【原创】九大防错设计指南

1. 思考

在文章开始之前，我想问大家两个问题：

• USB接口可以防错吗?

• USB接口的使用感觉如何？是一个好的防错设计吗？

我猜您的回答是：

• USB接口可以防错，因为每次插反了就插不进去；

• 使用感觉不好，因为经常会插反，不得不再插一次，有的时候甚至得插三次。这不是一个好的防错设计。

（USB需要插几次才能插 进）

从用户体验角度看，USB接口的防错设计被称为最愚蠢的设计。

如果类似USB接口的防错设计用在生产线上，那么操作员在组装零件时插入两三次才能插对，这不但严重影响生产效率，增加组装成本，也容易造成产品质量问题，同时也是对操作员的精神折磨，因为他们每天同一动作会做成千上万次，每次都需要仔细去看，仔细去对齐，能不神经衰弱吗？

有多少次您在使用U盘时或者用钥匙开门时，拼命压抑住心中的熊熊怒火？

这引出了本章的主题：产品设计不但要防错，而且要做到最好的防错，从而减少装配时间，降低装配成本，同时使得操作人员和消费者的用户体验最好。

 2. 背景

一提到防错（poka-yoke），大家首先想到的是产品生产部门的事情，与产品设计无关。网上搜索防错相关资料，您会发现99.99999%是讲如何从制程入手来进行防错，如下图所示：

（传统观念任务防错主要生产部门的事情）

但是，与传统的认识相反，作者认为：防错首先是产品设计的事情，然后才是生产部门的事情，只有当产品设计无法进行防错或者成本较高时，才考虑从制程进行防错。

本篇文章将会讲到9大防错设计指南：

• 零件仅具有唯一正确的装配位置

• 零件的防错设计特征越明显越好

• 合并相似零件

• 夸大零件的不相似性

• 设计对称的零件、提高零件对称度

• 夸大零件的不对称性

• 设计明显防错标识

• 最后的选择：通过制程来防错

• 最完美的防错是不必防错

3. 防错的定义

防错是指通过产品设计和制程管控来防止错误的产生，意即在错误发生前即加以防止。

防错起源于日本，Poka-yoke

Poka：ぽか、（俗语）（因粗心而作出意外的）蠢事、错误

Yoke：よけ（余け，避け）、（接尾词）防、挡、遮，指为免受其害而备 置的东西

Mistake-proof，Error-proof

台湾人称之位防呆法，意即一个呆子来操作也不会发生错误。这是一个非常形象的表达。

墨菲定律：可能出错的事情终将出错，哪怕这种可能性只有0.001%。

对产品设计来说，墨菲定律意味着：如果零件在装配时可能存在多个装配位置，无论在生产线上进行何种管控，或者对消费者进行何种教育，终究会装错。

防错设计指南#1： 零件仅具有唯一正确的装配位置

防错设计基本原则：

零件仅具有唯一正确的装配位置，当零件具有多个装配位置时，应当设计特征阻止零件被装配到其它不正确的位置。

防错的对象有两种：

• 零件本身的装配；防止零件在对应的装配位置装错

• 零件与零件之间；防止零件装配在其它零件对应的装配位置

当两个零件通过螺钉固定，很容易进行如下图所示的设计。在三维图中，零件之间的相对位置很正确。在做样品过程中、小批量生产过程中，由于产品设计工程师一般会全程参与并指导装配，那么零件也不会被装错。

（原始的设计）

但是，一旦产品大批量生产后，或者因为操作员培训不到位，或者因为操作员刚刚接了一个电话，或者因为操作员刚刚失恋、心情不好。。。。。，就非常有可能把零件装配到错误位置。

