1、1内容安排vPart 1 田口质量理论体系概述 vPart 2 质量功能配置 vPart 3 参数设计 vPart 4 容差设计 vPart 5 可信性设计 讨论思考题2Part 1 田口质量理论体系概述一、田口质量体系结构二、田口质量观 三、质量损失函数四、三次设计 3一、田口质量体系结构 田口质量理论体系 田口质量观、质量损失函数、信噪比、正交试验法 线外质量控制 线内质量控制 参数设计 系统设计 容差设计 工序诊断与调整 预测与校正 检验与处理 图 2.1 田口质量理论体系 4二、田口质量观v产品上市后给社会造成的损失，但由于产品功能本身产生的损失除外5三、质量损失函数v设产品输出特性的
2、值为y，其目标值为m，则定义质量损失函数为L(y)L(y)=k(y-m)2 其中，k比例常数，可以根据已知条件定量求出 O L(y)y L(y)y m m-0 m+0 0 0 图 2.2 质量损失函数 6四、三次设计v系统设计（第一次设计）v参数设计（第二次设计）v容差设计（第三次设计）7Part 2 质量功能配置一、质量功能配置概述 二、质量功能配置的原理和方法 三、质量功能配置的应用 8一、质量功能配置概述v质量功能配置的定义v质量功能配置的来源v质量功能配置的作用v为什么质量功能配置能取得好的效果？9质量功能配置的定义v质量功能配置QFD（Quality Function Deploym
3、ent）v用一定方法保证将来自顾客或市场的需求准确无误地转移到产品寿命循环每个阶段的有关技术和措施中去10二、质量功能配置的原理和方法vQFD的基本原理vQFD的基本工具v质量屋v关系矩阵vQFD的基本方法11质量屋 1 5 2 3 4 6 图 2.6 质量屋 12质量屋中各区域内容是对顾客需求和权重的描述，是质量屋的“什么”是对产品的工程技术特性描述，是质量屋的“如何”是顾客需求和工程技术特性之间的关系矩阵，描述了它们之间的相互关系是产品的竞争性评估，从顾客的角度评估产品质量在市场上的竞争力是技术特性之间的相互关系矩阵是技术竞争性评估、技术特性重要度和目标值，用来确定应优化配置的项目和重点保
4、证的质量特性 13关系矩阵 工程特性（如何）顾客需求（什么）相关性：强正相关 /弱正相关 弱负相关 强负相关 强相关 中等相关 弱相关 空白 不相关 图 2.7 关系矩阵 14QFD的基本方法（案例1）q例2.1 应用质量功能配置进行汽车车门的设计。15问题分析与需求分解 表 2.2 汽车车门顾客需求特性分解 一 二 三 1.开启关闭特性 1.易于从外部关闭 2.从斜坡上可保持开门状态 3.易于从外部开启 4.不反弹 5.易于从内部关闭 6.易于从内部开启 2.密封性 1.不漏雨 2.无（或低）公路噪声 3.洗车时不渗水 4.无风声 5.开门时不滴水和雪 6.无“咯咯”操作性能良好 3.扶手
5、1.柔软舒适 2.在右面位置 16顾客需求特性的相对重要性及顾客的评价表2.3 顾客需求特性相对重要性及顾客评价 顾客需求特性 顾客需求特性分解 重要性 顾客评价（意见）车门易于开启关闭 易从外部关闭 在斜坡上可保持开门状态 7 5 密封性 不漏雨 无公路噪声 3 2 我们的 车 对手 A的车 对手 B的车 1 2 3 4 5 坏 坏 好 好 坏 坏 好 好 17建立顾客需求特性和工程技术特性之间的关系矩阵图 开关力 密封隔音 顾客特性 工程特性 关门动力 平地上的阻力 100斜坡上的阻力 车门密封性 减少公路噪声 易于从外部关闭 7 在斜坡上可保持开门状态 5 易于 开关 不漏雨 3 无公路
