1、在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：或者直接输入下面地址：http:/2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社第3章设计质量控制2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.1 设计质量概述2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.1.1 设计定义及过程1.设计的定义v在ISO9000:2005标准中，对设计的定义为：“设计和开发是将要求转换为产品、过程或体系的规定的特性或规范的一组过程。”v设计质量是
2、指所设计的产品是否能够满足顾客需求、性能是否易于制造和维护、经济性是否合理、对生态环境是否造成危害、风险是否最小等。2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.1.1 设计定义及过程2.设计的过程v产品理念形成v顾客未来需求预测v面向产品开发的技术选择v面向过程选择的技术开发v产品营销与分销准备v产品设计与评价v制造系统设计v产品制造、交付和使用2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.1.2 面向质量的产品设计v顾客所需的功能是什么？v目前产品具备哪些功能？v何谓关键性能特征？v顾客需要多少性能？v如何平衡性能的各竞争性维度之间的关系？2023-5-10
3、苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.1.3 设计质量与产品质量 国际标准化组织（ISO）指出了产品质量包含以下四个方面：（1）与确定产品需要有关的质量即市场调研质量。（2）与产品设计有关的质量即设计质量。（3）与产品设计的符合性有关的质量即制造质量。（4）与产品保障有关的质量顾客质量。2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.1.4 设计质量与产品质量影响产品质量的因素:1.控制因素 为了改进产品的质量特性，在技术上能控制其水平的因素2.标示因素 维持环境与使用条件等方面的因素3.信号因素 为了实现目标结果而选取的因素，是指产品的质量特性需要达到的目标值。4.误差因
4、素 通常是引起产品质量波动的主导因素2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.1.5 产品质量设计的模型v产品质量设计模型包含的基本要素有：设计参数（即可控因素）、误差因素（或噪音因素）、信号因素（即输入因素）、质量特性（即输出特性）。设计参数和误差因素影响着产品的输出特性值。2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社v产品的质量特性值与对其有影响的设计参数和误差因素有关。可用函数表示为：v产品的质量设计过程中，为了稳定产品性能，就应该使设计输出结果的均值和标准差满足以下两个条件：条件1：，一批产品的质量特性均值应恒等于目标特性值；条件2：，一批产品的质量特
5、性值的标准差应小于目标特性值极限偏差与一常数的比值。z z)x x,f(y0yy ykS13.1.5 产品质量设计的模型2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.2 设计质量控制分析2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.2.1 设计质量控制原则v需求原则v信息原则v系统原则v继承原则v效益原则v简化原则v定量原则v时间原则v合法原则v审核原则2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社1.输出特性和原因特性2.计量特性和计数特性3.静态特性和动态特性4.望目特性、望大特性和望小特性3.2.2 设计质量特性分类2023-5-10苏秦主编质
6、量管理与可靠性 机械工业出版社1.设计质量特性分级的重要性2.设计质量特性分级的内容3.设计质量特性重要度分级方法3.2.3 设计质量特性分级特性分级特性分级分级定义分级定义关键特性如果超过规定的特性值，会直接影响产品安全性或产品整体功能的丧失，可能引起顾客退货重要特性如果超过规定的特性值要求，将造成产品部分功能丧失，可以引起顾客索赔，顾客不易追究，但可能作为信息反馈一般特性如果超过规定的特性值要求，将会出现产品功能逐渐丧失2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社4.设计质量重要度分级的标识(1)符号表示法符号表示法(2)表格法表格法对于复杂的零件，宜采用表格法标注设计质量特