那么，上面零件有多少种可能的装配位置呢？

操作人员可能装配成以下四种，其中只有第一种才是正确的。

（四个装配位置）

需要在两个零件上增加如下图所示的阻止特征，零件才具有唯一正确的装配位置，无论操作人员在何种状态下， 都不可能把零件装配到错误位置。

（改进的设计）

（设计阻止特征）

设计阻止特征、使得零件仅具有唯一正确的装配位置，案例很多，如下：

（USB接口）

（PS/2接口）

防错设计指南#2： 防错特征越明显越好

零件的防错设计特征越明显，防错效果越好。

防错特征不明显，需要操作人员的反反复复的识别和调整，浪费大量装配时间，不但容易造成产品质量问题，还使得装配成本增加。

（防错特征不明显，让人抓狂）

防错特征不明显的案例：（PS/2接口）。

十几年前电脑的鼠标和键盘接口是使用PS/2接口，在接入鼠标和键盘时，必须把插头上的凸起与插座上的缺口仔细对齐，否则很难插上。

用过PS/2接口的朋友一定体会过连接鼠标和键盘的痛苦。

正因为如此，已经全面被USB接口替代。

（PS/2接口）

防错设计指南#3： 合并相似零件

在产品中，如果存在相似零件时，尽量把相似零件合并。合并相似零件不但可以节省相应的模具、治具和库存等成本，还可以避免因为零件太过相似而把零件装配到错误的位置。

（把相似零件合并成一个零件）

防错设计指南#4： 夸大零件的不相似性

如果两个零件太过相似，这会造成：

• 操作人员不容易区分，增加装配时间，使得产品装配成本增加；

• 容易把零件装配在错误的位置，产生装配质量问题。

（这就尴尬了）

（哥们，把球给我踢回来一下！）

如果相似零件不可避免，则应尽量夸大零件的不相似性：

（夸大零件的不相似性）

零件应具有独特性，这样就会节省装配过程中寻找零件的时间、以及避免出现装配错误等情况。

防错设计指南#5： 设计对称的零件、提高零件对称度

完美的零件是完全对称的零件：

• 零件完全对称，任何角度都可装配，减少操作人员的装配调整时间，减少产品整体装配时间；

• 零件完全对称，可以进行盲装，大幅提高装配效率；

• 有关消费者操作的零件如果完全对称，可提高使用人性化，提高用户体验度。

典型案例包括耳机接口，是不是闭着眼睛就可以把耳机准确插到手机上？

（耳机接口）

如果完全对称的零件无法获得，则尽量提高零件的对称度。

（对称度）

提高零件的对称度）

防错设计指南#6： 夸大零件的不对称性

零件如果存在微小的不对称性，会产生以下后果：

• 容易装错，把零件装反，产生质量问题；

• 需仔细对齐，增加装配时间，降低装配效率，增加装配成本。

如果零件的对称性无法获得，则宽大零件的不对称性。

防错设计指南#7： 设计明显防错标识

如果零件防错特征很难设计，至少需要在零件上做出明显的防错标识，指导操作人员的装配、或者告诉消费者的使用，这些标识包括符号、文字和鲜艳的颜色等。

（文字防错）

（符号防错）

防错设计指南#8： 最后的选择：制程防错

当通过产品设计进行防错造成产品成本高昂、甚至无法通过设计进行防错时，可以通过产品的制程管控来防错。此时，产品设计工程师应当把防错的要求准确清晰的告诉制程工程师。

制程防错：

• 改变或增添工具、工装

• 改变加工步骤

• 增加使用清单、模板或测量仪

• 执行控制图表

防错设计指南#9： 最完美的防错是不必防错

下图所示的防错方法哪一种最好：

（哪一种防错最好？）

从作者的亲身体验来看：

• PS/2接口最差，因为必须仔细对齐，基本上要做到分毫不差，才能准确插入；防错特征非常不明显，需要花大约1分钟才能插好；

• VGA接口次之，不用非常仔细对齐；防错特征较明显；需要花大约30秒钟插好；

• USB接口稍好，大致对齐即可；防错特征很明显；需要花大约15秒钟插好；

• 如图所示的电源接头最好，不用对齐，在轴向上零件完全对称，可基本上做到盲插；需要花大约2秒钟即可插好；

对于大批量生产来说，生产线上的每秒钟不但影响着产品产能，同时一秒钟的流失意味着产品成本的增加。如果一个生产线上有10个操作员，每个操作员小时费率为30元/小时，那么一秒钟就价值约0.1元。产品年产量如为1000万台，则每年可节省100万人民币，千万不要小看每一秒的价值。具体计算方法请参考9月出版的《面向成本的产品设计：降本设计之道》。

对于消费者使用的产品来说，这关系到用户体验。产品防错设计不好，老是会插错，浪费时间和精力，那么消费者以后就再也不会购买您的产品了。

对于防错设计指南#1~8，防错级别如下图所示。

（防错级别）

对于防错，希望能够做到完美的防错：

• 零件根本就不必防错；

• 不仅仅可以阻止错误的产生，还可以阻止产生错误的念头；封建王朝最“伟大”的“创新”--太监，正是这一理念的完美体现；

  

  （最古老的防错方法）

• 真正的做到防呆的设计，就算一个真正的“呆子”来操作也不会发生错误；

• 最人性化的设计，具有高用户体验度的设计；

  我们对于防错设计的要求：

• 不仅仅要做到防错，而且要做到最完美的防错！

• 如果无法实现完美的防错，我们也需要尽量提高防错的级别！

 这就是苹果使用Lighting接口、而不是Micro-USB接口的原因。

（Lighting接口）

而最新的USB3.1接口已经抛弃原来的最愚蠢的防错设计，提高了零件对称度，正反均可以插。

（USB3.1接口）

参考书籍：《面向制造和装配的产品设计指南》，钟元著，机械工业出版社