6、噪声 2 密 封 性 图 2.8 顾客需求特性和工程特性的关系矩阵 18关系矩阵与屋顶矩阵 工程 特性 相关性 强正相关 弱正相关 弱负相关 强负相关 顾客特性 重要性 关门动力 平地上的阻力 100斜坡上的阻力 车门密封性 减少公路噪声 易于从外部关闭 7 在斜坡上可保持开门状态 5 易于 开关 不漏雨 3 无公路噪声 2 密 封 性 图 2.9 关系矩阵及屋顶矩阵图 19客观测量值与竞争性评价 开关力 密封 隔音 相关性 工程特性 强正相关 弱正相关 弱负相关 强负相关 顾客特性 重要性 关门动力 平地上的阻力 100斜坡上的阻力 车门密封性 减少公路噪声 顾客评价 1 2 3 4 5 易
7、于从外部关闭 7 在斜坡上可保持开门状态 5 易于 开关 不漏雨 3 无公路噪声 2 密 封 性 测量单位 N.m N N N/m dB 我们的车 15 54 27 45 9 对手 A 的车 12.2 54 27 30 5 客观测量值 对手 B 的车 13 49 31 30 6 图 2.10 有竞争性评价的品质屋 扩展的质量屋 开关力 密封 隔音 相关性 工程特性 强正相关 弱正相关 弱负相关 强负相关 顾客特性 重要性 关门动力 平地上的阻力 100斜坡上的阻力 开门动力 最大关门力 车门密封性 车窗隔音性 减少公路噪声 防水性 顾客评价 1 2 3 4 5 易于从外部关闭 7 斜坡上可保持
8、开门状态 5 易于从外部开启 3 不反弹 3 易于 开关 不漏雨 3 无公路噪声 2 密 封 性 测量单位 N.m N N N.m N N/m dB Bar 我们的车 15 54 27 3.6 80 45 0.1 9 4.8 对手 A 的车 12.2 54 27 2.2 58 30 0.1 5 4.1 客观测量值 对手 B 的车 13 49 31 15 62 30 0.1 6 4.1 技术难度 4 5 1 1 3 1 3 3 5 重要性 10 6 4 9 1 6 2 4 3 估计成本 5 2 2 9 5 6 6 9 2 目标值 10 N.m 40 N 27 N 10 N.m 54 N 45 N
9、/m 0.1 9 dB 4.8 Bar 图 2.11 有竞争性评价的品质屋 21QFD的基本方法（案例1）v设置目标值 q本案例中关门动力的新的目标值为：10N.m“减少公路噪声”和“车窗隔音性”的技术指标不改变22三、质量功能配置的应用v质量功能配置的进一步展开v质量功能配置的典型应用v质量功能配置在其它方面的应用v质量功能配置用于策略规划23质量功能配置的进一步展开产品规划阶段将顾客需求转换成产品设计需求；零件设计阶段将产品设计要求转换成零件特性；工艺设计阶段将零件特性转换成工序参数；制造计划阶段将工序参数转换成零件或产品制造要求24Part 3 参数设计一、参数设计的含义二、质量波动及干
10、扰因素三、望目特性的参数设计 四、望小特性参数设计 五、望大特性的参数设计 25一、参数设计的含义v参数设计运用正交试验法或优化方法确定零部件参数的最佳组合，使系统在内、外因素作用下，所产生的质量波动最小，即质量最稳定（或最健壮）v稳定性指产品在各种干扰因素作用下，其输出特性能稳定地保持在一个尽可能小的范围（波动很小）26二、质量波动及干扰因素v质量波动性的定义即使在完全相同的生产条件下生产出来的产品，其质量特性也是参差不齐的，具有波动性v质量波动性的干扰因素分类v参数设计的内容 27质量波动性的干扰因素分类可控因素标示因素区组因素信号因素误差因素 28三、望目特性的参数设计v望目特性的定义v
11、望目特性的信噪比（SN比）公式 v可计算场合参数设计 v不可计算场合参数设计 29望目特性的定义v望目特性指产品的质量特性y服从正态分布N(,2)，且存在固定的目标值m，此时的y即为望目特性30望目特性的信噪比（SN比）公式v设由n件样品测得望目特性y的数据为y1，y2，yn，v根据数理统计知识 niiyny11niieyynV122)(11)(1222eeVynnnVy31望目特性的信噪比（SN比）公式v令 v则有 v定义信噪比v借用通信理论，得到 niimynynS122)(1)(12emVSneemVnVS)(22)()(lg10dBVnVSeem32可计算场合参数设计v可计算场合参数设
