1、第7章 设计质量管理（田口方法、三次设计）田口方法n烧制陶瓷产品时，假如你不能精确控制炉内温度，达不到你所用陶土的温度要求，致使陶瓷产品出现质量问题。n这种情况一般有2种解决方法。n常见的一种是想办法控制炉温。田口方法n田口玄一却提供了一种截然不同的方法：抛开炉子问题，寻找一种对温度变化不太敏感的陶土。n田口玄一创立的质量工程观中的一个分支，由田口玄一发展而成，因此通常被人们称之为田口法(Taguchi Method)。田口方法n 70年代，世界上技术先进国家已开始以一种全新的设计概念取代了传统的设计思想。n中心思想是采用最低廉的元件组装成品质量最好，可靠性最高的整机；采用最宽松的工艺条件加工
2、出质量最好、成本最低、收益最高的产品。n其口号是“用三类元件设计制造出一类整机”。田口方法n质量不是靠检验得来的，也不是靠控制生产过程得来的；质量，就是把顾客的质量要求分解转化成设计参数，形成预期目标值，最终生产出低成本且性能稳定可靠的物美价廉的产品。 田口玄一n许多大公司的“设计规程”中明确指出设计人员在设计过程中必须采用田口方法的稳健性优化设计方法，否则在技术评审中难以通过。n美国波音公司已采用田口方法成功地进行了飞机尾翼设计。 美国工业界的广泛应用n20世纪80年代初引入美国后，在福特汽车获得成功，使福特在1986年盈利超越通用。后来，美国通用汽车工程管理学院，专门设置了田口方法的课程。
3、n1994年美国国家航空航天局（NASA）从94年开始推广田口方法，首先应用在航天飞机燃料贮箱中。n据统计美国每年完成案例5000个以上，节约经费几十亿元。美国70%以上的工程技术人员了解田口方法。美国工业界的广泛应用稳健性(robustness), 也叫鲁棒性，是指因子状况发生微小变差对因变量影响的不敏感性。换句话说，产品性能与某个因子有关，因子状态变化时，产品的性能也随之变化。如果因子状态的变化对产品性能的影响不大，我们就说产品性能对该因子的变化是不敏感的，又称是稳健性的，或说产品性能对该因子的变化具有稳健性。田口方法如使产品性能对所用材质变差不灵敏，就能在一些情况下使用较低廉的或低等级的
4、材料；使产品对制造尺寸变差不灵敏，可以提高产品的可制造性、降低制造费用；使产品对使用环境变化不灵敏，就能保证产品使用的可靠性和降低操作费用；田口方法田口方法1、系统设计n 指专业人员根据各个的技术领域的专门知识，对产品进行整个系统结构的设计，也就是通常所说的产品质量设计。2、参数设计n指在系统设计基础上，决定或选定系统各参数的最优参数组合。要求不仅应使产品有良好性能，而且在环境改变或元器件有所波动劣化的情况，按照这种参数组合制造出来的产品，在性能上仍能保持稳定。惠斯通电桥参数设计稳健设计：波动减小。问题？n已知：y待测未知电阻？n问题：参数A、C、D、E、F取什么值，才能减少未知电阻的测量误差
5、？ Y=BD/C(1)Y=BD/C-(X/C2E)*A(C+D)+D(B+C)* B(C+D)+F(B+C) (2)控制因子在设计和制造过程中存在的一组相对稳定并可加以控制的因子，如原材料的规格、技术人员的技能和设计水平、测量设备精度、相对稳定的环境和温定。这些因子为可控因子。正是这些可控因子才使得产品性能、工艺过程和技术功能具有一定的稳健性。控制因子的水平因子第1水平第2水平第3水平A()20100500C()21050D()21030E(V)1.2630F()21050内正交表：控制因子的分配和S/N比值试验号AeCDEFS/N比值比值12345611(20)11111132.222(10
6、0)22222126.733(500)33333115.9 3632312138.0内正交表：参数设计ANOVA变动因子fSF值A23700.211850.10 * *C2359.94179.97* *D2302.40151.20*E24453.312226.65* *F21901.56950.77* *e25680.0027.20T3511397.42内正交表：显著因子估计水平ACDEF131.5614.5620.915.6627.68218.7821.1021.2418.5219.6836.7321.4214.9332.899.81误差因子n波动是产生质量问题的根源，在实际生产的过程中，往
