定为追求目标，这就对线束产品的品质可靠性提出了更高的挑战。

一套整车电线束产品大概由近千种物料组成，依据现阶段国内线束企业广泛应用的加工手段来看，除去前道工序可使用一部分半自动化或自动化设备进行加工，其余工序均需通过大量人力进行手工作业，属于非常典型的离散制造模式。那么采用合理、有效的防错技术，不仅能够有效降低不良品的产生，提升产品品质的可靠性，同时还能够减少因线束半成品和成品不良进行返工造成的原材料和工时浪费。本文结合线束产品不同工序的工艺特点，对防错技术的应用进行分享。

通常来讲，依据汽车电线束的产品特点，其生产加工过程可分为前道工序（前工程） 和后道工序（后工程），工艺流程见图1。诸如将管材下料、电线下料、端子压接、电线绞合、焊接、绝缘等作为前道工序，依靠自动化或半自动化设备进行加工的过程较多，而像分装、组装、橡胶件安装、结构检验、功能检验、包装等这些后道工序，大部分依靠人工完成。

随着整车厂在设计时采用的体积小型化、质量轻量化、功能模块化策略，线束产品在设计过程中亦采用了更为精密、小巧的零部件和功能集成化更高的电器盒，比如采用了规格更小、质量更轻的0.13mm²、0.22mm²、0.3mm²导线，更大范围使用0.64mm甚至更小规格的端子，更多应用如ECU、TCU、MCU、BCM、E-BOX、CGW等智能化、集成化功能模块。随着零部件精密程度的不断提高，线束产品在工艺设计、制造过程、产品检验等方面都面临着极大挑战，不可避免地在生产过程中极易出现不良品。如何采用合理、有效的防错技术来防止不良品的流出，遏制不良品的产生成为了线束人的一个课题。各工序常见的不良品种类见表1。

表1仅罗列出部分较为常见的，能够直接影响整车电器性能或引发顾客抱怨的电线束产品不良种类，诸如尺寸不良、外观不良等非功能性的品质缺陷则未包含其中。

通常情况下，在对不良品产生的原因（图2） 进行分析时，从人、机、料、法、环、检6个方面的因素着手。在图2总结出的常见不良品产生原因中，逐条排查、确认，确定不良品产生的根本原因并制定出控制、预防方案，从而达到改善的目的。通过对上述6个方面的因素进行分析后，得出的结论往往以人的因素占据绝大部分，从图3中的内容能够较为清晰地归纳出其变差来源。

在生产作业过程中，人的因素对产品品质的影响极为明显，举例如下。

1） 技能方面：知识水平决定了对工艺文件、检验文件、标准、要求等的理解程度；操作的熟练程度决定是否能够完成生产计划，是否存在因赶工造成的产品品质波动；规范的操作能够确保产品品质的一致性和稳定性；自检能力对确认来自前道工序的半成品品质和遏制本工序生产的不良品转序能够起到决定性作用。

2） 经验方面：本岗和顶岗的经验，能够指导操作者在以往出现过的品质不良、品质要点等方面避免或降低不良品的产生。

3） 心理方面：心理承压能力也会影响其作业能力，如产量的激增或骤减、被领导或班组长批评等；易受情感波动影响的操作者在生产作业过程中应被关注，如家中琐事、情感纠纷、亲属变故等。

4） 生理方面：注意力不易集中会造成走神、溜号引发的工作失误；体虚、易疲劳的操作者在定岗、排产时应充分考虑其身体状态；反应较慢、行动迟缓在应急处理方面的动作可能会稍显滞后；记忆力差的操作者可能会将作业的方法、时间或者作业完成与否忘记或混淆；受环境因素影响较大的操作者，在面对温度、亮度、空间、噪声、气味等环境变化时的应激反应可能造成产品品质的波动。

