田口方法的基本步驟(ppt 69頁(yè)).ppt

1、田口方法簡(jiǎn)介,張明毅 宜蘭大學(xué)生機(jī)系 2003.10.24,田口式品質(zhì)工程,田口玄一博士於1950年代所開發(fā)倡導(dǎo) 利用直交表實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與變異數(shù)分析，以少量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，有效提昇產(chǎn)品品質(zhì) 於1962年獲得品質(zhì)應(yīng)用戴明(Deming)獎(jiǎng) 1980年代後，美國(guó)ATT、Ford、Xerox、Motorola、Kodak等公司陸續(xù)採(cǎi)用 Quality Engineering、Taguchi Method,田口方法特點(diǎn),在於以較少的實(shí)驗(yàn)組合，取得有用的資訊。雖不如全因子法真正找出確切的最佳化位置，但能以少數(shù)實(shí)驗(yàn)便能指出最佳化趨勢(shì)，可行性遠(yuǎn)大於全因子法。田口方法有以下特點(diǎn)：(1)基於品質(zhì)損失函數(shù)之品質(zhì)特

2、性、(2)實(shí)驗(yàn)因子的定義與選擇、(3)S/N比、(4)田口直交表。,田口方法,田口方法是以實(shí)驗(yàn)的手段來決定設(shè)計(jì)參數(shù) 為了減少實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，依控制因子及其水準(zhǔn)的數(shù)目選用適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)直交表 設(shè)計(jì)的目標(biāo)是尋求最佳的產(chǎn)品（或製程）機(jī)能（性能），並且維持此一機(jī)能的穩(wěn)健性，亦即受干擾因子的影響減至最少,田口方法步驟 (1/2),選定品質(zhì)特性 判定品質(zhì)特性之理想機(jī)能 列出所有影響此品質(zhì)特性的因子 定出信號(hào)因子的水準(zhǔn) 決定控制因子並定出它們的水準(zhǔn) 決定干擾因子並定出它們的水準(zhǔn)，必要的話，可以進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn),田口方法步驟 (2/2),選定適當(dāng)?shù)闹苯槐恚瑏K安排完整的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃 執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 資料分析 確認(rèn)實(shí)驗(yàn)

3、若有必要，可以重覆以上步驟，直到達(dá)到最佳的品質(zhì)及性能為止,以實(shí)驗(yàn)的方法來決定設(shè)計(jì)參數(shù),試誤法 (trial-and-error) 一次一因子實(shí)驗(yàn)法 (one-factor-at-a-time experiments) 全因子實(shí)驗(yàn)法 (full-factorial experiments) 田口式直交表實(shí)驗(yàn)法 (Taguchis orthogonal arrays),試誤法Trial-and-error,無(wú)需任何資料分析 不是一種有系統(tǒng)性的方法，太過依賴個(gè)人經(jīng)驗(yàn) 有時(shí)候很有效率，但大部份的時(shí)候是沒有效率的 所累積的經(jīng)驗(yàn)常常是沒有系統(tǒng)的,一次一因子實(shí)驗(yàn)法,A1 B1 C2 D1 E1 F2 G1,

4、一次一因子實(shí)驗(yàn)法,因子效應(yīng)是在特定的條件下的計(jì)算值 換句話說，因子效應(yīng)是在某種偏見（bias）下評(píng)估出來的 直交表的使用，可以消除這種偏見,全因子實(shí)驗(yàn)法,考慮所有可能的因子排列組合 沒有效率，需要太多組實(shí)驗(yàn) 前例中有七個(gè)因子，每個(gè)因子有兩個(gè)變動(dòng)水準(zhǔn)，共需要128（27）組實(shí)驗(yàn),直交表Orthogonal Arrays,每一行都是自我平衡的 (self-balanced) 即每一行中各水準(zhǔn)出現(xiàn)的頻率是相同的 每?jī)尚虚g都是互相平衡的 (mutual-balanced) 即在某一行中，出現(xiàn)某水準(zhǔn)的所有實(shí)驗(yàn)組，在另外一行中，出現(xiàn)各水準(zhǔn)的頻率是相同的 有這兩個(gè)特性的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃表稱為直交表 (orthogo

