产品设计质量控制方法简介

（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。
S
1 10 Lg[ ( Yi 2 )] N n
稳健设计方法的步骤



确定参数项目和位级（可控因素）A、B… （内侧正交表） 确定干扰因素（不可控因素：材质、环 境….）（外侧正交表） 确定内侧正交表时，取决于正交表方案。 确定外侧正交表时，每对应一个内侧的试 验号，就有？个试验结果。

稳健性设计是日本著名的质量管理专家田 口玄一博士于70年代初创立的质量管理新技术。 这是一种最新颖、科学、有效的稳健性优化设 计方法。该理论和方法不仅受到日本同时也受 到欧美各国应用统计学家、质量管理专家、工 程设计专家和企业人士关注，并在工程实际中 得到了广泛应用。


据资料介绍，日本数百家公司每年应用田口 方法完成10万项左右的实例项目研究，在不增加 成本的情况下，大大提高了产品设计和制造质量。 田口的稳健性设计方法被日本人作为日本产品 打入国际市场并畅销不衰的奥妙之一；是日本经 济腾飞的秘诀和成功之道。
容差设计的过程


2. 各误差因子的各水平均确定之后，即可将误差 因子分配给选定的正交表。在直接对这些数据进 行方差分析后，即可判断哪些误差因子对质量特 性值的影响大。 对于贡献大的误差因子，可选用质量等级高的优 质元件，这样就能有效控制住质量特性值的波动， 提高产品质量的稳定性了。

应结合经济性分析来确定元件的容许偏差。 产品的功能受噪声影响会偏离目标值，随 偏离的程度不同，将给用户带来程度不同 的损失。
产品设计质量控制方法 （田口方法、稳健设计、三次设计方法简介）
田口玄一方法


稳健设计的原理如下：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。 这种情况一般有2种解决方法。常见的一种 是想办法控制炉温。
田口玄一方法


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。这就是稳健设计。 稳健设计是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)。

选择系统各元件的最佳参数组合是参数 设计的目的。参数设计后，应将元件自身 的波动控制在一定的范围之内，这就是要 进行容差设计的目的。
容差设计的过程

1. 首先要研究，按参数设计确定的最佳水 平组合取值、但选用价格低廉的零部件或 元器件（即它们本身质量等级较低，误差 较大）时，系统质量特性值的波动有多大。
外噪声：温度、湿度、电源电压 内噪声：绝缘材料老化、润滑油干燥、轴承磨损 随机噪声
同时在设计和制造过程中还存在的一组相对稳 定并可加以控制的因素，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。这些因素为可控因素和系统因 素。 正是这些可控因素才使得产品性能、工艺过程 和技术功能具有一定的稳定性。
2 2 2 A A0 / 2 ( y m ) A / 0 0 0

故
A / A0 0

相对于产品（或系统），构成此产品的元 件（或零件）的特性参数称为下位特性。 在对这些元件进行三次设计时，要根据他 们对产品质量特性值（又称为上位特性） 影响大小来确定容差。
外部因素
M 3 1 2 3 (外侧表)
┊ ┊┊ ┊
┊ ┊┊ ┊
列 No. 1 2 3 ┊ ┊ 18
A B C D 1 2 3 4 1 1 1 ┊ ┊ ┊
列 No. 1 2 3
1 1 1 y1 1 y12 y13 … … 2 2 2 （内侧表） y 21 … … … … 3 3 3 y 31 … … … … ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ y 181 … … … … ┊ ┊ ┊
18 y118 y218 y318 ┊ ┊ y 1818
┊ ┊┊
K 1 1 1 1
L 2 1 2 3
考虑他们的优良程度： 信噪比η=S/N=(信号功率)/(噪声功率) =（可控因素的效果）/（不可控因素的效果） η越大，说明干扰的因素影响不大，质量的波 动越小，稳定性和可靠性越好。

容差设计
'

由于L(m)=0，L’(m)=0，所以展开式的第一项和第 二项均为0，第三项成了主要项。另外，因偏离量 (y-m)不会太大，忽略高次项，则损失函数可近似 表示为
L( y) k ( y m)