在上述情况下，采取防错措施对不良品产生的原因及变差进行遏制，提高产品品质和生产效率，有着其必要性和迫切性。

防错，日文称POKA-YOKE，英文又称Error Proof或Fool Proof （防呆），由日本的品质管理专家、著名的丰田生产体系创建人之一Shingeo Shingo首创。防错的目的是通过对产品和过程潜在的风险进行评估和分析后，在生产作业的过程中，依据防错原理并采用一系列如可视化、自动化、报警、标识等措施，来消除或降低潜在风险的变差来源对产品品质的影响，从而防止潜在失效和缺陷的发生，确保产品品质能够满足顾客需求。

4.1 采用防错设计的作用

操作者在进行生产作业的过程中，难免因大意、疏漏或遗忘造成失效和缺陷的发生。如采用防错设计能够防止此类现象的发生，则过程的稳定性、产品的品质水平和生产效率将稳步提升，具体表现在：①通过设备、工装、夹具、检具、模具及作业方法等防止潜在失效和缺陷的发生，将大幅度提高过程的一次制造合格率；②实现作业标准化，避免人为出现失效和缺陷；③减少因人工检验及返工引起的浪费。通过防错设计消除失效和缺陷的产生，将有效降低不良品的数量，同时必将减少不良品返工造成的材料和工时浪费；④更多地实现自动化生产，提高效率。防错设计会降低人对主观判断的依赖，更多实现过程的自动化，降低因失效和缺陷发生时导致的异常停机、停产，提高了劳动效率；⑤能够更大程度地保证人机安全。

4.2 防错设计的基本原则

很长时间以来，在制定品质问题的对策时，往往将对操作者进行培训和惩罚（多为罚款） 作为消除人为错误的主要措施。虽然培训和惩罚能够在一定程度上对操作者的品质意识和主观能动性予以提升，但无法从根本上防止错误、失效和缺陷的再次发生。通过对设备、工装、夹具、检具、模具及作业方法等进行防错设计，使操作者在作业时即使操作失误也不能产生缺陷或可以较为容易地发现缺陷，才是预防品质缺陷再发的最佳方案。在进行防错设计时，可以从如下几个方面进行考虑。

1） 尽可能在不增加或少量增加操作者工作量的前提下进行防错设计。惰性是人的天性，也是人的本能，往往越轻松、越简单、越不需要动脑思考的工作，出现缺陷和不良的几率越小。所以在进行防错设计时，尽可能不增加或少量增加操作者的工作量，否则防错的应用可能只在短时间内有效而无法长时间维持下去。

2） 防错设计应具有强制性。只有在符合防错操作规定的前提下，生产作业过程方可完成，而采用投机、偷懒或违规方式的操作则无法继续生产作业。

3） 当缺陷或不良品产生时要立即反馈或警示。反馈或警示的形式包括但不限于声音、灯光、停机等。

4） 高性价比，可操作性、实用性强。应充分考虑防错设计投入的成本，且应关注防错的可操作性和实用性，只有性价比高，可操作性和实用性强，防错设计才能有效、广泛地进行推广。