5、nal arrays),全因子實(shí)驗(yàn)法Full-factorial Experiments,因子反應(yīng)表與因子反應(yīng)圖,A1 B1 C2 D1,全因子實(shí)驗(yàn)法Full-factorial Experiments,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)已經(jīng)考慮到所有可能的排列組合，事實(shí)上可以不需做因子反應(yīng)分析，而直接從實(shí)驗(yàn)組中挑出一組最佳設(shè)計(jì) 但是一般田口式直交表所預(yù)測(cè)的最佳設(shè)計(jì)組合通常並不在實(shí)驗(yàn)組中,田口式直交表,La(bc),La(bc de),直交表,二水準(zhǔn)的直交表 L4(23)、L8(27)、L12(211)、L16(215)、L32(231) 三水準(zhǔn)的直交表 L9(34)、L18(2137)、L27(313)、 L36(2

6、11312)、L36(23313)、L54(21325) 四水準(zhǔn)的直交表 L16(45)、L32(2149) 五水準(zhǔn)的直交表 L25(56)、L50(21511),L18(2137) 直交表,L8(27)田口式直交表,因子反應(yīng)表與因子反應(yīng)圖Response Table & Response Graph,A2 B1 C1 D1 E2 F2 G1,最佳設(shè)計(jì)Optimal Design,假設(shè)每一個(gè)因子的效應(yīng)是獨(dú)立的 或者我們說任何兩個(gè)因子間沒有交互作用 (interaction) 因此因子效應(yīng)是可以疊加的 (additive),預(yù)測(cè)Prediction,確認(rèn)實(shí)驗(yàn) Confirmation Exper

7、iments,要確認(rèn)預(yù)測(cè)值的正確性唯一的方法是去做確認(rèn)實(shí)驗(yàn) 若實(shí)驗(yàn)值和預(yù)測(cè)值夠接近，則我們可以認(rèn)定假設(shè)是合理的因子效應(yīng)是可疊加的，因子之間的交互作用是可忽略的，甚至我們可以認(rèn)為因子效應(yīng)的估計(jì)大致上是可靠的,田口博士的品質(zhì)定義,產(chǎn)品在它的生命周期內(nèi)，整個(gè)社會(huì)對(duì)它所付出的總代價(jià) 此總代價(jià)稱之為品質(zhì)損失 (quality loss) 越少的品質(zhì)損失代表越高的品質(zhì),品質(zhì)損失,消費(fèi)者購(gòu)買產(chǎn)品時(shí)支付的費(fèi)用, 這包括了製造商的成本 產(chǎn)品對(duì)消費(fèi)者造成的不便 產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的侵害 維修或更換費(fèi)用,消費(fèi)者會(huì)把對(duì)品質(zhì)損失的滿意度反應(yīng)在市場(chǎng)上品質(zhì)差的產(chǎn)品或廠牌會(huì)漸漸失去市場(chǎng), 於是品質(zhì)差的製造商最終還是要自食品質(zhì)損失的後

8、果 消費(fèi)者是品質(zhì)的最終決定者,下列對(duì)產(chǎn)品的描述可以視同義的,品質(zhì)很高 社會(huì)對(duì)它所付出的代價(jià)很小 品質(zhì)損失很小 消費(fèi)者滿意度很高 消費(fèi)者不滿意度很低,當(dāng)品質(zhì)特性與消費(fèi)者的期待值 (目標(biāo)值)一致時(shí), 消費(fèi)者的不滿意度是最低的 (品質(zhì)損失是最小的) 當(dāng)品質(zhì)特性開始偏離目標(biāo)值時(shí), 消費(fèi)者的不滿意度也開始提高品質(zhì)損失開始增加,品質(zhì)損失函數(shù),田口博士假設(shè): 當(dāng)產(chǎn)品的品質(zhì)特性y開始偏離目標(biāo)值m時(shí), 品質(zhì)損失L是以二次曲線的速度增加,（5.1）,品質(zhì)損失函數(shù)示意圖,望小品質(zhì)特性,望大品質(zhì)特性,（5.5）,整批產(chǎn)品的品質(zhì)損失,（5.6）,均方偏差 MSD mean square deviation,（5.7）,

9、（5.8）,望小品質(zhì)特性,望大品質(zhì)特性,Summary,（5.11）,（5.12）,（5.13）,（5.14）,望目特性,望小特性,望大特性,S/N比,平均品質(zhì)損失可以直接做為一批產(chǎn)品的品質(zhì)指標(biāo) 田口博士將平均品質(zhì)損失排除係數(shù)k後, 以對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換、乘以10、並取反號(hào), 並將它們稱為S/N比, 做為品質(zhì)的同義字,（5.15）,產(chǎn)品或製造系統(tǒng)之輸入輸出示意圖,干擾因子的分類,穩(wěn)健品質(zhì)設(shè)計(jì)Robust Quality Design,決定控制因子的值, 使得品質(zhì)特性達(dá)到理想的機(jī)能, 且讓干擾所造成的品質(zhì)特性變異減至最小,穩(wěn)健品質(zhì)設(shè)計(jì)的原理,如何讓干擾所造成的品質(zhì)特性變異減至最小? 利用品質(zhì)特性與控制因子