12、计v指输出目标值与设计参数值之间有确定的函数关系条件下的参数设计 33可计算场合参数设计（案例3）q例2.3 根据需要，设计种驱动器，专业人员经过分析，决定采用机械驱动方式。设驱动器的设计输出为：其中，F为无量纲驱动力，K=/2为常数，J=1.16为常数，A、B、C、D、E、I、G、H为部件参数无量纲驱动力F是望目特性，其目标值为m=F0=4.5要求选择A、B、C、D、E、I、G、H等参数，使系统在参数有波动（误差）的条件下，能稳定地达到输出特性F的要求)(2EIGHJABCDKF34可计算场合参数设计步骤区分可控因素及误差因素确定可控因素水平 内设计 确定误差因素水平 外设计 计算信噪比 内
13、表的统计分析 确定最佳参数组合35确定可控因素水平v在本例中，工程设计人员所确定的第二水平为：vA=650，B=20，C=2，D=8，E=0.7，G=1.31，I=0.57v按等差数列来确定第一、三水平，得到可控因素水平表（如表2.4所示）表 2.4 可控因素水平表 水平1 水平2 水平3 A 600 650 700 B 10 20 30 C 1 2 3 D 4 8 12 E 0.4 0.7 1 I 0.47 0.57 0.67 G 0.88 1.31 1.74 36内设计v此例中可控因素比较多，利用正交表L36（313）安排试验方案。其中，L表示正交表，36表示有36个试验方案，3表示每个参
14、数有三个水平，13表示正交表有13列v表头设计如下，空列作为误差列 列 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 因 素 A B C D E I G 37做内设计的内表（节选）表 2.5 内表及信噪比数据 A B C D E I G e e e e e e No.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13/dB 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 3 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3 3 1 2 1 2 3 2 3 1 1 2 3 1 2 3 2 3 1 2 3
15、1 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 3 1 2 1 2 3 1 2 3 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6.192 6.158 6.216 6.607 6.372 5.996 5.866 9.134 6.144 35 36 2 3 1 2 2 3 3 1 1 2 3 1 1 2 2 3 3 1 3 1 1 2 2 3 3 3 6.123 6.575 38确定误差因素水平v本例中误差因素取三个水平，AG的第二水平值由内表中No.3方案给出，H由设
16、计人员给出（给定值1.5）。第一、三水平由10%波动计算得出。第一水平=中心值-中心值l0%=0.9中心值第二水平=中心值第三水平=中心值+中心值l0%=1.1中心值39确定误差因素水平v对应于内表第三号试验方案的水平值见表2.6，对应于内表其它各次试验的误差因素水平表依此类推v由于内设计中共有n=36个方案，所以有36张误差因素水平表 表2.6 内表中No.3 方案的误差因素水平表 因素 第一水平 第二水平 第三水平 A B C D E I G H 630 27 2.7 10.8 0.9 0.60 1.57 1.35 700 30 3 12 1 0.67 1.74 1.5 770 33 3.
