基于制造过程人为差错及防范措施的研究

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引言

随着技术革新不断加速，新设备、新工艺、新材料被广泛应用。由于机械设备不良而导致的事故比例已经下降到很低水平，对人为差错的防范已成为世界工业工程(IE)界的重要研究课题。美国著名质量管理专家朱兰（Juran）与格里纳（Gryna）通过大量调查研究发现，对于中等复杂程度以上产品而言，40%的故障是由于设计原因造成，30%的故障归咎于现场管理失误，30%的故障归咎于加工中存在的人为过失。本文意在结合企业的实践，提出有效防范制造过程中人为差错的措施和建议。

一、防错的涵义与目的

人为差错是指人的行为明显偏离了预定的要求或希望的标准。它导致了时间拖延、困难、问题、麻烦、误动作、意外事件或事故的发生。因此，要防错法确保生产合格产品。防错法是一种在作业过程中采用报警、标识、分类等手段，预见、探测和防止错误或缺陷发生的方法。该方法是有效预防和避免人为错误或过失、导致产品或服务缺陷而采用的质量管理方法的统称，是日本企业及管理人员对零缺陷思想理论的物化。在复杂的人机系统中，人为差错是指在生产操作过程中，实际实现的功能与被要求的功能之间的偏差，其结果可能以某种形式给系统带来不良影响。它包含五种情况：①未执行分配的职能；②错误地执行了分配的职能；③执行了未赋予的份外职能；④按错误的程序或错误的时间执行了职能；⑤执行职能不全面。

应用防错法不仅能够取得消除产品差错、降低返工率、提高产品一次合格率等显性作用，而且还具有如下隐形作用：①提高人力资源利用率，可以让操作人员节省精力去从事其他增值活动，改善操作人员的工作态度；②减少夹具准备时间，从而减少调整时间和内、外切换时间以提高生产率，降低成本，提高管理效率；③提高安全性，减少对熟练工人的依赖；④提高加工柔性，降低安全库存，缩短交货期，增强顾客满意度。这可以避免消耗大量的人力、物力于质量问题发生后的处理工作，从而最大程度地避免或减少损失，提高效率。

Poka-Yoke由日本质量管理专家、著名的丰田生产体系创建人新乡从夫（Shigeo Shingo）博士首创，意为“防差错系统”，该系统强调零缺陷可由良好的流程控制达成，充分重视源头品质，发现错误立即发出警告并及时纠正，将提高产品质量贯穿在流程中，而不是单纯靠检验来保证。Poka-Yoke有三个作用：一是避免产生特定产品缺陷或错装；二是简化检查，让人一眼就能够找到出现错误的位置；三是防错技术的精细化设计，不需要操作者很高的注意力，不需要太多的专门知识与丰富技能，降低一件事情或过程对人的技能、意识和经验等方面的过分依赖，营造了零缺陷的工作环境，从而避免生产过程中由于疏忽造成的人为差错。

二、人为生产差错的原因及其造成的结果分析

人为差错是生产事故与产品缺陷产生的主要原因之一。生产系统是内外部要素之间相互作用、相互影响的复杂的、动态的系统。它的稳定性受多因素影响。生产过程的任何环节出现问题都可能导致差错产生。

（一）人为差错可控性分析

现代工业中防错方法数量的庞大和分类方法的差异，给人们学习和使用防错工具造成了一定困惑。总结起来防错大致分为三大类：①物理防错，该类防错主要的做法是通过安装相应的防错设施进行防错；②操作防错，该类防错主要通过实施正确的操作规程、顺序和工序来实现；③理论防错，该类防错措施主要是通过加大使用防错装置的力度并建立奖惩制度来实现。这三类防错的共性主要是减少人为失误因素、提高防错水平。