10、間的非線性關(guān)係去降低內(nèi)部干擾因子的影響 利用干擾因子與控制因子間的交互作用去降低外部干擾因子或量測(cè)干擾因子的影響,非線性的控制因子與品質(zhì)特性關(guān)係,線性的控制因子與品質(zhì)特性關(guān)係,調(diào)整因子Adjustment Factors,調(diào)整因子的變動(dòng)只會(huì)影響品質(zhì)特性本身的大小而不會(huì)影響品質(zhì)特性變異的大小 調(diào)整因子與品質(zhì)特性之間必然是線性關(guān)係,三種常用的干擾策略,隨機(jī)試驗(yàn) 內(nèi)直交表 干擾試驗(yàn),隨機(jī)實(shí)驗(yàn): 塑膠射出成型品融合強(qiáng)度實(shí)例,外直交表與內(nèi)直交表的因子配置例子,干擾實(shí)驗(yàn),進(jìn)行一系列的干擾實(shí)驗(yàn)，將許多干擾因子複合（compound）成單一個(gè)干擾因子，如煞車系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例中的N因子,N1 = 60F墊片溫度，潮

11、濕的環(huán)境，及80%墊片磨耗 N2 = 360F墊片溫度，乾燥的環(huán)境，及10%墊片磨耗,複合干擾因子的觀念示意圖,複合干擾因子,N1是所有干擾因子使品質(zhì)特性傾向降低的組合 N2是所有干擾因子使品質(zhì)特性傾向增加的組合 故意讓黑線條左右兩部份越遠(yuǎn)離越好，因?yàn)槿绻軐?duì)此複合干擾因子N足夠穩(wěn)健，則必定也能對(duì)任何其他干擾足夠穩(wěn)健,干擾實(shí)驗(yàn)中干擾因子的反應(yīng)圖例子,N1（使品質(zhì)特性傾向降低）= a2 b1 c2 d1 N2（使品質(zhì)特性傾向增加）= a1 b2 c1 d2,選擇品質(zhì)特性以降低交互作用,最好是連續(xù)實(shí)數(shù)函數(shù) 最好是各控制因子的單調(diào)函數(shù)(monotonic functions) 最好是與能量轉(zhuǎn)換有關(guān),

12、適當(dāng)及不適當(dāng)?shù)钠焚|(zhì)特性例子,磁磚製程設(shè)計(jì)中各組實(shí)驗(yàn)的S/N比,重要性測(cè)試: 一半準(zhǔn)則,將大約一半的控制因子視為重要因子, 另一半視為不重要因子,磁磚製程設(shè)計(jì)實(shí)例中因子對(duì)S/N比的反應(yīng)表及反應(yīng)圖,磁磚製程設(shè)計(jì)實(shí)例中因子對(duì)品質(zhì)特性的反應(yīng)表及反應(yīng)圖,磁磚製程設(shè)計(jì)實(shí)例中控制因子的分類,兩階段最佳化,先調(diào)整那些對(duì)S/N有影響的因子, 使得S/N變得最大 再調(diào)整那些對(duì)品質(zhì)特性有影響但對(duì)S/N沒有影響的因子, 使得品質(zhì)特性的平均值移至目標(biāo)值但變異維持不變,兩階段最佳化示意圖,Two-Step Optimization,第一階段最佳化,第二階段最佳化,A1 B？ C3 D3 E1 F？ G？ H2,A1 (B

13、) C3 D3 E1 F2 G？ H2,降低成本,A1 (B) C3 D3 E1 F2 G3 H2,預(yù)測(cè) (Prediction),預(yù)測(cè)最佳S/N = 41.3 + (43.1 - 41.3) + (42.5 - 41.3) + (42.7 - 41.3) + (44.5 - 41.3) + (42.8 - 41.3) = 41.3 + 1.8 + 1.2 + 1.4 + 3.2 + 1.5 = 50.4,預(yù)測(cè)原始S/N = 41.3 + (39.5 - 41.3) + (41.0 - 41.3) + (40.9 - 41.3) + (40.1 - 41.3) + (42.8 - 41.3) = 41.3