การออกแบบตามค่าความคลาดเคลื่อนและแนวคิดพื้นฐาน

ที่นี่"พื้นฐานและแนวคิดในการออกแบบตามค่าความเผื่อ"　กำลังจดบันทึกเกี่ยวกับเรื่องนี้

ฉันเคยได้ยินมาว่าเทคนิคการออกแบบตามค่าความเผื่อได้ช่วยสนับสนุนการผลิตของญี่ปุ่น

เมื่อเร็ว ๆ นี้เราได้ใส่ค่าความคลาดเคลื่อนโดยมีวัตถุประสงค์ตอนที่เพิ่งเริ่มทำงานออกแบบใหม่ๆ ก็เอาอย่างคนอื่นไปหมด หยิบเอาการแสดงผลในแบบแปลนเก่ามาใช้ตามเดิมเลย　ความคลาดเคลื่อนมีหลายรูปแบบที่แสดงออกได้ชัดเจนโครงสร้างการออกแบบพื้นฐานที่ดีหรือไม่ดีก็มีผลต่อการแสดงค่าความคลาดเคลื่อนด้วย ซึ่งผมคิดว่ามันเป็นเรื่องที่ยากจริงๆ

ค่าความเผื่อนอกจากการใช้วิธีการแสดงที่เหมาะสมแล้ว การเข้าใจเหตุผลที่จำเป็นต้องมีค่าความคลาดเคลื่อนพื้นฐาน หรือถ้าไม่ใส่ค่าความคลาดเคลื่อนจะเกิดอะไรขึ้น ก็เป็นแนวคิดพื้นฐานที่สำคัญเช่นกัน　ดังนั้น วันนี้ผมจะจดบันทึกประเด็นสำคัญเกี่ยวกับพื้นฐานและแนวคิดของการออกแบบความคลาดเคลื่อนไว้เป็นบันทึก

การออกแบบด้วยค่าเผื่อคือ

เพื่อให้สามารถตอบสนองความต้องการของผลิตภัณฑ์ที่ประกอบขึ้นได้ คุณภาพที่จำเป็นจะต้องถูกกำหนดโดยวิศวกรออกแบบ โดยพิจารณาค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดและรูปร่างของแต่ละชิ้นส่วนให้เหมาะสมกับต้นทุนการผลิตและคุณภาพ รวมถึงการคำนวณค่าความคลาดเคลื่อนโดยใช้แนวคิดทางสถิติการออกแบบตามค่าเผื่อ　เรียกว่า ผลการออกแบบค่าความคลาดเคลื่อนจะถูกระบุพร้อมกับค่าขนาดหลักของแต่ละแบบแปลน และส่งต่อไปยังฝ่ายการผลิต

พื้นฐานของค่าความเผื่อ

เหตุผลที่จำเป็นต้องมีค่าความคลาดเคลื่อน

ในสถานที่ผลิต ขนาดและรูปร่างบางส่วนของผลิตภัณฑ์จริงจะมีความแปรปรวนเกิดขึ้นเสมอ และไม่สามารถทำให้เป็นศูนย์ได้ นี่คือเหตุผลที่จำเป็นต้องมีค่าความเผื่อเพื่อให้ได้คุณภาพที่ต้องการ จำเป็นต้องกำหนดค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดที่ยอมรับได้ (ช่วงค่าที่อนุญาต) สำหรับขนาดเป้าหมายนั้น

ขอบเขตที่ยอมรับได้นั้นค่าความเผื่อ　เรียกว่า

ความคลาดเคลื่อนมีประเภทใดบ้าง

ความคลาดเคลื่อนมีอยู่ 2 ประเภทหลัก ๆ คือ ความคลาดเคลื่อนของขนาด และความคลาดเคลื่อนทางเรขาคณิต

ค่าความเผื่อของขนาดคือ

ค่าความเผื่อของขนาดคือ ค่ามาตรฐาน (ที่กำหนด)ระบุขอบเขตที่ยอมรับได้สำหรับขนาด　ครับ/ค่ะ

เมื่อกำหนดขนาดมาตรฐาน (ตั้งค่า) เป็น 100 มม.