17、3 13.2 1.1 0.74 1.91 1.65 40外设计v本例中，我们选用L36（313）正交表进行外设计。不失一般性，我们把A、B、C、D、E、I、G、H八个误差因素依次排列在正交表L36（313）中的第一列至第八列上，其余为空列v以内表中No.3 的条件为例，根据表2.6，得到相应的外表如表2.7所示。按相应的外表，可计算出36个特 征 值（驱 动 力 F），将 计 量 值 减 目 标 值 m（m=4.5），得到偏差值y，即y=F-4.5，这些y值填人表2.7中 41外表及偏差值（节选）表 2.7 内表中 No.3 条件的外表及偏差值 A B C D E I G e e e e e
18、e No.1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 y=F-4.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 3 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3 3 1 2 1 2 3 2 3 1 1 2 3 1 2 3 2 3 1 2 3 1 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 3 1 2 1 2 3 1 2 3 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2 3 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 19.01
19、8 27.781 35 36 2 3 1 2 2 3 3 1 1 2 3 1 1 2 2 3 3 1 3 1 1 2 2 3 3 3 22.206 42计算信噪比v对于内表中的每个试验方案，均可以设计出相应的外表，并由输出特性计算式求得36个驱动力，求出相应的36个y1，y2，y36v然后再由这36个偏差值求出一个信噪比 v求出内表对应的所有外表的信噪比，结果添入“内表及信噪比数据表”中，见表2.5 43内表的统计分析q首先计算出每个因素（AG共七个因素）各水平（三个水平）下的合计值（即各列中与各个水平相应的值之和）及平均值结果见表2.8（方差分析辅助表）381.75027.6607.6192
20、.61T282.612381.751211TT44方差分析辅助表 表 2.8 方差分析辅助表 因素 水平 1 A B C D E I G 1T 2T 3T 75.381 77.834 79.903 85.037 73.355 74.725 75.374 78.517 79.227 83.471 74.184 75.463 73.636 80.493 78.988 77.359 77.442 78.317 75.381 80.728 77.009 1T 2T 3T 6.282 6.449 6.659 7.086 6.113 6.227 6.281 6.543 6.602 6.956 6.182
21、6.289 6.136 6.705 6.582 6.447 6.454 6.526 6.282 6.727 6.417 45内表的统计分析然后计算各种波动平方和与自由度总波动ST为各方案所对应信噪比与平均信噪比之差的平方和，其自由度fT为各因素中能独立变化因素的个数Si为i因素取不同水平所引起的波动平方和，其自由度fi为能独立变化因素的个数niiniiniiTnS121212)(1)(262.221)118.233(361575.6158.6192.6(2222TS1 nfT351 nfT46内表的统计分析v各种因素的波动Si（i=1，2，7）为：v可控因素A的波动S1为：v仿此可算得：SB=
22、6.7934，fB=2，SC=0.6973，fC=2，SD=4.2234，fD=2，SE=2.1646，fE=2，SI=0.04697，fI=2，SG=1.2521，fG=2)12336(36)118.233(2232221水平数nrrTTTSiiii854.0554.150912903.79834.77381.7536)118.233(1222222312212111TTTSSA2131Aff47内表的统计分析v最后，用分解公式计算误差波动平方和Se及自由度fe。Se为由误差引起的波动平方和，其值为总波动的平方和减去各因素不同水平所引起的波动平方和，其自由度fe为误差项自由度230.5)25