7、性3.2.3 设计质量特性分级2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社v选用什么特性来表现质量问题，是专业技术人员必须考虑的。但选取什么样的特性值及其评价指标和评价方法则是设计质量控制人员应考虑的问题。2.设计质量评价分类事前评价，中间评价，事后评价，跟踪评价3.设计质量评价方法专家评价法、经济分析法、运筹学和其他数学方法、混合法等3.2.4 设计质量评价1.设计质量评价指标2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.3 设计质量控制技术2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社1.QFD概述v采用QFD可使检验生产质量转向检查产品的设计质量
8、产品的内在质量，QFD使设计成为现实之前就已引进许多无形的要素，产品质量就溶于设计之中。3.3.1 质量功能展开(QFD)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社vQFD包含两层含义：一 狭义的质量功能展开，即用目的手段，将形成质量的功能乃至业务，以不同的层次展开到具体的部分。二 质量展开，是将顾客的需要转换为图纸和设计要求及产品生产过程中各阶段的要求，以确定产品的设计质量，并将其系统、关联地展开到零部件的质量、零件质量、工艺要求以及工序要求等过程。3.3.1 质量功能展开(QFD)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社v质量功能展开示意图3.3.1 质量
9、功能展开(QFD)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社2.QFD的体系结构与步骤vQFD核心是质量屋（House of Quality，HOQ），二维矩阵和图表构成的。3.3.1 质量功能展开(QFD)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社QFD的质量屋基本上是由以下不同参数的矩阵图表和一项设计目标声明构成：v（1）目标声明v（2）顾客需求及其重要度v（3）工程技术措施v（4）关系矩阵v（5）相关性矩阵v（6）市场竞争性评价矩阵v（7）工程技术措施特性指标及其重要度v（8）技术竞争性评价矩阵v（9）技术难度和目标值3.3.1 质量功能展开(QFD)20
10、23-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社v汉堡屋改进的一级质量屋举例3.3.1 质量功能展开(QFD)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社1.TRIZ理论概述vTRIZ是俄文Teorijz Rezhenija Izobretatelskich Zadach 的缩写，其英文含义为发明问题解决理论（theory of inventive problem solving,TRIZ），它是一种创新性问题解决方法指导性理论。vTRIZ认为，创新并不是灵感的闪现和随机的探索，它存在着解决问题的一般规律，这些规律和原则可以告诉人们按照什么样的方法和过程去进行创新并对结果具
11、有预测性和可控制性。3.3.2 TRIZ理论2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社2.TRIZ 控制设计质量的工具vTRIZ设计理论的主要内容和工具有：产品的进化理论、39个工程参数、40条发明原理、物理矛盾、分离原理、物质场分析、科学和技术成果数据库、ARIZ算法等。技术矛盾解决过程物理矛盾解决过程3.3.2 TRIZ理论2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社TRIZ设计理论中常用到的内容和工具（1）产品的进化分析vTRIZ认为，从历史的观点看，产品处于不断进化之中，是其核心技术从低级向高级变化的过程。TRIZ根据时间与产品利润、产品专利数量、专利发明
12、的级别三组曲线的进化分析，相关联来综合评价、预测产品性能的技术成熟度，并用分段线性S曲线来表示，分为婴儿期、成长期、成熟期和衰退期。3.3.2 TRIZ理论2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社（2）39个工程参数vTRIZ理论对技术矛盾进行一般化处理，提出用39个通用工程参数描述实际设计问题的技术矛盾，把设计过程中的具体设计矛盾转化为一般的或标准的技术矛盾。3.3.2 TRIZ理论2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社(3)40条发明原理vRIZ提出了解决技术矛盾的40条发明原理，它是对不同领域的已有创新成果进行分析、总结后得到的具有普遍意义的规律，提