• 100 ±0.1:แสดงความต้องการให้ผลิตโดยมีขนาด 100 และมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.1 ในทิศทางขึ้นและลง
• 100 +0.1+/-0.1:แสดงความต้องการให้ผลิตในขนาด 100 โดยมีความคลาดเคลื่อนไม่เกิน 0.1 ในทิศทางขึ้นและลง
• 100 +0.1/0:แสดงความต้องการให้ผลิตภายในช่วงค่าสูงสุด 0.1 และค่าต่ำสุด 0 สำหรับขนาด 100
• 100 -0.1/-0.2:แสดงเจตนาให้ผลิตภายในช่วงค่าสูงสุด -0.1 และค่าต่ำสุด -0.2 สำหรับขนาด 100

เช่น เป็นต้น

ความคลาดเคลื่อนเชิงเรขาคณิตคือ

ความคลาดเคลื่อนเชิงเรขาคณิต　คือความคลาดเคลื่อนของรูปทรงและตำแหน่งคือสิ่งที่ควบคุมรูปทรง เช่น ความขนานหรือมุมฉาก ให้อยู่ในขอบเขตความคลาดเคลื่อน ซึ่งแตกต่างจากความคลาดเคลื่อนของขนาด　คือ (ด้านล่างเป็นภาพตัวอย่าง)

วิธีการประเมินค่าความเผื่อขนาดสามารถวัดได้ง่ายด้วยเครื่องมือวัดทั่วไป เช่น ตลับวัดความละเอียดสูงและไมโครมิเตอร์　แต่ว่าความคลาดเคลื่อนเชิงเรขาคณิตนี้จำเป็นต้องมีการเตรียมเครื่องมือวัดที่สามารถวัดแต่ละตำแหน่งได้

การออกแบบตามค่าความเผื่อเป็นสิ่งที่ทุกคนสามารถทำได้หรือไม่

ลองสัมผัสกับการออกแบบความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยกันบ้างในฐานะที่เป็นผู้ออกแบบเองก็พูดแบบนี้อาจจะดูแปลกไปหน่อย แต่ผมคิดว่ามีผู้ออกแบบหลายคนที่ไม่สามารถออกแบบโดยคำนึงถึงค่าความคลาดเคลื่อนได้

การออกแบบตามค่าความเผื่อเบื้องต้น　ในหนังสือเล่มนี้มีการสำรวจความคิดเห็นจากคน 18,000 คน (ปี 2016) ในหลากหลายอุตสาหกรรม

อ้างอิง: สถานการณ์ในญี่ปุ่น

①สถานะการดำเนินการออกแบบและวิเคราะห์ค่าความคลาดเคลื่อน

• ดำเนินการอย่างแน่นอน: 2%
• บางครั้งดำเนินการ: 20%
• ไม่ได้ดำเนินการ: 50%
• ไม่เข้าใจ: 28%

 

②ความคลาดเคลื่อนเชิงเรขาคณิตคืออะไร?

• กำลังใช้: 20%
• ไม่ได้ใช้งาน: 80%

อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงเมื่อไม่นานมานี้ และจากช่วงเวลานั้นเนื่องจากสัมมนาการออกแบบค่าความเผื่อและข้อมูลบนเว็บได้พัฒนาขึ้น จึงมีผู้ใช้มากขึ้น　ฉันคิดว่า

สิ่งสำคัญคือแค่กำลังดำเนินการอยู่ก็ไม่ได้แปลว่าโอเค　เนื่องจากเป็นเรื่องสำคัญ หากใช้ไม่ถูกต้องก็จะส่งผลกระทบต่อผลิตภัณฑ์ ซึ่งก็คือค่าความคลาดเคลื่อนต่างๆเนื่องจากงานของฉันต้องดูแบบที่คนอื่นเขียนด้วย ฉันรู้สึกว่ามีความแตกต่างในวิธีการกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนในแบบตามแต่ละอุตสาหกรรม

มีบางการออกแบบที่ฉันคิดว่ายอดเยี่ยม แต่ก็มีบางแบบแปลนที่ใช้งานผิดวิธีเช่นกัน กล่าวคือ สำหรับผู้ผลิตแล้ว การมีค่าความเผื่อ (ในที่นี้หมายถึงค่าความเผื่อทางเรขาคณิต) เข้ามาเกี่ยวข้องการผลิตชิ้นส่วนนั้นเป็นเรื่องยากก็เป็นเรื่องจริง　ครับ/ค่ะ