2
式中
k L (m) / 2!
''

若把产品不能正常发挥其功能的极限偏差记为Δ 0， 把偏差为 Δ 0 时的损失记为 A0 ，则上式中的 k 值可 求解如下:

设元件（或零部件）的质量特性值为 x ， m 为 x目标值， β 为元件的参数每变化一个单 位时上位特性变化的大小，则元件参数变 化对上位特性的影响，可用损失函数表示 为
3、容差设计
参数设计后确定了一组参数组合。但： 1、 是否还能减少参数波动幅度使产品质量特性更 加稳定？ 2、 是否可以适当降低元器件精度等级以降低成本？ 这两个问题实质上是确定适当的元器件精度， 以使产品的使用寿命周期费用最低。

稳健设计技术的基本原理

噪声因素 波动是产生质量问题的根源，在实际生产的过程 中，往往存在着一些人们无法控制或难以控制的 因素。我们称这些不可控制的因素为噪声因素或 随机因素。正是这些无法穷尽的潜在变化的相互 作用导致了技术功能，产品性能和工艺过程的波 动。


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。 系统设计阶段，需要求出产品的性能指 标与各有关参数之间的函数关系。
2、参数设计

指在全系统设计基础上，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。
解决问题
-如何实现低成本、高质量的设计？ -通过选择系统参数的最佳组合，尽量减小内外部和 产品间的干扰，使质量特性波动最小。
解决方案
-选择低质量等级的元件，实现质量最好的整机。 -根据各参数波动对产品质量特性贡献的大小，从经 济性角度确定最合理的容差大小。
应用价值
-把质量设计进产品里面去； -量化分析并确定产品的最佳参数和合理容差；

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。设计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出质量最好、成 本最低、收益最高的产品。其口号是“用 三类元件设计制造出一类整机”。

在国际市场上占有最大份额的日本电气产品 以及美国三大汽车公司等都是在这种设计概念下 取得了最好的技术经济效果，在放宽工艺要求， 降低制造成本的条件下制造出高品质的产品)2 / n
Ve [ yi2 ( yi )2 / n] /(n 1)

yi_——表示观测值，i=1,2,…n采样数。

（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。
S
1 10 Lg [ ( Yi 2 )] N n
稳健设计（田口法）
在实际问题中存在不少误差因素，它们影响着产品质量。对这些 误差因素可以采取两种办法： 1) 消除这些因素: 实际上往往很难做到，有的情况下，即使能做 到,也要花费很大力气和很高的费用，这是不值得的； 2) 尽量降低误差因素的作用，使产品性能因误差因素变化而变化 的敏感性最小。根据这种指导思想，对产品的性能、质量和成 本综合考虑，选择出最佳设计，既提高了产品质量，又降低了 成本，这种设计方法叫做稳健设计； 稳健设计是一种最优化设计方法，它的两个主要工具是信噪比和 正交表，用信噪比作为特征数衡量质量，用正交表安排试验。
田口方法在美国工业界的广泛的应用


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。 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。
田口方法在美国工业界的广泛的应用




20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。 1994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。 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。 由于世界范围内高技术产业兴起和社会生产力的迅速 发展，国际市场竞争的焦点已开始由价格的竞争转向 质量设计的竞争。设计竞争的严峻形势迫使每个企业 重新考虑其质量经营战略。
选择最有效的输出质量特性

实施稳健设计技术首先要选择最有效的输出质 量特性，尤其是在技术开发阶段，这一要素的正 确选择显得更加重要。只有对有效的输出质量特 性进行测量才能反映产品/工艺性能或技术功能的 基本特征，进而确定输出的基本功能和理想功能。

为了获得稳定性好的质量，希望质量特征越接 近目标值越好；同时，要求质量特征对噪声干扰 抵抗力越强越好，即要求质量特征试验的多次观 察值的平均值越接近目标值越好，同时，偏差变 化越小越好。由于信噪比 S／ N 函数既考虑到质量 特征的平均水平又考虑到其波动范围，因此，用S ／N来评价质量水平是比较合理的和全面的，信噪 比S／N越大，说明产品质量水平越高。

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S／N函数。