在进行防错设计时，可以依据不同阶段的品质要求有针对性地选择防错方案。如图4所示，能够实现消除不良品产生的原因始终是进行防错设计的最高追求。

4.3 防错设计的实施步骤

4.3.1 树立观念

1） 对过程所有的潜在失效和缺陷，均应考虑对应的防错设计。

2） 在产品设计和过程设计开始时，就充分考虑实现产品的各个过程的防错设计。

3） 过程中任一操作均可通过防错设计来防止失效和缺陷的发生。

4） 防错设计并不需要投入大量的人力、物力、财力等资源或很高的技术水平。

5） “三检制” （自检、互检、专检） 是最基础也是较为有效的防错方法。

6） 通过对过程的持续改善和防错设计的不断完善，产品品质零缺陷是可以实现的。

4.3.2 防错设计的实施步骤

1） 确定产品/服务失效和缺陷并收集相关数据。

2） 追溯失效和缺陷的发现工序/工位和产生工序/工位。

3） 确认失效和缺陷产生工序/工位的作业标准及作业指导文件能否有效指导生产作业。

4） 确认实际生产作业过程与作业标准及作业指导文件之间的差异。

5） 确认工序/工位在如下方面是否存在问题，识别变差来源：①该工序/工位是否在更改、调整中；②该工序/工位的作业设备、工具、工装、模具、夹具、检具等是否发生变更；③该工序/工位的作业标准、过程参数是否发生变化；④该工序/工位是否存在原材料、半成品混料或堆积过多的现象；⑤该工序/工位操作步骤是否过多；⑥该工序/工位是否作业量不足；⑦该工序/工位的现行作业标准是否能够满足产品品质要求；⑧该工序/工位的作业环境是否影响过程的稳定性；⑨该工序/工位的生产节拍是否过快。

6） 分析、确认失效和缺陷产生的原因。

7） 分析、确认作业失误的原因。

8） 设计防错装置或防错程序以预防或检测同类失效和缺陷的发生。

9） 确认防错效果，必要时进行过程更改。

10） 实施过程控制并进行持续改善。

随着防错技术应用的普及且日趋成熟，防错手段也被更广泛地应用到汽车电线束产品的各个生产加工工序中，从初期的事后补救逐渐过渡到事前预防，切实杜绝了绝大部分不良品的产生。下面根据汽车电线束产品中常见的不良品种类简要介绍防错技术的应用案例。

1） 物料用错。如前文所示，物料用错在绝大部分工序中都会发生，在不同的工序往往会采用不同的防错方法。在前道工序中，结合MES系统通过扫描物料条码确保所用物料与生产看板、工艺卡一致，从而防止物料用错。而在后道工序中，往往通过物料专用的工装、夹具、模具来防止物料用错现象的发生，即便发生，也可通过检具予以识别、纠错，防止不良品转序或流出。

2） 工装模具用错。对于工装模具，结合MES系统通过扫描工装模具的条码确保与生产看板、工艺卡一致。与此同时，操作者通过对工装模具的铭牌、标识以及待加工件的调试件、首件进行自检，确保工装模具使用正确。

3） 物料二次锁/附件安装不到位。一般情况下，通过检测装置来检验物料二次锁/附件是否安装到位。一种常见的方式为：在物料二次锁/附件安装不到位的情况下，物料无法正确安装到检测装置且无法实施检验。采用这种方式，对检测装置的精度要求较高，否则物料二次锁/附件在安装到位与否的临界状态，存在无法100%有效识别的风险。另外一种常见的方式为：在检测装置中为物料的二次锁/附件配备自动安装机构，即无论物料的二次锁/附件是否安装到位，均通过自动安装机构（多采用气动装置） 进行安装作业，确保物料的二次锁/附件能够安装到位。

4） 物料安装方向错误。物料安装方向错误在检验过程中较为容易识别。秉承“一次做好，每次做对”的防错设计初衷，通常会在生产制造过程中依据物料正确的安装方向设计工装、夹具、模具来确保一次制造合格，也会在检验工序通过检具来对物料的安装方向进行检验、识别，如图5所示。

5） 端子压接品质不良。汽车电线束产品较为核心的加工工艺之一便是端子压接。目前对端子压接品质不良的识别与检出，除了采用“三检制”外，应用较为广泛的有以下三种。①压力监测系统的应用。压力监测系统CFM是英文Crimping Force Monitor的简写。CFM是一种监视装置而非测量设备，对端子压接过程中压力的稳定性要求较高，通过采集样本的基准压力曲线与生产件压接实时的压力曲线进行对比来判断品质优劣。当生产件的压力曲线与基准曲线在某一区间的差异超过设定的范围时，CFM便会报警提示操作者确认端子的实物压接品质。②端子压接剖面检测系统的应用。依据过程设定的端子压接剖面检验频次实施检验，能够对端子压接品质实施有效检测。在进行剖面检测时，辅以拉脱力、电压降测量，也有助于监控端子的压接品质。当然，将端子压接剖面放在生产过程的首件来做，能够有效预防压接品质批量不良现象的发生，如图6所示。③端子压接外观品质CCD视觉检测系统的应用。CCD视觉检测系统与CFM压力监测系统的原理大体相似，以机器视觉来代替人工视觉，通过采集样本的图像特征与生产件的图像特征（如线芯长度、线芯数量、雨塞位置、端子外观等） 进行比对来判断压接品质的优劣。采用CCD视觉检测系统能够100%检测并记录生产件的外观品质，当生产件的图像特征与样本的图像特征出现偏差时，系统会报警提示操作者确认端子的实物品质，如图7所示。