ค่าความเผื่อควรกำหนดไว้ที่ตำแหน่งใดบ้าง

หากความแปรปรวนเกิดขึ้นกับทุกชิ้นส่วน ก็จำเป็นต้องมีค่าความเผื่อขนาดและความเผื่อทางเรขาคณิตในทุกส่วนที่ประกอบขึ้นเป็นชิ้นส่วนนั้น ๆ แต่ในแบบทั่วไปจะอ้างอิงตามมาตรฐาน JISค่าความเผื่อทั่วไปได้กำหนดไว้แล้วในชิ้นส่วนที่ระบุในแบบ มีค่าความคลาดเคลื่อนทั่วไปของขนาดที่ไม่ได้ระบุไว้ และค่าความคลาดเคลื่อนของขนาดที่ต้องระบุเมื่อขนาดนั้นแตกต่างจากค่าความคลาดเคลื่อนทั่วไป

ค่าความคลาดเคลื่อนในการเขียนขนาดที่เป็นตัวแทนในนี้คือความคลาดเคลื่อนในการประกอบ (ความพอดีระหว่างชิ้นส่วน)　やค่าความเผื่อทั่วไปที่ระบุเพื่อให้สามารถใส่เครื่องมือและอุปกรณ์ต่างๆ ได้　ดังนั้น เราจะนำสิ่งเหล่านี้ไปใช้ตามสถานการณ์ที่เหมาะสม

การระบุค่าความคลาดเคลื่อนทั้งหมดอาจก่อให้เกิดปัญหา

ค่าความเผื่อนั้นถูกกำหนดโดยผู้ออกแบบ แต่การทำให้ค่าความเผื่อนั้นเป็นจริงจะเกิดขึ้นในสถานที่ผลิต

ตัวอย่างเช่น เมื่อเปรียบเทียบระหว่าง 100±0.1 กับ 100±0.02 การที่ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้แคบลงจะทำให้การผลิตทำได้ยากขึ้น ต้องเพิ่มขั้นตอนการทำงาน ต้องปรับปรุงจิ๊กให้ดียิ่งขึ้น ต้องควบคุมเครื่องมือตัด (คมตัด) หรือต้องใช้เครื่องมือวัดที่มีราคาแพงขึ้น ต้องพิจารณาความเหมาะสมของวิธีการวัด และอื่นๆ อีกมากมาย ซึ่งทั้งหมดนี้จะทำให้จำนวนงานเพิ่มขึ้น

ค่าความเผื่อมากหรือเข้มงวด=ราคาชิ้นส่วนสูง

ดังนั้นจึงเป็นเช่นนั้น

ในทางกลับกัน ปัญหาที่จะเกิดขึ้นหากไม่ระบุค่าความเผื่อ

หากค่าความคลาดเคลื่อนต่ำ ต้นทุนการผลิตจะสูงขึ้น ดังนั้นค่าความคลาดเคลื่อนที่กว้างขึ้นจะได้รับการยอมรับจากฝ่ายการผลิตได้ง่ายกว่า

อย่างไรก็ตาม หากค่าความเผื่อกว้าง (ค่าความทนทานสูง) จะทำให้การประกอบของชุดประกอบที่มีชิ้นส่วนนั้นอยู่มีสภาพไม่ดีผู้ออกแบบจะต้องกำหนดค่าความคลาดเคลื่อนที่สามารถยอมรับได้ เพื่อให้มั่นใจว่าทุกชิ้นส่วนในผลิตภัณฑ์ที่ประกอบกันนั้น แม้จะมีความคลาดเคลื่อนอยู่ในช่วงค่าที่อนุญาต ก็ยังสามารถตอบสนองต่อคุณภาพที่ต้องการและต้นทุนการผลิตได้

ชิ้นส่วนใดบ้างที่ต้องการการออกแบบค่าความเผื่อ

สถานการณ์ที่จำเป็นต้องมีการออกแบบตามค่าความเผื่อมีดังต่อไปนี้

• ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจำนวนมาก: จำเป็นต้องมีการออกแบบตามค่าความเผื่อ
• ชิ้นส่วนประกอบแบบครั้งเดียว: หากมีค่าเป้าหมายสำคัญหลังการประกอบเสร็จสิ้น จำเป็นต้องออกแบบค่าความคลาดเคลื่อน หากไม่มีค่าเป้าหมายดังกล่าว ไม่จำเป็นต้องออกแบบ
• ชิ้นส่วนเดี่ยว: โดยทั่วไปไม่จำเป็นต้องมีการออกแบบตามค่าความเผื่อ