（二）人为差错的诱因

心理学家认为，产生人为差错的原因分为两个方面：一是人为因素（内在要因、主观因素）；二是环境因素（外在要因、客观因素）。总体来说，产生人为差错的原因有四类：一是人的工作记忆、精神状态及外部环境条件影响；二是由于理解上不一致而造成的错误；三是由于工作方法的不同而造成的错误；四是由于经验不足、培训不够而导致的错误。

（三）人为差错对产品缺陷的影响

ISO9001：2000定义缺陷为：“未满足与预期或规定用途有关的要求”，其中的“缺陷”含义与零缺陷中的“缺陷”相对应，等同于“不合格”。缺陷是人为差错产生的结果，差错是缺陷的表现。缺陷并不全是由差错造成，差错最终也不一定都形成缺陷。差错与缺陷之间并没有严格的一一对应关系，一种差错可能造成多种缺陷，一种缺陷也可能是由多种差错引起的。缺陷与人为差错的关系见表1。

三、制造业的人为差错防范措施的设计

通过以上分析，人为差错产生的原因中人的因素占主导地位，产品或流程产生缺陷，经常是人为差错造成的。因此，有效的防范技术和防范措施就是让生产过程减少，甚至避免对人的过多依赖，从而减少企业生产过程中的人为差错，以确保企业生产过程的稳定性，为执行精益生产的过程标准化奠定基础。

（一）防错措施执行的基本思路

在实际生产过程中，防错装置设计的常用的思路就是替代、简化、检测、降低。其中替代、简化和降低的目的都是为了预防。按发现缺陷时的优先顺序，有排除性、替代性、预防性、容易性、去除异常性和缓解影响性等，见表2。

（二）防范系统的设计

防错系统由防错流程和防错工具组成。防错流程是由“防错设计与装置、防错实施、防错验证和防错经验教训的沉淀”四个环节，共同组成的一个“PDCA”闭环过程。其中，防错设计又由“错误识别、方案设计和方案评估”三个子环节组成；防错验证则由“防错装置验证、异常应急计划和预防性维护”三个子环节组成。防错流程的执行过程还需要一系列的工具进行支撑，如防错数据库、风险系数评估、统计图表、鱼骨图、5个为什么等确定防错项目的优先次序等。防错装置主要分为两个类别：预防和检测。预防装置就是在生产过程中进行防错设计，降低错误的发生率；而检测装置是在作业者已经造成错误后发出警告信号，引领用户及时修正错误的检测系统。防错装置和源头检查是防差错系统的两大利器，来消除产生问题的根源。

防错纠错涉及的内容和环节较多，需要多方面协调配合、共同推进。然而，由于人的知识结构等因素，人对复杂问题的推理和解决能力，远远小于问题本身的复杂程度。此时，操作人员倾向于把注意焦点集中在某项具体的表面现象上，而忽略了诊断选择的过程。为此本文提出了基于免疫及防错理论的生产系统模型。如图1所示。

基于免疫及防错理论的生产系统模型分为三个部分：防错对象、防错生产系统、免疫力建立循环。①防错对象，图1中虚线左侧部分。生产系统的稳定性面临各种内部和外部的失误挑战：工人操作失误、设备失误、设计失误以及外部供应商的失误，这些失误是生产系统防错的对象；②防错生产系统，图1正中长方形方框内部分。为了识别和消除各种防错对象，生产系统必须有各种措施来实现防错功能；③免疫力建立循环，图1右下角环形箭头所示部分。生产系统与生物系统类似，对新失误是没有识别能力的，只能从错误中学习，当生产系统再次遇到相似差错，系统启动增强式学习过程，速度和强度都会大大提高，对生产系统进行系统性的检讨，形成较长时间的稳定性的防错免疫记忆力。所以生产系统必须有免疫力建立能力。在识别清楚防错对象的基础上，建立防错的生产系统，进行防错文化的培养、防错理论的培训、防错管理的运用、防错流程的建立、防错设备的引入及防错工具的应用。