13、示设计者最有可能解决问题的方法，是解决技术矛盾的关键。(4)矛盾矩阵vTRIZ提出了矛盾矩阵，将39个工程参数与40条发明原理建立了对应关系，很好地解决了选择发明原理的难题。3.3.2 TRIZ理论2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社(5)分离原理vTRIZ在总结解决物理矛盾的各种方法的基础上，提出了四种分离原理解决物理矛盾：空间分离；时间分离；基于条件的分离；整体与部分的分离。(6)分离原理与发明原理的关系3.3.2 TRIZ理论2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社1.稳健设计概述v稳健设计是一种低成本、高质量的统计分析设计方法，起源于20世纪70
14、年代日本的田口玄一（Taguchi）提出的“三次设计法”，国际上又称为“田口方法”。v田口博士认为，产品质量是“产品出厂后，直到使用寿命完结止，给社会带来的有形与无形的损失程度。”该定义与传统的产品质量定义不同，田口的观点是用产品的可用质量对顾客和社会造成的损失来衡量。3.3.3 稳健设计方法(田口设计方法)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社v稳健设计的基本原理就是在设计产品或工艺时，就考虑到产品在制造和使用中各种因素发生偏差，以及在规定的寿命期间内产品发生老化、性能变差时，都能使产品的性能保持稳定的一种设计方法。v即使选用价格廉价的零部件（指要求的加工精度低或二级、三
15、级品等类零部件），通过稳健设计，调整影响产品质量的可控因素（即设计参数）的水平和组合以及容许差，使总的产品性能对其它质量因素的敏感程度降低，v田口博士提出的“三次设计法”是指对产品的设计优化过程分为三个阶段：系统设计；参数设计；容差设计。3.3.3 稳健设计方法(田口设计方法)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社2.质量损失函数为了定量地描述产品质量波动造成的损失，田口提出用质量损失函数L（y）来度量，下面是3种常用的质量损失函数：3.3.3 稳健设计方法(田口设计方法)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.正交试验设计 运用正交试验设计技术可构造
16、一些正交向量，从许多试验 因素组合中选择出最具有代表性的少量试验，就能获得可靠的试验结果。v正交试验设计的试验步骤为：（1）应先确定各个试验因素的个数及其水平数；（2）分析各个影响因素之间是否有相互作用；（3）根据人力、物力、时间、费用等确定大概的试验次数；（4）最后选用合适的正交表，安排试验。3.3.3 稳健设计方法(田口设计方法)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社4.信噪比(SN比)vSN比指影响产品质量特性的主效应与误差效应的比值。即主效应相当于信号，误差效应相当于噪音。在设计质量控制中，用SN比模拟误差因素（即噪音效应）对产品设计质量特性的影响。3.3.3 稳健
17、设计方法(田口设计方法)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社5.系统设计v产品设计的第一次设计称为系统设计，是指决定产品功能和结构的设计。v系统设计的方式有：（1）技术引进、利用专利的方式；（2）自行设计与技术引进相结合的方式；（3）独立研制方式。3.3.3 稳健设计方法(田口设计方法)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社6.参数设计v产品设计的第二次设计称为参数设计，它稳健设计的核心，这一阶段是为了提高和保证产品性能，同时考虑成本因素，以优化产品性能为目标，设计出质量稳定、成本合理的产品。3.3.3 稳健设计方法(田口设计方法)参数设计调整优化产品
18、质量的一般原理2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社v参数设计的一般程序为：（1）运用专业知识，选出主要的质量因素及其水平，包括控制因素、标示因素、信号因素和误差因素；（2）根据质量因素的个数及其水平数，选取合适的正交表和试验次数；（3）按照正交表中的各个因素水平，进行试验；（4）根据试验数据，计算SN比，并用SN比代表每组试验的特性值，进行方差分析；（5）根据分析结果，选取最佳参数水平及其组合，作出参数设计结论。3.3.3 稳健设计方法(田口设计方法)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社7.容差设计v产品设计的第三次设计称为容差设计v容差设计就是在产
19、品质量设计过程中，通过控制可控因素的容差，衰减或缩小误差因素所引起的产品质量波动，调整产品质量与成本关系的一种设计方法。v容差设计的目的是确定各种影响产品质量波动因素的主次，即确定哪一项是质量波动的主要原因，哪些是次要的，这样就针对性地衰减或缩小主要因素的引起的质量波动。3.3.3 稳健设计方法(田口设计方法)2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社v在产品的设计质量控制中，采用QFD方法，得到顾客对产品的要求，知道顾客想要什么样的产品，确定了设计的方向和目标，但它无法进一步向设计人员提供可操作的解决产品创新设计的具体方法。vTRIZ设计理论正是实现产品创新设计的有力工具，它