6） 焊接品质不良。线束产品中的焊接点多采用超声波焊接，影响焊接品质的特性为焊接压力、振幅和能量。为防止焊接品质不良现象的发生，通过监控焊接程序中的压力、振幅和能量参数变化，当生产件参数波动较大时，系统会报警提示操作者确认焊接点的实物品质。

7） 热缩绝缘品质不良。接点使用热缩管进行绝缘时，影响热缩绝缘品质的重要参数为热缩温度和热缩速度。在热缩速度可控的前提下，热缩温度示值与热缩腔内工作温度的对应关系则成为了热缩绝缘品质的决定性因素。为了有效监控热缩腔内的工作温度，防止温度示值与腔内工作温度偏差过大，可采用两种方式。①通过测温仪监控热缩腔内的工作温度。在热缩作业前使用测温仪对热缩腔内的工作温度进行测量，如符合设定的温度值时方可生产作业，如不符合则需确定影响热缩腔内工作温度的因素并予以解决，达到设定值后方可生产作业，如图8所示。②通过温控装置监控热缩腔内的工作温度。在热缩机的入口处增加活动模块，当热缩腔内的工作温度未达到设定值时，活动模块始终处于闭合状态，操作者无法对生产件进行生产作业；当热缩腔内的工作温度达到设定值时，活动模块打开，操作者方可对生产件进行生产作业，如图9所示。

8） 螺栓、螺母的拧紧力矩不良。可通过力矩检测系统，强制螺栓、螺母的安装顺序并实时记录每个螺栓、螺母的拧紧力矩。当安装顺序错误时，力矩扳手无法工作；当拧紧力矩不足或超标时，系统会锁定生产件并提示操作者确认生产件的实物品质，如图10所示。

9） 回路短路、断路、错路。回路正确是线束产品的强制性指标。可通过回路检测程序对线束产品的回路进行检测，当出现短路、断路、错路现象时，系统会提示短路、断路、错路且无法输出检测合格标识，产品无法转序。

10） 熔断丝、继电器的安装位置错误。熔断丝、继电器的安装位置可通过摄像检查系统进行检测，防止不良品转序或流出。检测原理与端子压接外观品质CCD视觉检测系统大体一致，以机器视觉来代替人工视觉，通过采集样本的图像特征与生产件的图像特征（位置、编号等）进行比对来判断安装位置是否正确，如图11所示。

11） 熔断丝、继电器安装不到位。熔断丝、继电器在安装过程中，受插入力大小、操作者疲劳程度等因素影响，难免出现安装不到位的现象。使用气动或电动的压平装置，能够有效确保熔断丝、继电器安装到位并保证安装的一致性。

12） 产品包装数量错误。可结合MES系统通过扫码确保产品的包装数量与包装设计一致，当出现产品型号、数量与包装设计不符时，系统会予以报警、提示且无法打印装箱单。

以上仅例举了线束产品在生产过程中常见不良品种类的防错应用案例，在实际生产过程中，防错技术的应用远远不止于此，包括设备、工装、检具、治具、模具、夹具等方面都已广泛应用了防错技术。

防错设计在汽车线束产品中的应用，应在品质前期策划、产品设计和过程设计时贯穿始终。防错设计的有效应用能够有效防止不良品的流出，遏制不良品的产生，大幅度提高一次制造合格率，同时还能够减少因线束半成品和成品不良进行返工造成的原材料和工时浪费。防错设计并不仅是过程稳定和品质提升的终结，而是一个持续改善、提升的过程，这一过程任重而道远，希望通过本文的分享，能够为我们的民族汽车事业贡献一点绵薄之力。