第五章 SN比試驗(yàn)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品三次ppt課件

1、第五章 SN比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與產(chǎn)品三次設(shè)計(jì) 5.1 信噪(SN)比及其定義式一 信噪比的提出 信噪(SN)比是一個(gè)通訊學(xué)中的一個(gè)概念，是指接納到的信號(hào)其中含有噪聲之中，有用信號(hào)的功率同噪聲功率的比值即： 信噪比越大越好。 信噪比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的新開(kāi)展，是尋覓較優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、較好的工藝參數(shù)搭配和最宜消費(fèi)條件的一種現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和質(zhì)量管理優(yōu)化技術(shù)。. 信噪比設(shè)計(jì)是日本的田口玄一博士首先提出的，他把信噪比的概念引入實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，用于系統(tǒng)或產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、計(jì)量測(cè)試的誤差分析、動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)以及工藝設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等，在工業(yè)消費(fèi)和科學(xué)研討中獲得顯著的實(shí)效，處理了很多實(shí)踐問(wèn)題。 二 信噪比

2、的定義式 在丈量過(guò)程中，丈量質(zhì)量特性值較大的產(chǎn)品，其絕對(duì)誤差較大；丈量質(zhì)量特性值較小的產(chǎn)品，其絕對(duì)誤差較小。 規(guī)范偏向或極差，反映質(zhì)量特性值動(dòng)搖的絕對(duì)值大小，而實(shí)踐丈量中，還應(yīng)思索質(zhì)量特性值相對(duì)動(dòng)搖大小?，F(xiàn)實(shí)上，方差是隨著平均值的變化而變化的，為了表示方差的這種相對(duì)變化量，對(duì)于非負(fù)量如分量、強(qiáng)度等，采用變異系數(shù)CV來(lái)表示： . 上式中， 是由于實(shí)驗(yàn)或丈量中，誤差要素存在而產(chǎn)生的表征數(shù)據(jù)的分散度的統(tǒng)計(jì)特征值故稱為誤差規(guī)范差，其方差那么稱為誤差方差。 CV大小由規(guī)范差與均值的比值決議。產(chǎn)品特性值越分散，即 越大，那么CV值也越大，闡明產(chǎn)質(zhì)量量越差；反之，那么CV值越小，闡明產(chǎn)質(zhì)量量越好。因此，變異

3、系數(shù)CV是衡量產(chǎn)質(zhì)量量?jī)?yōu)劣程度的一個(gè)目的。 假設(shè)采書變異系數(shù)CV的倒數(shù)，即. 越大，產(chǎn)品的質(zhì)量分散度越小，質(zhì)量越好。反之，質(zhì)量越差。 變異系數(shù)CV表示產(chǎn)質(zhì)量量特性值的不穩(wěn)定程度，或者說(shuō)不良程度； 表示產(chǎn)質(zhì)量量特性值的穩(wěn)定程度，或者說(shuō)優(yōu)良程度。 在正交實(shí)驗(yàn)中，n種實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為 y1、y2、yn那么其平均值及方差、規(guī)范偏向的計(jì)算式為:. 定義： 為信噪比實(shí)驗(yàn)中的信噪比即SN比,這是由于樣本平均值 是總體均值 的一個(gè)估計(jì)，其中有誤差的存在，有上式定義只是為了更加準(zhǔn)確地對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)展評(píng)價(jià)。 實(shí)踐上通常采用分貝值來(lái)表示信噪比，即：. 5.2 信噪比計(jì)算式的幾種類型 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，普通把產(chǎn)品

4、的質(zhì)量特性值分為如下幾種： 1望目特性值：質(zhì)量特性值存在固定的目的值m。( )，希望特性值圍繞目的值動(dòng)搖且動(dòng)搖越小越好。例如，零件的幾何尺寸，穩(wěn)壓電源的輸出電源等。 2望小特性值：質(zhì)量特性值不取負(fù)值，希望特性值越小越好，且動(dòng)搖越小越好。其期望值為0，如丈量誤差等。 3望大特性值：質(zhì)量特性值不取負(fù)值，希望特性值越大越好，且動(dòng)搖越小超好。其期望值無(wú)限大，即E(m0) 。例如，資料的強(qiáng)度，電視機(jī)壽命等。 . 上述望目、望小、望大特性值統(tǒng)稱為靜態(tài)特性值。 4動(dòng)態(tài)特性值：質(zhì)量特性值存在可變的目的值，當(dāng)施以信號(hào)時(shí)，目的值隨之改動(dòng)希望特性值盡能夠同目的值吻合且偏向越小越好。例如，司機(jī)有了轉(zhuǎn)彎的念頭并確定目的

