現(xiàn)代質(zhì)量工程三次設(shè)計()講.ppt

1,現(xiàn)代質(zhì)量工程,制造系統(tǒng)與質(zhì)量工程研究所西安交通大學(xué),2,五、面向質(zhì)量的設(shè)計三次設(shè)計,三次設(shè)計理論是日本著名質(zhì)量管理專家田口玄一博士于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立的一種系統(tǒng)化設(shè)計方法，其核心思想是在產(chǎn)品設(shè)計階段就進行質(zhì)量控制，試圖用最低的制造成本生產(chǎn)出滿足顧客要求的，對社會造成損失最小的產(chǎn)品。三次設(shè)計分為三個階段系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)設(shè)計(健壯設(shè)計、魯棒設(shè)計)容差設(shè)計,3,五、面向質(zhì)量的設(shè)計三次設(shè)計,三次設(shè)計理論系統(tǒng)設(shè)計是指根據(jù)產(chǎn)品規(guī)劃所要求的功能，利用專業(yè)知識和技術(shù)對該產(chǎn)品的整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能進行設(shè)計。其主要目的是確定產(chǎn)品的主要性能參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)及外觀形狀等重要參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)。參數(shù)設(shè)計又叫健壯設(shè)計。利用參數(shù)設(shè)計可以便用公差范圍較寬的廉價元件組裝出高質(zhì)量的產(chǎn)品，其實質(zhì)是利用產(chǎn)品輸出特性和元件參數(shù)水平之間的非線性效應(yīng)。容差設(shè)計的目的是確定各個參數(shù)容許誤差的大小。容差設(shè)計的基本思想是對影響大的參數(shù)給予較小的公差值，對影響小的參數(shù)給予較大的公差值，從而在保證質(zhì)量的前提下使系統(tǒng)的總成本為最小。,4,五、面向質(zhì)量的設(shè)計三次設(shè)計,三次設(shè)計理論,5,五、面向質(zhì)量的設(shè)計三次設(shè)計,三次設(shè)計理論和傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別對客戶需求重視程度不同傳統(tǒng)產(chǎn)品的研制和設(shè)計方法以工程師和經(jīng)理們的意見為主，而三次設(shè)計則以市場為牽引，以客戶的需求為難繩。設(shè)計目標(biāo)及評價標(biāo)準(zhǔn)不同傳統(tǒng)設(shè)計以產(chǎn)品滿足驗收標(biāo)準(zhǔn)的上、下限為目標(biāo)。三次設(shè)計則是以客戶所要求的指標(biāo)為目標(biāo)值，用參數(shù)設(shè)計方法來控制產(chǎn)品的質(zhì)量波動，使產(chǎn)品性能穩(wěn)定在目標(biāo)值附近，對產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的評價采用信噪比和質(zhì)量損失函數(shù)。著重點不同傳統(tǒng)設(shè)計在產(chǎn)品開發(fā)的設(shè)計階段投入不足；三次設(shè)計設(shè)計師的主要精力集中在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計階段。,6,五、面向質(zhì)量的設(shè)計三次設(shè)計,產(chǎn)品設(shè)計活動的分配,產(chǎn)品研制過程的工作量分配,7,五、面向質(zhì)量的設(shè)計三次設(shè)計,三次設(shè)計理論和傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別在工程更改的次數(shù)和分布上有明顯差別傳統(tǒng)設(shè)計在產(chǎn)品研制后期有大量的工程更改。按三次設(shè)計方式，大部分工程更改都出現(xiàn)在產(chǎn)品研制早期，而且在圖樣上進行，從而大大降低了成本，縮短了研制周期。,8,五、面向質(zhì)量的設(shè)計三次設(shè)計,三次設(shè)計理論和傳統(tǒng)設(shè)計的區(qū)別主導(dǎo)思想不同傳統(tǒng)設(shè)計方式是被動應(yīng)付式的，只有當(dāng)產(chǎn)品的問題暴露出來后才著手解決。而三次設(shè)計方式則通過采取各種手段，把可能出現(xiàn)的問題消滅在“萌芽”狀態(tài)，從根本上提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性。產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益不同,9,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計在產(chǎn)品質(zhì)量的形成過程中，由于受到很多因素（如人員、機器、材料、方法、環(huán)境等）的影響而發(fā)生波動，在設(shè)計過程中就需要考慮這些因素的影響，并盡量減小其影響，使產(chǎn)品的質(zhì)量特性對這些因素的變化不敏感，即提高產(chǎn)品質(zhì)量特性的健壯性。