23、2.1793.6854.0(262.21)(GIEDCBATeSSSSSSSSS217235ef48内表的统计分析v然后，将上述结果整理为方差分析表（见表2.9）其中Vi为平均平方或方差，Fi为i因素的F检验值，当F值大于 时，称i因素高度显著，标示“*”；当F值大于 时，称i因素显著，标示“*”。否则因素i影响不显著。v从方差分析表2.9可以看出因素B和D高度显著，因素E显著，因素A、C、I、G不显著)01.0(ieffF)05.0(ieffF49方差分析表 表 2.9 参数设计内表的方差分析35.3)05.0(227F，4.5)01.0(227F 来源来源 S f V F A B C D
24、E I G e（e）T 0.8539 6.7934 0.6973 4.2234 2.1646 0.0470 1.2521 5.23051 6.8287 21.262 2 2 2 2 2 2 2 21（27）35 0.4270 3.3967 0.3487 2.1117 1.0823 0.0235 0.62605 0.2491（0.2529）13.43*8.35*4.28*2.475 50确定最佳参数组合n本例中，由“观察”法：得到参数组合：A2，B2，C2，D2，E2，I2，G2，对应信噪比为max=9.134dB，即八号方案n“计算”法：A、C、I、G因素不显著，其水平可自由选取；显著因素和高
25、度显著因素B、D和E的水平由来选取 n得到满足稳健性的一组参数AB1CD1E2IGn取不显著因素水平为A2C3I3G3，相应的无量纲驱动力为)705.6(),956.6(),086.7(211dBEdBDdBB39.3)6.15.174.167.07.06504310(2)(222EIGHJABCDF51确定最佳参数组合 n据专业知识，驱动力F与因素G成线性关系，且对信噪比影响不大，因此G可作为调整因素。其调整值为 n得到满足“稳健性”和“一致性”的参数组合，即最佳条件为 A=650，B=10，C=3，D=4，E=0.7，G=2.59，I=0.67 59.216.15.167.07.06504
26、31022mG52不可计算场合参数设计v不可计算场合参数设计 指输出目标值与所选参数之间不能建立数学表达式时所进行的参数设计 53不可计算场合参数设计v例2.4 根据产品发展规划，需研制一种飞行器。在研制任务书中，规定这种飞行器的作用半径为262（无量纲量）。工程技术人员已设计了飞行器试样，并进行了试验，发现作用半径达不到技术要求，拟采用综合误差因素法进行参数设计解：用半径这一质量特性作为望目特性，目标值m=26，容差=2 54不可计算场合参数设计步骤确定可控因素及其水平 内设计 确定误差因素及其水平 外设计 求输出特性 计算信噪比 内表的统计分析 显著因素效应图55四、望小特性参数设计v望小
27、特性的定义v望小特性的信噪比 v望小特性的参数设计方法56望小特性的定义q望小特性希望输出特性越小越好，波动越小越好，且不取负值的计量值特性即当输出特性y服从正态分布N（，2）时，既希望越小越好，又希望2越小越好 57望小特性的信噪比q定义望小特性的信噪比为越大，产品的输出特性就越小，其表现就越稳定设y1，y2，yn为望小特性y的n个观测值 由 则221niiniiniieeynynynynyynyVnVy12122212222211)(1)(1lg1012dBynnii58望小特性的参数设计v例2.5 设计一种新型液压泵，使阀头部位摩擦副的磨损尽可能小解：以磨损量y作为产品的输出特性，y为望
28、小特性 确定可控因素的水平表 内设计 计算信噪比 对内表进行方差分析 确定最佳参数组合并进行工程平均估计 最佳参数组合的质量水平及收益 59确定可控因素的水平表v选取的可控因素有：摩擦副材料A、负载B、表面粗糙度C、配合间隙D、摩擦副壳体材料Ev各因素均取两水平，同时还要考察AB、AC两个交互作用，见表2.16 表 2.16 可控因素水平表 因素 水平 摩擦副材料 负载 表面粗糙度 配合间隙 摩擦副壳体材料 1 2 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2 E1 E2 60内设计 表 2.17 内表及磨损试验数据 A B AB C AC D E 磨损量/m 因素 列号 No.1 2 3
