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哦，嘿——我引起了你的注意!我猜是标题中的5oh - 1，而不是你可能已经熟悉的101个(自我击掌为工程师大卫试图成为一个营销人员)。
欢迎阅读我的文章(TED演讲吗?)。在这里，我将向您介绍如何设置公差堆栈，为什么首先要做公差堆栈，最重要的是，如何确定您已经完成了公差堆栈。
当我们浏览这些示例时，我建议下载这个自由的公差堆栈计算工作簿，这将使您能够计算自己的公差堆栈。
基础更新:什么是公差堆栈?
你们可能在第一次工程导论课的作业中做过关于一个组装的公差堆积，这可能感觉有点无意义，因为它不是一个组装你所以成功=课程学分。现在你在现实世界中，坚实的容忍度是成功和失败的区别。
公差栈的基本概念是简单的加法和减法。对于每一堆零件，你会问:我在组装过程中从一个零件到另一个零件的变化会不会导致我的设计出现故障?
这超出了以下问题的范围:1)我的部件能装配/装配好吗? 2)它能正常工作吗? 3)步骤(1)和(2)能重复做吗?当大多数人谈论容忍堆栈时，他们可能只解决了这些步骤中的一个，但是所有三个就是你要去的地方!
例如，你可能会问:
- 旋转编码器盘是否离PCB接收器太近或太远?
- 方钉能塞进圆孔吗
让我们从一个简单的例子开始。
从一个简单的例子开始:线性轨道
这里有一些CAD的例子来帮助我们开始分解公差堆栈过程:从GrabCad的线性轨道。所以让我们假设我们需要为这个组装做公差堆栈-我们从哪里开始(记住，这更多的是一个过程，为您作为设计工程师产生可重复的结果)?
分解子系统
对于一个大问题，我喜欢做的第一件事是把它分解成一系列更小的问题，或子系统。怎么做呢?有时有一个超级逻辑的方法，有时你只是选择一些东西，然后开始。今天,伙计们，我们是现场直播(李-罗伊·詹金斯!)让我们开始吧。
在下图中，你可以看到这个线性轨道的子系统:
创建交互地图
另一种分解的方法是在子系统或部件之间创建交互映射。如果你对一项技术或团队不熟悉，这将是一个很好的开始，帮助你了解什么是什么，并引导你:”注意到这一点”或“你能解释一下为什么会这样吗“所有的观察都能让你了解工程强迫症。”为什么”?
简单地说，这是公差堆栈的头、肩膀、膝盖和脚趾。问问你自己:什么和什么有关?
继续这个例子，让我们从顶轨开始(名字很巧妙，我知道)。
从这个快速的分解中，我至少看到了顶部栏杆和其他部分之间的一些明显的相互作用。你也可以使用Solidworks中的“分解视图”。再强调一次，记住你只是试图以对组装的理解作为起点。
一旦您设置了一个简单的交互图像，您就需要通过查看每个交互线来布局哪些交互需要一个公差堆栈。很有可能在交互线中有一个公差堆栈。使用这种方法的另一个原因是，它还可以帮助你和你的质量工程师避免重复工作DFMEA(设计失效模式影响分析)。
让我们先看看底盘(紫色图像)和顶轨。如果你在做一个容忍度堆栈，你是在尝试减少风险，所以要把它归功于自己!风险可以通过手工计算、模拟或测试(根据风险的不同，有时三者同时进行)来降低。
确定更深层次的交流
下面我将给出一个重点领域的横截面，并开始思考哪里可能会出错，或者哪里有更深层次的互动。
创建你的容忍积分卡
接下来，创建一个表作为每个公差堆栈“记分卡”的基础。这最终将是一个很大的公差堆栈列表，可能导致与设计相关的某种类型的风险——无论是功能还是简单的组装。
| 的名字 | 描述 | 失败(年代) | 肌酸磷酸激酶 |
| TR-1 | 顶部导轨槽宽度到底盘底座导向翼宽度 | 翅片宽度太宽-不能适应TR槽;导致导轨与底盘底座磨擦;翅片太窄- n/a | 2部分符合 |
| TR-2 | 上轨中心螺纹到螺钉上 | 螺丝钉不适合或没有螺纹 | 2部分符合 |
| TR-3 | 顶轨车轮斜面宽度与底盘斜面车轮间距 | 太窄-底盘会脱离轨道;太宽-底盘不会移动或移动不顺畅 | TBD |
| TR-4 | 上轨车轮斜面宽度到底盘斜面车轮高度 | 太窄——底盘无法移动或移动不顺畅;太宽——底盘位置低于预期(可能导致碰撞或脱轨) | TBD |
| TR-5 | 上轨内中心梁表面到底盘翅片底部的间隙 | 翅太高-底盘不能移动或移动不顺畅;翅太短-无 | TBD |
注意:实际上，本例中的顶轨和底盘都是现成的组件，因此需要这样做CpK分析是没有意义的。就以这个为例吧!
