毫无疑问，防止错误的紧固过程仍然是极其重要的装配。原因很简单:人们在安装紧固件时会出错。
Design Tool Inc.的销售经理汤姆•鲁格(Tom rougue)说，防错的根源可以追溯到产品质量大师爱德华•戴明(Edward Deming)。
戴明在20世纪40年代将他的改进产品质量和设计的原则介绍给了美国，尽管这些原则在20世纪50年代在日本得到了更大的青睐。不久之后，Shigeo Shingo提出了poka-yoke(发音为POH-kah YOH-kay)的日本概念，即防错。
斯坦利装配技术公司的市场总监迈克尔·波斯说:“那时候，在美国，紧固防错装置是由生产线上的许多检查人员完成的。”“从那时起，我们进行了无数的防错改进，将紧固方程中的变量排除在外。”
防错技术的进步始于20世纪70年代末，当时日本的装配工厂开始使用直流电动工具和气动冲击扳手，同时使用点击扳手。在20世纪80年代末，气动装配工具与扭矩传感器和角度编码器被引入。在20世纪80年代末和90年代初，电动工具开始配备集成控制器，使用电子传感器来控制扭矩。
自动化的决心
自动化是防错的终极形式，因为机器犯错误的可能性要小得多，而且当它们确实犯了错误时，总是会告诉操作员。装配人员面临的挑战是确定生产过程是否应该或甚至可以自动化。决策需要考虑几个因素，包括产品设计和复杂性、体积、人工成本、质量以及硬件和软件成本。如果装配者是OEM的供应商，他们的客户可能会指定该产品应该用手动、半自动还是全自动设备进行装配。
DEPRAG公司总经理Jan Aijkens说:“自动化可能是必要的，因为紧固件太小了，无法用手操作。手机和助听器等产品的紧固件太小了，手无法有效地处理和放置它们。”
操作人员使用这种固定工具系统对阀门总成进行紧固。图片由AIMCO提供。
选择工具
只有在确定了工艺之后，装配人员才会把注意力转向工具的选择和相关的防错。Mountz公司总裁Brad Mountz说:“我们的客户在决定了他们想要的工具之后，经常向我们询问有关防错的问题。”今天的电动工具，无论是气动的还是电动的，都具有传感器，使装配工人能够测量紧固的各个方面。标准测量包括紧固件存在度、扭矩、角度、夹紧力、运行时间窗口和每个产品的批次计数。有些传感器甚至可以让操作人员知道紧固件何时脱落或交叉螺纹。
“工具的选择更多的是基于重复性而不是准确性，”rougue说。为了防止错误，他建议装配商假定气动工具的参数为±5%;一般来说，电动工具约±2%;特别是直流工具的±0.1%。
Sturtevant Richmont的市场经理Greg Katsis说，除了选择正确的工具和确定他们想要的防错紧固因素外，装配商还必须确保他们的工具是正确校准的。他建议装配工人为每个电动工具都准备一个备份。“关键是总是能够得到相同的防错结果，”Katsis说。
一些电动工具供应商，如Makita USA，为全系列的无线电动工具提供防错功能，以提高操作人员的可操作性。这些工具具有一个机载控制器，以确定紧固验收。该工具通过无线收发器将其紧固数据传输到数据接口。
通过实施符合人体工程学的装配工作站，可以加强防错，包括位置控制架、工具箱、EC螺丝刀、每个操作员的人机界面和零件标记系统。图片由DEPRAG Inc.提供。
紧固件的因素
有时紧固错误与紧固件的关系比与工具的关系更大。两个常见的问题是紧固件的掉落和紧固件不能吹气。紧固件的掉落并不只存在于手动紧固。roougeux说:“想象一下这样的情况:一个机器人把一个紧固件放在一个应该有洞的地方，但却没有。“紧固件会被撞到地上或撞进产品里。而且，收到的紧固件可能有缺陷。”
一个紧固件的尺寸可能会阻止它被吹向机器人或操作员。Aijkens说:“一些紧固件的头长比不理想，这使得它们更难或不可能吹进。”
尽量减少紧固件的数量和种类，以提高防错能力，这始终是目标。但有时必须使用更多或更大的螺钉以获得所需的锁紧力。装配人员还需要确保工具在与紧固件长度成正比的时间范围内达到扭矩。
装配汽车内部部件，该制造商使用Scout螺丝计数器，以确保所有紧固件都正确安装。一旦装配完成，Scout通过PLC向质量控制监控系统发送信号。图片由Mountz Inc.提供。
改进工作站设计
工厂工程师可以通过设计操作人员友好的紧固工作站和经常进行过程审计来提高防错能力。适合操作人员使用的工作站可能包括以下部分或全部功能:自动化设计 ．Aijkens说:“工作站的设计应该像一个自动化装置，以最大限度地防止错误。”例如，DEPRAG最近为德国一家主要汽车供应商设计了一款半自动紧固工作站。该站配备了综合过程传感和控制设备，为两名操作员提供服务，他们手动将导航和音响系统的电路板组装到舱内。
彩色编码的工具和箱子。 彩色编码工具是紧固过程中第一个防止错误的方法。Mountz说:“颜色表明工具被编程固定在特定的扭矩上。”“彩色扭矩罩也阻止了操作人员调整扭矩。”
AIMCO的业务发展经理Ken Maio指出，彩色编码工具可以让工厂主管从远处看到装配工人是否使用了正确的工具。如果工人使用的工具颜色不对，这可能意味着需要修复正确的工具，或者应用程序设置不当的工具已经迁移到该工作站。