29、4 5 6 7 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 dB =+20 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1 1 2 12 6 9 8 10 18 14 16 12 10 10 8 14 26 22 13 10 3 5 5 8 4 7 5 13 5 4 4 8 2 5 4 3 3 2 3 3 3 3 11 3 4 1 4 2 3 4 4 16 20 3 9 20 7 19 14
30、20 18 2 9 33 10 21 20-21.9-20.6-14.8-16.5-24.2-21.7-23.0-23.3-1.9-0.6 5.2 3.5-4.2-1.7-3.0-3.3 现品 17 22 7 12 10 8 18 25-24.1-4.1 T1 T2 6.2-12.2-8.4 2.4-8.8 2.8-3.9-2.1-1.7-4.3-5.9-0.1-3.1-2.9 T=-6 61计算信噪比v各号试验计算的结果记入表2.17中v为计算、分析简便，将所有数据进行如下变换 =+20 62对内表进行方差分析v首先计算总波动平方和、各因素波动平方和及自由度 .75.0862212nCTni
31、i718.793.36.09.1222TTfCTS132.422.122.6818122211AAfTTSS101.09.21.38127EEfSS63方差分析v然后进行方差分析，并计算各因素的纯波动和贡献率（见表2.18）。其中，纯波动SA，SB，SD为Si-Ve，Se=Se+nVe（n为SA，SB，SD个数）v贡献率为因素i取不同水平时的波动对于总波动所占比例：v在方差分析中，将方差小于1的项合并为 。经方差分析得出，因素A、B、D及交互作用AB均为显著因素%100TiiSSeS64方差分析表 表2.18 方差分析表 方差来源 波动平方和S 自由度f 方差V 方差比F 纯波动平方和 S 贡
32、献率（%）A B AB C AC D E（e）42.32 14.58 16.82 0.40 0.84 4.21 0.01（1.25）1 1 1 1 1 1 1（3）42.32 14.58 16.82 4.21 （0.42）100.8*34.7*40.0*10.0*41.76 14.16 16.14 3.78 （2.94）52.9 17.9 20.7 4.8 （3.4）T 79.18 7 79.18 100 65确定最佳参数组合v由于A、B、AB均为显著因素，因此作二元配置表（表2.19），选取A、B的最佳参数组合v由二元配置表可以看出，A1B2为因素A、B的最优水平搭配v由表2.17知，D的最
33、优水平为D2。最后得到最佳参数组合为A1B2C0D2E0 表2.19 A、B二元配置表 A B A1 A2 B1 B2 25.126.09.1 35.425.32.5 95.227.12.4 15.323.30.3 66进行工程平均估计v在最佳参数组合条件下信噪比的工程平均估计值计算如下：dBdBdBdBdBTDTBABATBTATEDCBA92.142075.002.035.42022121210202167最佳参数组合的质量水平及收益v现制品条件下的信噪比数值为-24.10dB，改进设计后，信噪比增益为v其真数增益为：v即在最佳参数组合的条件下，磨损量的波动均方值将比现制品缩小8.28倍d
34、BdBdB18.910.2492.1418.9lg1011lg10221212佳现佳现佳现niiniiynyn28.8101018.922佳现68五、望大特性的参数设计v望大特性的定义v望大特性的信噪比公式 v望大特性的参数设计69望大特性的定义q望大特性希望输出特性越大越好，波动越小越好，且不取负值的计量值特性70望大特性的信噪比公式v由望小特性的信噪比公式可知，望大特性的信噪比公式应为：dBynnii1211lg1071Part 4 容差设计v一、容差设计的含义v二、质量损失函数 v三、容差的确定 v四、容差设计的方法 72一、容差设计的含义v容差设计（即公差设计）在确定各零部件参数后，经