在上面的表格中，你可能看到过“CpK”，并认为“dat什么?”然后继续阅读本文!
什么是Cpk?
Cpk是一个统计度量，它告诉您给定流程的能力。你可以在这里得到一些基本的公式ISIXSIGMA．而Cpk给你的信息是这个过程在未来(假设它仍然处于统计控制状态)，Ppk告诉您流程是如何在过去的．你不能使用Ppk作为预测测量的原因是过程没有处于控制状态;当过程处于统计控制时，Cpk和Ppk值将收敛到几乎相同，因为sigma和样本标准差将是相同的(f检验)。
以下是Cpk和Ppk之间的进一步细分:
肌酸磷酸激酶:
- 仅能解释子组内的变化
- 不能解释子群体之间的任何转移和漂移
- 有时被称为“潜在能力”，因为它反映了在规格范围内生产零件的过程的潜力(假设随着时间的推移子组之间没有变化)
Ppk:
- 解释了所采取的所有测量之间的总体可变性
- 理论上既包括子群内部的变异，也包括子群之间的转移和漂移
- 在一天结束的时候，你在哪里
将Cpk付诸实践:车库实例
所以让我们把这些定义应用到实践中来进一步理解它。
在本例中，车库定义了规范限制，而汽车定义了流程的输出。如果你的车只比车库小一点点，你最好把它停在车库的中间(说明书的中心)，如果你想把所有的车都停在车库。
如果汽车比车库宽，你是否把它居中没有关系;不适合(Cpk低于1)。
如果车比车库小很多(六西格玛过程)，你把车停在车库的正中间没有关系;它会合身，而且你两边都有足够的空间。
如果您有一个过程是受控的，并且变化很小，那么您应该能够轻松地将汽车停在车库内，从而满足要求。
Cpk告诉你车的大小，车库的大小和你把车停在车库中间的距离之间的关系。价值本身可以被认为是过程(汽车)在达到最近规格限制(车库门边缘)之前可以扩大的数量。
- Cpk = 1/2意味着你已经嘎吱嘎吱地靠近门的边缘，那些镜子都不见了(哎哟!)
- Cpk = 1表示你只是接触到最近的边缘(镜子)
- Cpk = 2意味着你的宽度在接触之前可以增加2倍
- Cpk = 3意味着你的宽度在触摸之前可以增加3倍
那么我们为什么要这样做呢?
好了，现在我已经解释了Cpk是什么以及它如何帮助预测你的设计的稳定性，下一个层次的思考过程是……为什么?你在做耐受性堆栈——很棒——但你一开始为什么要这么做?
这是因为你可能会担心一些事情，从工程学的角度来说，这是一种风险。第一步是描述你的风险和/或失败模式。你的设计会出什么问题?例如:
- 手指会被捏吗(轻微/中度风险)?
- 手指会被切断吗(严重风险)?
- 是否有小碎片会导致儿童窒息/死亡(严重危险)?
- 它会导致整个飞机坠毁，造成大量人员伤亡吗(灾难性事件)?
所有这些级别和定义可能因公司和行业而异。下一步是确定这种风险发生的可能性有多大。
和简讯:第一步就是作为工程师，我只是做个有根据的猜测．在更大的组织中，有一个完整的团队专门研究风险水平。但作为工程师，你的工作总是降低风险(保护用户，保护业务，保护产品)。这些事情也可能与安全无关。它们可以包括基本功能、客户满意度、直观性等等。
例如，如果汽车或枪支符合与医疗设备相同的标准，则在发现使用不当或用户无法控制产品的预期用途以达到预期设计结果时，将予以召回。
将风险区域与理想的Cpk结果联系起来
我接下来的两个表将“风险区域”与您想要的Cpk结果关联起来。
看看这两个图表，你可以看到Cpk与风险发生的概率之间的关系!
(好的，在这里停下来看看图表，重读部分，让它理解……)
如果你明白这一点，那就拍拍自己的背——你刚刚提升了!
