【专业知识】日本教材：公差设计的循环改进及三维公差分析软件
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本篇内容接昨天的第一篇图文：日本教材讲解：公差设计的本质、实践中的问题及公差设计的优点
本篇主要包含下面三点内容：
· 公差设计的ＰＤＣA（循环改进）
· 公差设计和几何公差（ＧＤ＆Ｔ）
· 应用于三维公差分析软件
在上次的特集中，从“什么是公差？”开始解说，介绍了其重要性和优点。这次再稍微深入，主要说明“应该如何实践公差设计？”。
公差设计的ＰＤＣＡ
在上次的“公差设计１”的特集中，说明了加工某个零件的情况下，尺寸和形状方面必定会发生偏差。
基本上，该偏差会以目标尺寸等为中心上下波动。
综合考虑产品的规格和成本等，并决定该偏差的容许范围（＝公差）的做法就是公差设计。
公差设计的核心是“决定数值”，但如果就这样结束的话，就无法提高公差设计的实力。
实际上，并没有充裕的时间多次实施加工和组装，同时通过试行错误来决定公差。
但是，零件或产品制造好之后，必须评估设置的公差值是否合适，并反馈到下一个产品中。
这就是“公差设计的PDCA”。
■ 公差设计的PDCA
接下来将逐一说明公差设计的PDCA。
＜Plan＞
综合考虑质量和成本等，把握好平衡性并决定公差值的公差设计，相当于PDCA的“Plan”。
■ Plan的示意图
＜Do＞
仅仅决定了数值是无法制造出物品的，所以必须将设计者的意图正确传达给下道工序。
只有尺寸及其偏差的容许范围，不能严格地传达其形状。无论如何总会出现不能完全传达的部分。该零件和产品应该是什么形状？
并且，哪个部分的形状会影响质量，是不是应该重点管理的部分？
“图纸”作为传达设计意图的手段，在其上面正确表现公差设计和形状信息的就是PDCA的“Do”。
■ Do的示意图
特别是最近，还包括国际三维制图的要求在内，可以正确传达设计意图的几何公差方式的重要性正在增加。
什么是几何公差方式
几何公差是制图用语的一种，是用来定义加工物的几何学形状的表述形式。
以理想形状为基础，用符号和数值规定允许多大程度的形状误差。
*GPS(Geometrical Product Specifications ”产品的几何特性规格”)：这个标准作为世界统一系统开始运用。
GPS标准的核心是“几何公差”，几何公差已成为图纸的“世界通用语言”。
＜Check＞
按照设计意图进行加工，并确认组装后的产品状态，这就是PDCA的“Check”。
这里不是确认单个产品的OK/NG，而是收集必要和足够数量的数据，有必要了解误差是如何分散的（工序能力）。
■ Check的示意图
＜Action＞
像这样分析收集的信息，并将公差设计反映到下一个产品中的做法就是PDCA的“Action”。
确认设置的公差值是否符与工序能力相匹配，或者公差的表现方法是否合适等，若有不足之处，会进行修正。
像这样一边切实运用公差设计的PDCA，一边提高公差的“质量”，对于公差设计的实践而言是非常重要的举措。
公差设计和几何公差（ＧＤ＆Ｔ）
正如“公差设计的ＰＤＣＡ”中介绍的那样，公差设计和几何公差标记有着密切的关系。
没有设计者的意图就不可能有公差设计，若要正确传达该意图，几何公差不可或缺。
用以下图纸为例，详细说明其关系。
这就是公差设计和几何公差＝GD&T（Geometric Dimensioning ＆ Tolerancing：几何公差设计法）。
通过改善图纸来降低成本
从上述“公差设计和几何公差”的例子中可以看出，图纸不完善会导致成本增加。
通过修改并改善现状图纸，即可消除返工，从而降低成本。
·有没有无用的公差？
·形状定义中有没有不明确的部分？ etc.
用这个图纸想象一下会完成怎样的产品？ 是不是想象在平行移动的面上加工的情况？
实际上，上面的图纸也能做成下图所示的形状。
若设计图纸不充分，就会直接引起问题（成本上升）。
若要消除上述故障造成的返工情况，必须将设计意图正确表现在图纸上。
迷你专栏 公差设计技能认定制度
日本企业为了实现全球化产品制造，无论在哪个国家制作零件，在哪个国家组装，最终都必须完成相同质量的产品，因此必须掌握很高的公差设计技能。
将这样的公差设计技能定量化，并可以客观判断的制度就是公差设计技能认定制度。
该制度认定技能水平，并给合格者发放判定书，并发放成绩单，在其中详细记载考生每个事项的得分倾向和达成水平方面的评语等。
应用于三维公差分析软件
前一章节的关注点是图纸的缺陷。设计人员所设计的图纸，现在正迎来历史性的转换期。
设计图纸的变迁
因此，在时代向3DA模型（3D单独图）发展的过程中，公差设计中三维公差分析软件的需求也不断高涨。
现在，可以使用三维ＣＡＤ赋予的公差值直接进行分析，也可以将公差讨论后的结果直接反映到模型数据中。也能在三维ＣＡＤ上无缝地实施公差分析。
＜三维公差分析软件的示意图＞
※ 介绍某个软件的一部分功能。
（上图）在一个产品中分析多处的时候，进行综合评估，然后自动计算各零件的最佳公差。
（上图）利用直接数据执行蒙特卡罗模拟方法* 。
*蒙特卡罗模拟方法，是用来模拟产品组装时的实际偏差的分析方法。
机械工程师总结：关于公差设计的两篇图文是转自米思米官网的技术文章，仔细看内容，我猜想这应该是日本国内关于公差设计培训的一些推广文章，因为它只讲了一些概念和观点，并没有讲解实际的操作和理论（估计主要是引导大家报名培训）。之所以推送给大家，是因为觉得文章讲解的内容非常实际，比如现在年轻工程师大多数不懂公差设计，3D设计软件功能强大逐渐改变了以往的制图方式，公差设计的实践方式也有巨大改观，这些都是现代设计人员要面临的问题，也是制造行业应该重视及积极应对的问题和改变。希望读到此文的机械工程师们能以此为契机主动去学习公差设计，读到此文的主管或者公司领导能据此提升对公差设计的认识和重视。
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