根据免疫及防错理论的生产系统模型，制定出防错等级，通常将防错从高到低分为三个层次：第一级：错误预防，即在本工序中不可能制造出错误、缺陷；第二级：工序内检测，即在本工序中就能探测出自身错误、缺陷；第三级：防火墙，即通过质量保障机制，确保在整个过程中的某个环节能将错误检验出来，防止带有缺陷的产品流向客户。

（三）防错的关键技术——动态FMEA的实施

FMEA(Failure Mode and Effects Analysis，FMEA)即故障模式及影响分析，也称失效模式分析，它是FMA(故障模式分析)和FEA(故障影响分析)的结合，是工业工程应用中最常用的可靠性分析方法之一。

FMEA是一组系统化的活动，在促进战略协同及战略控制方面，有着很好的价值：①发现、评价产品过程中潜在的失效及其后果；②找到避免或减少这些潜在失效发生的预防和探测措施；③书面总结上述过程，确保客户满意。在产品设计、生产过程中不断迭代实施FMEA，是一个PDCA循环的动态更新过程，每一次的FMEA更新都伴随着对车间控制计划的重新平衡，最终使得精度质量的控制得到持续改进。这种动态FMEA的更新实施、跟踪反馈、持续改进是长期的。

（四）防错技术的升华——防错管理的PDCA循环

防错改进是一个PDCA的过程。有效的PDCA循环是制造企业质量持续改进的运行原则和方法。PDCA循环的四个阶段：①计划（Plan）阶段，分析产生差错问题的原因，找出影响差错的主要原因，制定措施计划；②执行（Do）阶段，执行措施计划；③检查(Check)，调查效果，抽样检验；④总结阶段（Action），把成功的检验总结出来，制定相应的标准，转入下一个PDCA。PDCA作为质量管理中一种科学的工作程序，适用于企业各个方面、各个环节的工作，彼此相互协同、相互促进，并呈现出循环前进，阶梯上升的趋势。推动PDCA循环，关键在于“总结”阶段。

为了达到零缺陷，需先调整价值取向和改变思维方式，并结合防错机制，环环相扣、持续改进，从外环向内环提升，最终才能达到零缺陷。另外，要保持零缺陷的状态，不仅要关注生产过程本身，同时应着力于企业环境（管理、支撑）的全面提升和良性循环，还需要及时更新标准、机制、观念和思路，持续创新，不断超越。“把零缺陷产品传递给顾客”，从而减少废品生产率，提高产品质量。围绕降低制造成本这一目标，必须坚持以下原则：①以人为本的观念；②事前预防，而非事后纠正；③差错总是可以避免的；④零缺陷是可以实现的。

四、结论

精益制造中的防错是一种防止错误发生并造成危害的程序，是预设性的理想设计，是企业生产实现精益制造所必须面对和解决的课题。通过上文论述，可以得出如下结论：

1.主动采用防错技术，就是要使正确的操作可行性高、容易性强，使错误的操作不能做或难以做。在生产过程中，所有的生产线要求做到在出现缺陷时，操作人员必须主动停止加工以确定缺陷是怎样产生的。

2.实时确认结果与成效。当防错措施实施一段时间后，对实施效果进行综合检查评估，对记录结果进行分析，确认效果是否达到预定目标。要使其满足：①制度化：如果措施有效，要将其有效内容变成规定、形成制度，并严格执行，才能产生真正意义上的效果；②标准化：通过长期应用，不断改进和提炼，并通过分解、合并、替代、举一反三等途径，最后形成企业统一标准化的防错方案。

总之，人为差错及其防范措施的研究，具有普遍的适用性和建设意义。防错法的全面应用是推进和实现制造零缺陷的有效途径和具体举措。只要持之以恒地开展辨错、治错、防错，并以严谨的工作作风抓好落实，在产品研发与制造的整个过程中树立“零缺陷”的思想，积极开展“零缺陷”和防错意识的教育及强化训练，努力实施全员、全程防错，就一定会逐渐逼近“零缺陷”的生产目标。

图1 运用免疫及防错理论的生产系统模型