公差的平方和堆栈
嗯，回到公差堆栈…
接下来，我们将转向一个来自Fictiv客户的真实示例，该客户需要一个公差堆栈来确定适合问题的根本原因。
在这个例子中，我们将讨论RSS(平方根)公差堆栈，因为几乎每个工程师都可以访问电子表格。
在我们开始关于RSS堆栈的一些简单的事情之前:
- RSS公式最有可能使用alpha = 1(这个可以改变;见文章)
- 假设正常(您最终需要检查这一点，因为垃圾输入=垃圾输出)
- 你至少需要三维或更多的空间。RSS不适合于两部分。(如果你一定要知道原因，请阅读这篇论文华盛顿大学弗里茨·肖尔兹教授的观点，做一些数学计算)
要获得更多的基本级别公差堆积信息，看看这张科幻工作室的幻灯片．
真实世界示例:便携式坐浴盆产品的公差堆栈
好了，闲话少说，让我们来看看真实世界的例子吧!
我在Sonny的朋友Zach允许我分享一些他正在开发中的产品的图片(点击这里查看他的indiegogo)。
该产品一直难以将流体罐滑进设备。见GIF和放大图片的帽子下面。
这里的第一步是做一个公差堆栈作为根本原因;这种现象已经被看到，罐子卡住/卡住或很难翻译。
所以我有一个“可能”发生率的工程问题(就像它在前10个设备中看到的那样)，如果这个故障发生在已销售的产品或生产线上，它会使设备无用。所以从产品的角度来看，这很“严重”。
接下来看Cpk图表(表2)，我要看“严肃”一栏。看着不同的颜色，我希望在绿色区域“可接受”或黄色区域“尽可能低”。如果你不能进入这些区域，这可能意味着设计上的改变或某种类型的过程步骤交给了制造团队降低/控制风险是必要的。这就是为什么在橙色或红色区域的任何事情都需要内部团队/管理评审或跨职能团队评审，以让每个人都了解情况并找到解决方案。
以下是我总结的步骤:
- 为了完全控制风险，我应该对设计进行计算和/或测试，以证明进展(或进行设计更改以消除问题;有时候，如果我能得到1.33 CpK或更好的值，从“calc”的角度更容易知道我的容忍堆栈已经完成了)。
- 我取了一个罐的横截面，并表明我不希望“绿色”盖子能够突出在主罐体的滑动表面之外(用紫色箭头显示)。
- 我用公差堆栈方法完成了这个循环。
你可以在这里下载我们的免费公差堆栈计算工作簿作为模板来执行自己的容忍堆栈。
当你做循环时，你创建了你的图像，你需要记住你必须选择一个方向(在我的例子中，向左是正的);干扰是消极的。
在这个例子中，我从已经创建的图纸(或CAD，如果没有)中采取措施，并使用公差堆栈来检查图纸是否有所有适用的信息。表格中的“橙色”单元格是为了让我记住它们不在图纸上——这意味着风险没有得到控制。管理风险的方法将是加大力度。然后试图控制风险。
在此设计中，还需要为Cpk分析设置限制。重要的是，当设定限制时，它是针对你试图解决的直接问题或你用箭头确定的条件的。你正在寻找一个间隙，这个间隙需要大于0，这样如果它是负的，盖子就不会拖动筒体。
所以理论上，如果这个部分消失了，间隙会是无穷大，但它不会拖拽所以这是这个问题的理论解决方案。但是对于这个，我可以说我的USL(上限)是5.1——只要它大于0就没有关系。我的下限(LSL)是0。
从结果中我们可以看到，规格下限被计算在1.58。这不是我退休所需要的风险。
现在你可能想知道图表里的数字是什么意思。这些是“影响者”，如果你在做CETOL或vis-vsa分析，这些3D公差堆栈软件会按百分比告诉你是哪些维度驱动了你的结果。如果您使用这些工具，并在方框中看到在我们的示例中等于或大于30%的内容，那么这就是一个直接的关键维度!同样，您的目标是尝试通过工程图纸控制或设计更改来消除这个问题。
以下是Cpk到风险严重程度图表，以供参考:
现在我已经欺骗和搅乱了我的容忍，我可以看到我并没有得到想要的结果。那么我该怎么做呢?我回来计算我的方程式，以确定我需要什么:
现在，您知道您的名义间隙需要是什么，以驱动您的设计在“尽可能低”的区域。你可以对Cpk值为2(名义值= 0.3162mm)重复此操作，如果它没有引入另一个风险，那么就这样做。消除它，避免“你为什么这么做?四个月后你们的制造团队会感到羞愧。
如果你是一个需要言语强化的人，请加入我们的网络研讨会我们将详细讲解!如果你需要制造那些紧公差的CNC零件，请检查Fictiv．