5、值后，就支配方向盤轉(zhuǎn)彎，方向盤的轉(zhuǎn)向角是信號(hào)要素，轉(zhuǎn)彎半徑就是動(dòng)態(tài)特性值。 在SN比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中，針對(duì)產(chǎn)品要求不同的質(zhì)量特性值，SN比計(jì)算式將采取不同的表達(dá)式。.望目特征值的SN比的計(jì)算 設(shè)產(chǎn)質(zhì)量量特性值y是一個(gè)隨機(jī)變， 的無(wú)偏估計(jì)分別是 但 不是 的無(wú)偏估計(jì)，兩者之間有誤差。 經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)實(shí)際的一系列推導(dǎo)，可以得出： 假設(shè)令： 那么：. 式中： 代入SN計(jì)算公式有望目特性值SN比計(jì)算式： . 二 望小、望大特性值的SN比計(jì)算式 望小特征值的SN比為： . 望大特征值的SN比的計(jì)算式： 5.3 SN比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)運(yùn)用實(shí)例一、減少水泵閥頭部位損的SN比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 本實(shí)驗(yàn)選定5個(gè)2程度要素(表52)，同時(shí)調(diào)

6、查交互作用AXB、AXC。質(zhì)量特性值y為磨損量(um)，希望越小越好。 .1選擇正交表，進(jìn)展表頭設(shè)計(jì) 為了選樣適宜的正交表，首先進(jìn)展各要素和交互作用的自在度計(jì)算： 總自在度: 要求的實(shí)驗(yàn)次數(shù): . 選取L8(27)正交表安排實(shí)驗(yàn)，對(duì)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)號(hào)分別進(jìn)展8次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，測(cè)得磨損量分別用R1-R8表示。表頭設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)方案及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表5-3所示。. 本實(shí)驗(yàn)考核目的是磨損量，由于磨損量均希望越小越好，即目的值為零，因此 8次實(shí)驗(yàn)的磨損量同樣重要，因此計(jì)算SN比是以8次實(shí)驗(yàn)的平均磨損量與誤差方差都很小為前提。顯然可采用式 來(lái)計(jì)算。 對(duì)于第一號(hào)實(shí)驗(yàn)有： 其他實(shí)驗(yàn)號(hào)的SN比可類同計(jì)算，結(jié)果列于表(5-4)。

7、. 計(jì)算總偏向平方和ST及各要素的偏向平方和Sj： SA=42.32,SB=14.58,SAXB=16.82,SC=0.41 SAXC=0.85,SD=4.21,SE=0.01 計(jì)算自在度f(wàn): fT=n-1=8-1=7, fA=fB=fE=m-1=2-1=1方差分析表如表55所示。.選取最正確要素程度組合 由方差分析表55可知，A、B兩要素及其交互作用AB均為高度顯著，D要素為顯著。這些要素的程度選擇，可從表54的計(jì)算結(jié)果中得到。也可經(jīng)過(guò)效應(yīng)計(jì)算來(lái)確定，其計(jì)算方法如下: 1)A、B、D要素的程度選擇 總的平均值(樣本估計(jì)) A、B、D的效應(yīng)估計(jì)分別是：. 由于所以，A、B、D要素的程度分別選：

8、 2交互作用AXB的搭配作用選擇 列出A與B的搭配表56，從中可以看出： A1B2組合輸出分貝值最高因此AB的最正確組合為A1B2，這和(1)的結(jié)論是一致的。 A1B2的效應(yīng)估計(jì)： 因此，本實(shí)驗(yàn)最正確要素程度組合為A1B2C2D2E2.5.4 產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)1產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)的根本概念 從質(zhì)量構(gòu)成過(guò)程來(lái)看，產(chǎn)質(zhì)量量取決于設(shè)計(jì)質(zhì)量、制造質(zhì)量和維護(hù)質(zhì)量而設(shè)計(jì)質(zhì)量又是構(gòu)成產(chǎn)質(zhì)量量的關(guān)鍵。 所謂三次設(shè)計(jì)(three stage design)就是在專業(yè)設(shè)計(jì)的根底上，用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)方法來(lái)選擇最正確的參數(shù)組合和最合理的容差范圍,以盡量用價(jià)錢低廉的低級(jí)元器件或零部件來(lái)替代高級(jí)質(zhì)量的元器件或零部件來(lái)組裝整機(jī)產(chǎn)品