參數(shù)設(shè)計從設(shè)計質(zhì)量工程的角度保證產(chǎn)品的質(zhì)量性能，同時提高產(chǎn)品質(zhì)量對外界干擾的抵抗力，使得所設(shè)計的產(chǎn)品（或工藝）無論在制造和使用中當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù)產(chǎn)生偏差，或是在規(guī)定壽命內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生老化和變質(zhì)時都能保持產(chǎn)品性能穩(wěn)定。,10,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量特性具有波動性，引發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量特性波動的因素可分為兩類：可控因素。指確定的、易于控制的因素。噪聲因素。指隨機的、難于控制的因素。外噪聲是指產(chǎn)品在使用或運行中，由于環(huán)境和使用因素的差異或變化而影響產(chǎn)品質(zhì)量特性穩(wěn)定性的因素。內(nèi)噪聲是指產(chǎn)品在存放和使用過程中，隨時間的推移而直接影響產(chǎn)品質(zhì)量特性的因素。物間噪聲是指產(chǎn)品由于在生產(chǎn)中人、機、料等的差異而使產(chǎn)品質(zhì)量特性發(fā)生波動的因素。,11,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計的基本原理噪聲因素是引起產(chǎn)品質(zhì)量特性波動的主要原因，尋找改變產(chǎn)品質(zhì)量特性的噪聲因素并控制這些因素是不可能的或代價昂貴的。應(yīng)當(dāng)通過控制可控因素的水平，使產(chǎn)品對噪聲因素的敏感程度降低，從而使噪聲因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響作用減少或去除，實現(xiàn)提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。,12,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計的基本原理,參數(shù)設(shè)計要求達到兩個目的：（1）使產(chǎn)品質(zhì)量特性的均值盡可能達到目標(biāo)值（2）使由于各種干擾因素引起的質(zhì)量特性波動的方差盡可能小,13,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計使產(chǎn)品質(zhì)量特性的均值盡可能達到目標(biāo)值，主要方法有：通過產(chǎn)品的方案設(shè)計，改變輸入輸出的關(guān)系，使其功能特性盡可能接近目標(biāo)值。通過參數(shù)設(shè)計調(diào)整設(shè)計變量的名義值，使輸出均值達到目標(biāo)值。使產(chǎn)品的質(zhì)量特性波動的方差盡可能小，主要方法有：通過減小參數(shù)名義值的偏差，從而可以縮小輸出特性的方差。利用非線性效應(yīng)，通過合理的選擇參數(shù)在非線性曲線上的工作點或工作值，可以使質(zhì)量特性值的波動縮小。,14,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,一般參數(shù)設(shè)計要求達到兩個目的使產(chǎn)品質(zhì)量特性的均值盡可能達到目標(biāo)值通過產(chǎn)品的方案設(shè)計，改變輸入輸出的關(guān)系，使其功能特性盡可能接近目標(biāo)值通過參數(shù)設(shè)計調(diào)整設(shè)計變量的名義值，使輸出均值達到目標(biāo)值使由于各種干擾因素引起的質(zhì)量特性波動的方差盡可能小通過減少參數(shù)名義值的偏差，從而可以縮小輸出特性的方差利用非線性效應(yīng)，通過合理的選擇參數(shù)在非線性曲線上的工作點或工作值，可以使質(zhì)量特性值的波動縮小。,15,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,非線性效應(yīng)的一般原理,16,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,健壯設(shè)計可以分為4類田口健壯設(shè)計法響應(yīng)面健壯設(shè)計法工程模型健壯設(shè)計法成本質(zhì)量健壯設(shè)計法田口健壯設(shè)計的基本思想是以正交表為基本工具，用噪聲因素模擬各種干擾，以信噪比作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量特性健壯性的指標(biāo)，采用最合適的元部件，組裝成質(zhì)量上乘、成本低廉、性能穩(wěn)定可靠的產(chǎn)品,17,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,田口參數(shù)設(shè)計,18,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計階段是確定系統(tǒng)中各參數(shù)的最佳組合的階段參數(shù)設(shè)計利用正交試驗設(shè)計方法，處理系統(tǒng)的各參數(shù)與質(zhì)量特性值之間的非線性關(guān)系，通過選擇可控因素的水平，確定系統(tǒng)中元件或構(gòu)建參數(shù)的一組最佳組合，從而降低噪聲因素對產(chǎn)品質(zhì)量性能的干擾作用，達到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。