กล่าวคือ ไม่ใช่ว่าทุกชิ้นส่วนจำเป็นต้องใช้ แต่เมื่อกลายเป็นชิ้นส่วนที่ประกอบกันแล้ว การคำนวณค่าความคลาดเคลื่อนเป็นสิ่งที่ถูกต้องที่ควรทำในฐานะนักออกแบบ

วิธีการคำนวณค่าความคลาดเคลื่อน

วิธีการคำนวณค่าความคลาดเคลื่อนมีสองวิธี

การคำนวณค่าความคลาดเคลื่อนวิธีการที่เข้ากันได้ และวิธีการที่ไม่เข้ากันอย่างสมบูรณ์　มีอยู่。ในบทความนี้ขอยกตัวอย่างง่ายๆ ให้ดู

① วิธีการความเข้ากันได้ (เข้าใจง่าย)

วิธีการคำนวณเมื่อประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดด้วยค่าสูงสุดหรือค่าต่ำสุด (การสะสมค่าแย่ที่สุด) ของค่าความคลาดเคลื่อน

①-1 ตัวอย่างการคำนวณค่าความเผื่อ:ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของขนาด A ที่กำหนดไว้คือ ±0.5 และเมื่อต้องการซ้อนชิ้นส่วน 5 ชิ้นเข้าด้วยกัน ค่าความคลาดเคลื่อนของขนาด B ควรเป็นเท่าใด?

5B=0.5
B=±0.1

①-2 ตัวอย่างการคำนวณค่าความเผื่อ:ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของขนาด A ที่กำหนดไว้คือ ±0.5 และเมื่อมีการซ้อนชิ้นส่วนที่มีค่าความคลาดเคลื่อนที่แน่นอน ±0.2 และชิ้นส่วนอีก 5 ชิ้นที่ยังไม่ได้กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนอื่นไว้ระหว่างนั้น ค่าความคลาดเคลื่อนของ B คือเท่าไร?

0.2+5B=0.5
5B=0.5-0.2
5B=0.3
B=±0.06

ลักษณะของวิธีการที่เข้ากันได้คือ ช่วงความคลาดเคลื่อนจะแคบลงและมีแนวโน้มที่จะเพิ่มต้นทุนการผลิต

② ความเข้ากันได้ที่ไม่สมบูรณ์ (ค่อนข้างยาก)

วิธีการคำนวณโดยอิงตามทฤษฎีทางสถิติของความแปรปรวนเป็นวิธีการที่ไม่เข้ากันอย่างสมบูรณ์ (วิธีการหาค่าความคลาดเคลื่อนโดยใช้การบวกของความแปรปรวนของค่าเฉลี่ยของแต่ละตัวแปร ซึ่งค่าความแปรปรวนของค่าเฉลี่ยของแต่ละตัวแปรจะเท่ากับผลรวมของความแปรปรวนของแต่ละตัวแปร)

②-1 ตัวอย่างการคำนวณค่าความคลาดเคลื่อน:ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของขนาด A ที่กำหนดไว้คือ ±0.5 และเมื่อต้องการซ้อนชิ้นส่วน 5 ชิ้นเข้าด้วยกัน ค่าความคลาดเคลื่อนของขนาด B ควรเป็นเท่าใด?

5B^2=0.5^2
B^2=0.05
B=±0.22

②-2 ตัวอย่างการคำนวณค่าความคลาดเคลื่อน:ค่าความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้ของขนาด A ที่กำหนดไว้คือ ±0.5 และเมื่อมีการซ้อนชิ้นส่วนที่มีค่าความคลาดเคลื่อนที่แน่นอน ±0.2 และชิ้นส่วนอีก 5 ชิ้นที่ยังไม่ได้กำหนดค่าความคลาดเคลื่อนอื่นไว้ระหว่างนั้น ค่าความคลาดเคลื่อนของ B คือเท่าไร?