7、往存在着一些人们无法控制或难以控制的因子。n我们称这些不可控制的因子为噪声因子或随机因子。误差因子外噪声：由于环境因子与使用条件变化，使产品不能正常发挥功能：温度、湿度、电源电压；内噪声：由于材料老化或零部件磨损，其功能发生变化：绝缘材料老化、润滑油干燥、轴承磨损；随机噪声；误差因子的水平因子第1水平第2水平第3水平A、B、C、D、F (%)-0.300.3E (%)-5.005.0X (mA)-0.200.2外正交表：误差因子的分配和误差数据试验号ABCDEFXe第2号试验条件123456711(99.7)1111110.112322(100.0)2222220.00033(100.3)33
8、3333-0.1023363231212-0.0120 Y=BD/C (1)Y=BD/C-(X/C2E)*A(C+D)+D(B+C)* B(C+D)+F(B+C) (2)在一些情况下，外正交表中的数据可以像上面那样通过理论公式计算得到。不过没有可以依据的理论公式时，就要通过试验获得这些数据。Tips内侧、外侧正交表的桥梁：信噪比SN函数n为了获得稳定性好的质量，要求质量特征对噪声干扰抵抗力越强越好，即要求偏差变化越小越好。n信噪比SN函数来评价质量水平：其值越大越好。 n 田口曾提出70多种不同的信噪比函数表达式，每一种表达式都有其适用的条件和范围，下面描述三种常用的SN函数。n（1）N型信噪
9、比函数。用于质量特征目标值为一确定值的情况下的试验结果的分析和优选，如尺寸、输出电压等质量特征的设计。)(110eemVVSnLgNSn式中：nyi_表示观测值，i=1,2,n采样数。nySim/)(2) 1/(/)(22nnyyViie)(1102iYnLgNSn（2）B型信噪比函数。用于质量性能目标值的越大越好情况下的试验结果的分析和优选，如强度、寿命等质量特征设计。n（3） S型信噪比函数。用于质量特征目标值为越小越好情况下的试验结果的分析和优选，如噪声、有害物质、污染等质量特征设计。)(1102iYnLgNS外正交表：误差因子的分配和误差数据试验号ABCDEFXe第2号试验条件1234
10、56711(99.7)1111110.112322(100.0)2222220.00033(100.3)333333-0.1023363231212-0.0120 Y=BD/C (1)Y=BD/C-(X/C2E)*A(C+D)+D(B+C)* B(C+D)+F(B+C) (2)内正交表：控制因子的分配和S/N比值试验号AeCDEFS/N比值比值12345611(20)11111132.222(100)22222126.733(500)33333115.9 3632312138.0内正交表：参数设计ANOVA变动因子fSF值A23700.211850.10 * *C2359.94179.97*
11、*D2302.40151.20*E24453.312226.65* *F21901.56950.77* *e25680.0027.20T3511397.42内正交表：显著因子估计水平ACDEF131.5614.5620.915.6627.68218.7821.1021.2418.5219.6836.7321.4214.9332.899.81最佳试验与正交试验对比试验号ABCDEFXe第2号试验条件最佳试验条件1234567111111110.1123-0.0024222222220.0000.00033333333-0.10230.0027363231212-0.0120-0.0120参数设计灵敏度设计：不改变波动的情况下，设法使均值尽可能逼近目标值。灵敏度设计nVyeiii22nVySeiii2lg10；号实验方差的无偏估计：第；号实验均值的无偏估计：第iViyeii灵敏度设计类别类别稳健分析稳健分析灵敏度分析灵敏度分析因子名称因子名称I*重要因子重要因子II*稳健因子稳健因子III*调节因子调节因子IV次要银子次要银子总结：田口方法、三次设计n系统设计n参数设计（稳健设计、灵敏度设计）n容差设计