20、将产品创新的核心概念设计（在稳健设计中称为系统设计）过程具体化，并提出了规则、算法与发明创新原理供设计人员使用。v再通过稳健设计，对用TRIZ创新设计理论得到系统功能原型进行参数设计和容差设计，得到产品各个设计参数的最佳水平值及其组合，就能获得价格合理、质量性稳定的产品。3.3.4 QFD、TRIZ和稳健设计的集成应用2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.4 设计质量控制实施2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社3.4.1设计策划vISO 9001:2008标准中7.3.1对设计策划的实施，规定为：组织应对产品的设计和开发进行策划和控制。在进行设计和
21、开发策划时，组织应确定：设计和开发阶段；适合于每个设计和开发阶段的评审、验证和确认活 动；设计和开发的职责和权限。组织应参与设计和开发的不同小组之间的接口进行管理，以确保有效的沟通，并明确职责分工。2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社ISO9001:2008标准中7.3.2对设计输入的要求为：v应确定与产品要求有关的输入，并保持记录。这些输入应包括：功能和性能要求；适用的法律、法规要求；适用时，以前类似设计提纲的信息；设计和开发所必需的其他要求。应对这些输入进行评审，以确保输入是充分与适宜的。要求应完整、清楚，并且不能自相矛盾。”3.4.2设计质量输入2023-5-10苏
22、秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社根据ISO 9004：2008标准中对设计输入提供的指南，设计输入的内容可包括：1)内部输入。如：方针、标准和规范；技能要求；可信性要求；现有产品的文件和数据；其他过程的输出。2)外部输入。如：顾客或市场的需求和期望；合同要求和相关规范；相关的法律和法规要求；国际或国家标准；行业规则。3)那些对确定安全和功能起关键作用的产品或过程的 特性的其他输入。如：运行、安装和使用；储存、搬运、维护和交付；物理参数和环境；处置要求。3.4.2设计质量输入2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社 对产品设计质量的输出，应确定输出的形式、内容、要求等。I
23、SO9001:2008标准中7.3.3对设计输出的要求为：设计和开发的输出应以能够针对设计和开发的输入进行验证的方式提出，并应在放行前得到批准。设计和开发输出应：满足设计和开发输入要求；给出采购、生产和服务提供的适当信息；包含或引用产品接受准则；规定对产品的安全和正常使用所必需的产品特性。3.4.3设计质量输出2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社 ISO9001:2008标准中7.3.4对设计评审的要求为：在适宜的阶段，应依据所策划的安排对设计和开发进行系统的评审，以便：评价设计和开发的结果满足要求的能力；识别任何问题并提出必要的措施。评审的参加者应包括与评审的设计和开发
24、阶段有关的职能的代表。评审结果及任何必要措施的记录应予支持。3.4.4 设计质量评审2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社 实施设计质量验证时，应确定验证的方法以及相应的处理办法。ISO9001:2008标准中7.3.5对设计验证的要求为：为确保设计和开发输出满足输入的要求，应依据所策划的安排对设计和开发进行验证。验证结果及任何必要措施的记录应予保持。”3.4.5 设计质量验证2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社 ISO9001:2008标准中7.3.6对设计确认的要求为：为了确保产品能够满足规定的使用要求或已知的预期用途的要求，应依据所策划的安排对设
25、计和开发进行确认。只要可行，确认应在产品交付或实施之前完成。确认结果及任何必要措施的记录应予保持。”3.4.6 设计质量确认2023-5-10苏秦主编质量管理与可靠性 机械工业出版社 ISO9001:2008标准中7.3.7对设计更改控制的要求为：应识别设计和开发的更改。在适当时，应对设计和开发的更改进行评审、验证和确认，并在实施前得到批准。设计和开发更改、的评审应包括评价更改对产品组成部分 和已交付部分的影响。更改的评审结果及任何必要措施的记录应予保持。根据ISO 9001：2008标准，实施设计质量更改时，应对所有设计质量更改都进行识别，并且在实施更改前必须得到授权人的批准，更改后还需要进行评审，评审结果及相应措施都应做好记录。3.4.7 设计质量更改