0.2^2+5B^2=0.5^2
5B^2=0.5^2-0.2^2
5B^2=0.21
B^2=0.042
B=±0.204

จะกลายเป็น

เข้าใจและปฏิบัติวิธีการคำนวณค่าความคลาดเคลื่อนที่ให้ผลลัพธ์ต่างกัน

นี่มีความแตกต่างระหว่างค่าความคลาดเคลื่อนที่ได้จากวิธีการที่คำนึงถึงความเข้ากันได้และค่าความคลาดเคลื่อนที่ได้จากวิธีการที่คำนึงถึงความเข้ากันได้ที่ไม่สมบูรณ์　ควรทำความเข้าใจเรื่องนี้อย่างไร

การอ้างอิงจาก "การออกแบบตามค่าความเผื่อเบื้องต้น"

สรุปว่า・・・ทั้งสองฝ่ายกำลังคำนวณในทิศทางที่ตรงกันข้าม ดังนั้นในความเป็นจริงแล้วมีบริษัทจำนวนไม่น้อยที่ใช้สูตรคำนวณเฉพาะของตนเองซึ่งผสมผสานวิธีการที่คำนึงถึงความเข้ากันได้และวิธีการที่ไม่เข้ากันอย่างสมบูรณ์เข้าด้วยกัน　วิธีการใช้การคำนวณเหล่านี้อย่างไรให้เหมาะสมกับแต่ละกรณีนั้น เป็นความรู้เฉพาะของแต่ละบริษัท และเป็นหัวใจสำคัญของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่มีศักยภาพในการแข่งขัน

เขียนไว้อย่างนั้นครับ/ค่ะ

ในแวบแรกอาจดูเหมือนยาก　สำหรับนักออกแบบที่หลีกเลี่ยงการออกแบบค่าความเผื่อที่ยากลำบากมาตลอด การได้เห็นความจริงที่ดูเหมือนมีคำตอบเดียวแต่แท้จริงแล้วไม่ใช่ ก็ถือว่าเป็นสิ่งที่ดีแล้วไม่ใช่หรือ

จุดที่ควรตรวจสอบก่อนพึ่งพาความคลาดเคลื่อนและจุดที่จำเป็นต้องพึ่งพา

การจัดการกับค่าความเผื่อเป็นสิ่งสำคัญ สำหรับโครงสร้างหรือชิ้นส่วนเฉพาะบางอย่างเพราะไม่สามารถเปลี่ยนแปลงสิ่งนั้นได้ การออกแบบให้มีความคลาดเคลื่อนจึงอาจเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อปรับช่วงให้เหมาะสม　

ตัวอย่างเช่น เครื่องจักรการผลิตที่ฉันดูแลนั้นประกอบด้วยชิ้นส่วนจำนวนมาก และหากชิ้นส่วนเหล่านั้นเป็นแบบออกแบบใหม่หรือเป็นชิ้นส่วนต้นแบบเกือบทั้งหมด ฉันจะพิจารณาความแตกต่างของชิ้นส่วนและติดตั้งกลไกการปรับแต่งในขั้นตอนสุดท้าย

ในทางกลับกัน ถ้าไม่ทำแบบนั้นจะไม่มีทางประสบความสำเร็จอย่างแน่นอน　ที่จุดสุดท้ายของการวางชิ้นส่วน มีความแม่นยำที่ ±0.05 เป็นเรื่องปกติ ดังนั้นแม้ว่าจะออกแบบความคลาดเคลื่อนโดยใช้วิธีการเข้ากันได้ของชิ้นส่วนแต่ละชิ้น ก็ยังสร้างชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำที่ไม่เป็นจริงได้

ในทางตรงกันข้าม ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจำนวนมากหากต้องการลดจำนวนชิ้นส่วนประกอบและกลไกการปรับแต่งเพื่อลดต้นทุน การออกแบบค่าความคลาดเคลื่อนจะมีความสำคัญมากขึ้นแม้ว่าการออกแบบตามค่าเผื่อจะจำเป็นตลอดทั้งกระบวนการ แต่ถ้าไม่แน่ใจว่าวิธีการนั้นถูกต้องหรือไม่ ก็คือนำกรณีนั้นมาศึกษาเพื่อเรียนรู้การออกแบบค่าความเผื่อที่ถูกต้องและนำไปประยุกต์ใช้　ฉันคิดว่าความเข้าใจเช่นนี้จะดีกว่า

สุดท้าย

การออกแบบตามค่าความเผื่อนั้นยากใช่ไหมครับ/ค่ะ ในอนาคตผม/ฉันหวังว่าจะสามารถจดบันทึกเนื้อหาที่ได้เรียนรู้อย่างลึกซึ้งมากขึ้นได้

ทั้งหมดนี้ครับ/ค่ะ