颜色箱是另一种常见的做法。箱上的光电传感器与工作站的可编程逻辑控制器(PLC)相互作用，只有在操作人员按照正确的顺序从箱中取出紧固件时，才允许使用该工具。
紧固指令。 越来越多的装配工人在工作站上放置紧固指令，以限制操作失误。这些说明可能是像叠层海报或笔记本这样的低科技产品，也可能是触屏或视频显示器这样的高科技产品。
Maio说:“在不同的工作站之间轮换员工是一种非常常见的做法，所以你不会想把防错留给机会。”
他解释了一家为通用汽车生产左右后视镜的工厂是如何应对这一挑战的。“每个工位都配有大照片，向工人展示如何拿着和使用工具;如何正确安装紧固件，紧固力矩多大;要等多久，工具才能自动关闭[显示]绿灯;甚至当红灯亮起时该怎么办。”
培训至关重要。操作人员需要知道如何和为什么要努力防止错误，他们需要知道什么时候提醒工厂工程师在紧固过程中的问题。
人体工程学。 疲劳导致错误。通过改进人体工程学，装配人员可以帮助防止他们的紧固站出错。装配工人应该为操作人员提供轻便、舒适的工具，以减少疲劳和腕管综合症的发生。工具平衡器或扭矩控制臂可以吸收扭矩反应，帮助操作人员定位工具。
工作站供应商Pro-Line的高级副总裁鲍勃·西蒙斯说:“一定要订购足够多的工具手推车和工具平衡器，其重量能力要与工作台面所需工具的重量和数量相匹配或超过。”
此外，紧固件箱应该放置在靠近操作人员的位置，以减少到达的物理压力，缩短循环时间。
返工转移。 一些装配商选择返工有缺陷的产品，而不是报废它。为了最大限度地防止错误，工作站的设计必须使这种产品与批准的产品完全分离。
由于编码器在每个接头上，工具定位系统确保每个螺钉都按正确的顺序安装在正确的位置。图片由斯坦利组装技术公司提供。
有用的技术
控制器 ．多年来，防止紧固站出错的最有效的技术是PLC。在完全自动化的过程中，PLC控制紧固过程的所有方面。在手动和半自动过程中，每个紧固工具通过工具控制器连接到PLC。工具控制器和PLC在执行每个紧固任务时不断地相互通信数据，以防止过程出错。PLC可以通过编程来确保装配工使用正确的工具，以及正确的螺钉数量和螺钉类型。
当操作人员正确完成所有紧固任务时，人机界面(MMI)将通过视觉、听觉或两者进行指示，PLC将让组装好的产品移动到下一站进行进一步组装或最终包装。
plc和工具控制器的防错能力都在不断提高。“在20世纪80年代，当一个紧固错误发生时，操作人员会收到类似‘代码52’的计算机信息反馈，”rougue说。“如今，PLC在用户界面屏幕上提供特定的信息，如‘3号螺钉扭矩失效;重做并重新尝试禁食。’”
Mountz表示，与以往相比，工具控制器可以编写更多的紧固参数，使工具能够在每个紧固周期后自动更改扭矩和角度参数。因此，操作人员现在可以使用一个工具而不是两个来安装两个不同的紧固件，减少了出错的机会。
一些装配商将他们的工具控制器与工厂网络集成，在一条装配线上下载构建数据和多个产品的防错装配。Poth说:“在汽车工厂，工具控制器必须知道的不仅仅是进入工作站的是哪种汽车。”“他们还必须知道那辆车的选项组是什么，以及所有的紧固要求。”
目前，工具控制器可以与气动或电动工具一起工作。然而，密歇根气动公司正在开发一种基于微处理器的通用控制器，用于气动和电动工具。该控制器将提供全面的防错，包括关闭阀(气动)和伺服放大器(电动)，当扭矩达到时断开。
工具支撑臂。 一个电动工具安装在这个臂上，它连接到工作站。臂上的编码器使操作人员能够沿X-Y轴移动工具并安装紧固件。
防错臂的好处有两个:它确保操作人员使用了正确的工具，并确保操作人员按正确的顺序在产品上安装紧固件。
然而，电动工具供应商对于投资这样一个工具臂是否值得持复杂的态度。一些人认为，花在手臂上的钱可以更好地用于完全自动化的装配过程。另一些人则认为这种手臂在人体工程学上很有价值，因为它能减轻操作人员的疲劳。
螺丝主持人 ．装配工人有时会收到损坏或不符合尺寸规格的螺钉。为了防止螺钉展示过程出错，装配商可以要求螺钉供应商在发货前对螺钉进行激光分类。装配工人还可以使用自动送螺丝器，这样就可以将正确的螺丝以正确的方向呈现给操作人员或机器人。
“智能”工具箱与多个螺丝钻头或插座。 这些工具箱包含大量的钻头和插座，它们与工具控制器相连，因此将使用相应的预存储紧固参数和顺序。这使得操作人员可以用一个工具和插座组装各种紧固件。
视觉引导机器人螺丝刀系统 ．该技术适用于需要精密紧固的全自动过程。它最适合于医疗和电子行业，因为它们需要精确和无菌的环境。
Visumatic公司最近在一家电子装配厂安装了一套视觉引导的机器人螺丝刀驱动系统。该系统被用于安装大屏幕电视上的螺丝，而不会刮伤它们。
Visumatic公司的业务发展经理Jarrod Neff说:“我们的视觉系统验证了零件的存在，确定了其大小和方向，然后在要求的45秒周期内拧紧17到23颗螺钉。”
虽然视觉导向螺丝驱动机器人代表了尖端技术，但防止紧固过程出错的最简单方法之一确实是非常低技术水平的。装配经理只需要让他们的员工集中注意力。卡西斯说:“操作人员确实会被打断，迷失了自己在紧固过程中的位置。”“在你工作的时候，不要让别人分散你的注意力。”