35、济、合理地安排和决定系统有关参数的容差（公差）73二、质量损失函数v质量损失函数定量表述“经济损失”与“功能波动”之间相互关系的函数v望目特性的质量损失函数 v望小特性的质量损失函数 v望大特性质量损失函数74望目特性的质量损失函数v质量损失函数L(y)的计算公式v设产品（系统）的输出特性（质量特性）为y，目标值为m。若ym，则造成经济损失，且偏差越大，损失也越大。当y=m时，损失最小（零损失）v令k=L(m)/2！，得到：2mykyL75望目特性质量损失函数v质量损失函数L(y)中k值的确定方法 v根据功能界限0和相应的损失A0求k q而当|y-m|0时，产品将丧失功能，造成的经济损失为A0
36、，得到：v根据容差和相应的损失A求kq当|y-m|时，产品为不合格品，相应的损失为A，由A=k2，故有 k=A/2200 kA76望小特性的质量损失函数v设y是望小特性，类似得到：L(y)=ky2v设规定的容差为，不合格时的损失为A，得k=A/2，得到望小特性质量损失函数（如图2.19）：v对于n件产品，设其输出特性分别取值y l，y2，yn，则平均质量损失为 v式中，22yAyL TVAyL2222211211nniiTyyynynV77望小特性质量损失函数0 0 A0 A O y L(y)合格域 不合格域 图 2.19 望小特性损失函数 78望大特性的质量损失函数v设y是望大特性，类似得到
37、：L(y)=k/y2v设规定的容差为，不合格时损失为A，得k=A2，得到望大特性质量损失函数（如图2.20）：v对于n件产品，设其输出特性分别取值y l，y2，yn，则平均质量损失为 22yAyL 222212122111nniiyyyAyAyL79望大特性质量损失函数 y L(y)A O 合格域 不合格域 图 2.20 望大特性损失函数 80三、容差的确定v望目特性容差的确定v望小特性容差的确定v望大特性容差的确定 81望目特性容差的确定v设产品的输出特性y为望目特性，容差为，当产品不合格时工厂要进行返修或作报废处理；造成的损失为A，产品的功能界限为0，丧失功能时的损失为A0。那么质量损失函
38、数为v当|y-m|=时，L(y)=A，代人上式得：v若定义安全系数为：v则 2200myAyL00AAAA0082望小特性容差的确定v当产品输出特性y为望小特性时，其质量损失函数为：v若已知不合格损失为A，即y=时，L（y）=A，则：或v与望目特性的公式相同 2200yAyL2200AA000AA83望大特性容差的确定v望大特性的质量损失函数为 v若已知不合格损失为A，即y=时，L（y）=A，则 v所以 22001yAyL22001 AA000AA84四、容差设计的方法v容差设计的概念 v质量和成本之间的平衡v容差设计的方法q对影响产品输出特性的诸因素进行考察，通过分析找出关键因素，逐个改变其
39、精度，并计算损失函数，分析、权衡质量收益，从而确定使产品寿命周期成本最低的零、部件的容差85Part 5 可信性设计v一、可信性的定义 v二、可靠性设计 v三、维修性设计简介 86一、可信性的定义v“描述可用性及其影响因素：可靠性、维修性和维修保障等性能的一个集合术语。”v可用性v可靠性v维修性 1.维修保障性 87二、可靠性设计v可靠性和可靠性工程 v可靠性设计的理论基础v与可靠性设计有关的几个基本概念 v可靠性指标 v失效率类型v产品失效规律 v可靠性设计技术 88可靠性和可靠性工程v可靠性工程作为可靠性学科的一个分支，包括：应用可靠性理论预测与评价产品 零件的可靠性预测或可靠性评价 应用
40、于产品及零件设计中的可靠性设计 综合各方面的因素，考虑设计最佳效果的可靠性分配和可靠性优化 作为以上各分支基础的可靠性实验及其数据处理89可靠性设计的理论基础v概率论与数理统计学v最典型的是正态模型vf(t)称为随机变量t的概率密度函数。它表示变量t发生概率的密集程度的变化规律。t在某点以前发生的概率为：vF（t）称为随机变量t的分布函数，或称为累积分布函数。对于时间型随机变量而言，它反映了故障发生可能的大小 tdttftF90与可靠性设计有关的几个基本概念v互补定理 v加法定理 v乘法定理 v数学期望 v置信度 91可靠性指标v可靠度v可靠度函数 v失效率 v期望寿命92可靠度 对象对象系统