9、的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。它由以下三個(gè)階段組成: (1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)(sysem design) ，也稱第一次設(shè)計(jì) (2)參數(shù)設(shè)計(jì)(Parameter design)，也稱第二次設(shè)計(jì) (3)容差設(shè)計(jì)tolerance design)也稱第三次設(shè)計(jì) . 經(jīng)過(guò)三次設(shè)計(jì)，可以到達(dá)用廉價(jià)的元件構(gòu)成性能較高的產(chǎn)品，以提高產(chǎn)品的性價(jià)比，提高其經(jīng)濟(jì)性。 2質(zhì)量損失函數(shù)及其近似表達(dá) 從絕對(duì)意義上，零件存在誤差，它們組成的產(chǎn)品的質(zhì)量一定會(huì)有一定的變化，即質(zhì)量動(dòng)搖。 引起質(zhì)量動(dòng)搖的緣由稱為質(zhì)量干擾，質(zhì)量干擾分為三種： 外部干擾：溫度、濕度、照明、材質(zhì)、塵埃、電壓、人的要素等的變化引起的。 內(nèi)部干擾：零部件在庫(kù)存或運(yùn)用中的劣化，

10、如老化、磨損、內(nèi)部組織構(gòu)造改動(dòng)等內(nèi)在要素引起的。 隨機(jī)干擾： 所謂優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品就是抗上述三種干擾的才干強(qiáng)，即在接受三種干擾的情況下，仍能堅(jiān)持質(zhì)量特性動(dòng)搖小、穩(wěn)定性好、可靠性高。工序質(zhì)量控制通常只能減少隨機(jī)干擾引起的質(zhì)量特性的被動(dòng)，而運(yùn)用三次設(shè)計(jì)技術(shù)才干同時(shí)衰減三種干擾的影響。. 質(zhì)量動(dòng)搖可分為正常動(dòng)搖和異常動(dòng)搖，無(wú)論產(chǎn)質(zhì)量量特性值的動(dòng)搖能否超出規(guī)范界限或允許范圍，只需偏離目的值時(shí)，都將給用戶或社會(huì)帶來(lái)?yè)p失。質(zhì)量損失函數(shù)正是為了評(píng)價(jià)這種損失的大小而引入的。 設(shè)m。為產(chǎn)品目的值， 為容差，那么產(chǎn)質(zhì)量量特性值的規(guī)范值為 質(zhì)量特性值為y的產(chǎn)品，出廠后給用戶呵斥的損失為: 假設(shè): 那么: . 3 產(chǎn)品三次設(shè)

11、計(jì)的根本內(nèi)容 1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)是產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)的第一步，也稱專業(yè)設(shè)計(jì)或方案設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以采取技術(shù)引進(jìn)，利用專利的方式，也可以采用獨(dú)立研制的方式。無(wú)論采用哪種方式，要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)或一種產(chǎn)品，都必需處理它由哪些子系統(tǒng)、哪些零部件組成，采用什么構(gòu)造，如何把子系統(tǒng)、零部件組合起來(lái)，功能目的值的程度如何等等，都必需運(yùn)用專業(yè)知識(shí)和技術(shù)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段決議。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的質(zhì)量完全由專業(yè)技術(shù)程度的高低來(lái)決議。 2參數(shù)設(shè)計(jì) 參數(shù)設(shè)計(jì)就是確定系統(tǒng)或產(chǎn)品中各個(gè)參數(shù)的最正確程度及其組合的階段，是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根底上，以正交表為根本工具，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)、方法來(lái)研討各項(xiàng)參數(shù)與輸出特性值的關(guān)系，在不添加本錢，不提高元器

12、件或零部件精度的條件下，找出輸出特性值動(dòng)搖最小的最正確參數(shù)程度組合的一種優(yōu)化方法。參數(shù)設(shè)計(jì)本質(zhì)上是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)展的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中的中心階段。. 將影響產(chǎn)質(zhì)量量的要素分為二大類： 內(nèi)側(cè)要素：分為控制要素、標(biāo)示要素 外側(cè)要素：信號(hào)要素、誤差要素內(nèi)部干擾、外部干擾、隨機(jī)干擾 內(nèi)外側(cè)要素有關(guān)聯(lián)時(shí)的參數(shù)設(shè)計(jì) . 3 容差設(shè)計(jì) 容差設(shè)計(jì)又稱公差設(shè)計(jì)，它是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)后，完成了最正確參數(shù)組合的選擇，并決議了參數(shù)組合的中心值，以各參數(shù)程度的動(dòng)搖范圍和誤差要素去決議容差的設(shè)計(jì)過(guò)程。其主要方法依然采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法。 容差設(shè)計(jì)的義務(wù)是針對(duì)主要的誤差要素，選擇動(dòng)搖較小的優(yōu)質(zhì)元器件、零部件以減少質(zhì)量持性的動(dòng)搖，對(duì)非主要誤差要素，選用低質(zhì)元件，以降低本錢。但這將會(huì)導(dǎo)致本錢提高。所以，只需當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)后，產(chǎn)品依然達(dá)不到設(shè)計(jì)的目的值或輸出特性值，或輸出特性值的被動(dòng)依然比較大時(shí)，即參數(shù)設(shè)計(jì)未能使內(nèi)外干擾充分減少