,19,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計正交試驗設(shè)計試驗指標(biāo)，用來衡量試驗效果的特征量試驗因素，對試驗指標(biāo)可能產(chǎn)生影響的原因因素水平，因素在實驗中所處的各種狀態(tài)或所取得不同值根據(jù)R.A.Fisher的統(tǒng)計學(xué)理論，一個縮減的因素向量集具有與全集相同的統(tǒng)計意義。Taguchi提出正交試驗設(shè)計方法，用少量的試驗來研究整個參數(shù)變化空間的性質(zhì)。這一方法的最大優(yōu)點是，通過最有代表性的少數(shù)幾項試驗就能獲得可靠的試驗結(jié)果，且分析計算十分簡便。,20,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計正交試驗設(shè)計具有以下兩個特點：1）試驗點均衡分散2）試驗點整齊可比,3因素3水平的變化空間,21,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計正交試驗設(shè)計的試驗點之所以具有均衡分散和整齊可比這兩個特性，其根源還在于正交表的正交性。每一列各水平重復(fù)次數(shù)相等；任兩列水平組合重復(fù)次數(shù)也相等。,22,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計正交試驗設(shè)計的一般步驟為：明確試驗?zāi)康?，確定考核指標(biāo)；選取因素與水平，制定因素水平表；選擇合適的正交表，進行表頭設(shè)計；確定試驗方案，做試驗，記錄試驗數(shù)據(jù)；對試驗結(jié)果進行直觀分析或方差分析，選取優(yōu)化方案；驗證試驗，最后確定最終方案。,23,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,4因素3水平的直觀分析表,24,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,信噪比S/N一般是指因素的主效應(yīng)與誤差效應(yīng)的比值望目特性的信噪比S/N計算式望小特性的信噪比計算式望大特性的信噪比計算式,25,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計案例,設(shè)計實例是機車發(fā)動機的連接部件，它是由一個彈性聯(lián)接件和一個尼龍管裝配而成的。質(zhì)量設(shè)計的目標(biāo)是盡可能增大該聯(lián)接部件的牽引力。,26,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計案例,可控因素的9種組合方式,噪聲因素的8種組合方式,27,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計案例,正交試驗結(jié)果,最佳因素組合為(A2，B2，C3，D1),28,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計案例,29,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計案例,30,五、面向質(zhì)量的設(shè)計參數(shù)設(shè)計,參數(shù)設(shè)計案例,綜合考慮之后確定的因素水平組合為(A2，B1，C3，D1),31,五、面向質(zhì)量的設(shè)計容差設(shè)計,容差設(shè)計容差設(shè)計的目的是在參數(shù)設(shè)計給出最優(yōu)條件的基礎(chǔ)上，確定各參數(shù)最合適之容差，即在考慮各參數(shù)的波動對產(chǎn)品質(zhì)量特性值影響之后，從經(jīng)濟角度考慮是否需要對某些參數(shù)之容差給予調(diào)整，使產(chǎn)品的總損失，即質(zhì)量損失和成本損失之和達到最小，確定各參數(shù)最合適之容差。,32,五、面向質(zhì)量的設(shè)計容差設(shè)計,參數(shù)設(shè)計質(zhì)量波動損失異常波動損失，質(zhì)量特性值的波動超出容差范圍而造成不合格品流入市場或報廢給用戶和社會帶來的損失。正常波動損失，質(zhì)量特性值的波動未超出容差范圍生產(chǎn)出合格品出廠供應(yīng)市場給用戶和社會帶來的損失,33,五、面向質(zhì)量的設(shè)計容差設(shè)計,質(zhì)量損失函數(shù)根據(jù)Taguchi質(zhì)量觀，產(chǎn)品不滿足規(guī)范要求會造成損失，產(chǎn)品滿足規(guī)范要求也會造成損失，只有當(dāng)產(chǎn)品質(zhì)量特性嚴(yán)格處在目標(biāo)值