41、或零件 规定的工作条件规定的工作条件对象所处的环境条件和维护条件 规定的工作时间规定的工作时间对象的工作期限 正常工作正常工作 概率概率v根据互补定理，系统从开始启动运行至时间t时不出现失效的概率即可靠度为：R(t)=1-F(t)93可靠度函数v如果概率密度函数为f（t），则它的可靠度函数为：tdttftR0194失效率v指产品工作到某个时刻尚未出现故障，在该时刻后单位时间内发生故障的概率v失效率也是测定可靠性的一个基本标准，并且是个条件概率,常用失效函数（t）来表示，即：dttRtdFtRtft95期望寿命q期望寿命表示产品从投入运行到发生失效的平均无故障工作时间 MTTF MTBF 00d
42、ttRdtttftE96失效率类型v递减型。失效率随时间的推移而减少v恒定型。故障的发生纯粹是随机的。失效率A（t）表现为一常数v递增型。故障发生的可能性随时间的推移而逐渐增加 0ttteetR 0ttteetf97产品失效规律长期的观察和试验，发现失效率函数(t)具有如图2.23所示的曲线形式，通常称为浴盆曲线v可将失效规律分为三个阶段：早期失效期 偶然失效期 损耗失效期98失效率曲线使用寿命 偶然失效期 规定的失效率 耗损失效期 早期失效期 时间(t)失效率 O 图 2.23 失效率曲线 99可靠性设计技术v可靠性目标的确定 v可靠性分配和预测 v冗余设计 v故障模式与影响分析 v提高可靠
43、性的其它设计措施v提高产品可靠性的其它措施 100可靠性分配和预测可靠性分配和预测的含义几种基本的可靠性系统结构可靠性分配的原则可靠性分配和预测的方法101故障模式与影响分析 明确被分析的产品及其工作条件 绘制可靠性框图 确定各部分的故障模式及它们对产品可靠性的影响 对每一故障模式评价其可能的后果并确定级别 对每一故障模式确定检测方法和补救措施 研究所采用的检测方法和补救措施对产品设计方案的影响，并修改设计 102提高可靠性的其它设计措施尽可能简化系统，系统越简单，其可靠性就越高采用高可靠性的零部件推行标准化减额使用，即使零部件在更低的负荷下使用优化结构设计进行可靠性增长试验 103提高产品可
44、靠性的其它措施制造方面制造方面筛选零部件、进行工序质量控制，提高零部件的可靠性模拟工作条件进行试运行早期发现故障对特别重要的系统，在更恶劣的工作环境进行运行试验使用方面使用方面严格遵守操作规程，避免误操作切实执行可靠性预防性维修计划及时发现并迅速排除故障（“5个为什么”法）可靠性管理方面可靠性管理方面制定详尽的、可行的可靠性计划并监督执行明确规定可靠性管理的任务、组织机构、职责和权力定期进行可靠性评审工作建立产品可靠性保证体系 .104三、维修性设计简介v简化维修过程，降低维修频率 v进行可达性设计 v维修的安全性设计 v提高维修效率设计 v进行耐用性设计 v防错设计 v人机工程设计 v采用故
45、障自动检测和修复功能105讨论思考题2.1 系统设计与质量功能配置、参数设计和容差设计的关系?2.2 将质量m=1kg的物体进行抛掷，设抛掷水平距离y与作用力F、仰角和方向()间的关系式为 ，g=9.807m/s2。现设目标距离为100m，力的范围为120N，角度为540，试进行参数设计。误差因素的三水平：质量（kg）0.9，1，1.1；力（F）：-10%，0，+10%；角度（）-5，1，+5。（1）用综合误差因素法求出稳定条件，再调整到目标值。（2）做出显著因素的效应图 22sin1mFgy106讨论思考题2.3 某产品输出特性为抗拉强度，希望越大越好。今用正交表L9（34）安排试验，每号条件取两个样品，抗拉强度的测量值见下表，试确定最佳参数组合。A B C D y 1 2 3 4 y1 y2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 3 3 1 2 2 3 1 550 590 840 570 570 560 810 710 620 530 580 820 560 560 600 860 670 600 因 素 列 号 No.
