ch9 设计质量中的一些相关问题

SPC是在戴明1950年从美国引入日本的，经过30多 年的努力，日本的质量和生产率已处于国际领先。美国和 日本的产品质量的差距已和明显。以汽车零件的不合格率 为例，北美的汽车零件不合格率为1%~4%，而日本的为 1%~4% 0.001%，仅此一项，北美的汽车装配线现场零件的储备 就达10亿美元。美国的质量管理学者说：日本成功的基石 之一就是SPC.
CAX技术
CAX技术主要是指一系列计算机辅助技 术，包括： 用于设计阶段检查设计对整个产品生 命周期影响的计算机辅助设计（computer aided design——CAD）； 能自动生成所设计的零件加工方法并分 析设计对制造影响的计算机辅助制造 （computer aided manufacture—CAM）
现代质量管理与先进设计、制造系统
质量管理的观念和方法一直在更新： 质量检验(Quality Inspect) 统 计 质 量 管 理 (Statistical Quality Control, SQC)， 全 面 质 量 管 理 (Total Quality Management ， TQM)， 以统计理论为基础的统计过程控制(Statistical Process Control, SPC)主要用于制造过程的质量 控制。在将质量控制的范围由制造过程扩展至设 计乃至整个产品生命周期之后，可靠性理论、稳 健设计等质量保证方法也逐渐得到认可和采用。
包含三个成份的：
CAD和CAM数据库界面 工艺选择指南 工业工艺流程策划指南
计算机辅助工艺规划（computer aided process planning——CAPP）。
这些计算机辅助技术最初并不是专门为并 行工程开发地，而多数是在计算机集成制造系 统（CIMS）的发展过程中开发成的。
各种质量保证技术的有机结合
二、并行设计问题 CE的核心是产品开发全过程中所有活动 的并行、交叉和一体化进行。并行设计是 其要点。并行设计体现在质量保证方面就 是质量活动的并行进行。

DFX技术
并行工程的关键原则之一就是促使开 发者从设计一开始就考虑产品生命周期 整个过程中的各种问题，因此DFX技术 被广泛地应用于并行工程。DFX主要包 括： 为 制 造 而 设 计 （ DFM—Design For Manufacture ） 为 装 配 设 计 (DFA—Design For Assembly)。
同时也为产品质量保证开辟了新的途径。 尤其是在:
计 算 机 集 成 制 造 系 统 (Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS)、 现代集成 制 造 系 统 (Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS)和CE环境下， 质量保证的要求和传统生产模式下的质量保证 之间有较大的差别。 例如，CIMS要求从设计到制造各环节的质 量保证实现集成，包括产品设计、生产安排、 工艺过程设计和制造、装配等相互之间质量保 证的集成，组成CIMS的集成质量保证系统。
六、多变量多过程的监测控制
传统的SPC用在制造过程质量控制时，大多针 对单一过程和变量。 现代工业的大型化和复杂化，如在CIMS中， 过程和过程变量已变得越来越复杂，要将SPC用在 其中，SPC模型必须能适应多变量多过程的监测与 控制。 因此，许多学者致力于研究适用于现代企业 多变量过程控制的SPC算法与模型。
实验设计 实验评估 统计工艺控制 质量圈 波卡—约基 产品评估 系统评估
优质企业 一般企业
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产品开发中普遍采用的并行工程技术和方法
QFD QFD、DFM和 PDCA QFD、产品FMEA 田口方法和DFM QFD、 PDCA和工序FMEA QFD、 工序FMEA、田口方法、过程能力 统计过程设计PDCA 确定要求 概念开发 详细设计 制造系统的 概念开发 工序设计 服务与支持
各种先进的产品开发模式如: 并行工程(Concurrent Engineering, CE) 先进制造技术如敏捷制造(Agile Manufacturing, AM)、 精良生产(Lean Production, LP)、 虚拟制造(Virtual Manufacturing, VM)、 及时生产(Just in Time, JIT) 快速响应制造(Quick Response Manufacturing, QRM)等的出现，对产品的质量保证提出了新的和 更高的要求。
四、在产品生命周期其它环节的应用
SPC最初是应用于制造过程的质量控制，实 际上，产品开发整个过程都可以看做是同制造过 程相似的过程，它们都存在各自的过程参数。这 些过程参数也可以通过统计方法进行分析。 因此，目前许多研究将SPC应用于制造过程 之外的产品开发过程，如市场调研、产品设计、 工艺过程设计、原材料准备、以及售后服务等。
设计质量中的一些相关问题
在开发过程中大量应用的质量保证手段
占企业百分比 主要应用领域
质量功能配制 产品故障模式与影响分析 工艺故障模式与影响分析 故障树分析
5 55
62 89 96 90 33 62 50 71 28 100 100 87 45 53 31 83 90 95 85
生产过程 开发过程
一、系统设计
常用的分析方法有： 试验设计(Design of Experiment, DOE)、 失效模式及效果分析(Failure Model and Effects Analysis, ( FMEA)、 价值工程(Value Engineering, VA)、 可靠性理论 仿真技术、优化与决策等。
DFX是TQM在并行工程中的体现。TQM的观 点认为，质量管理中的用户不仅是使用产品的最 终用户，在产品形成过程中的每个环节，下一环 节就是上一环节的用户，如产品设计是市场调研 的用户，工艺过程设计是产品设计的用户，制造/ 装配是工艺过程设计的用户，销售是制造/装配的 用户等。
而DFX正是体现产品设计过程中除满足 最终用户对产品质量的要求外，还应满足 其后续环节作为广义用户的要求。 因此通过DFX更能体现TQM“三全”中 “全面”的特点。
DFX技术
DFM典型的原则有：
1、设计中要尽量减少零件的种类和个数，尽量使用 标准件； 2、产品中相似的特征尽量设计成统一的尺寸； 3、避免内表面加工而采用外表面加工设计； 4、避免使用单独的紧固件； 5、在可能的条件下尽量采用成组设计方法； 6、减少对零件的搬运次数等。
DFX技术
DFA（为装配设计）
DFA与DFM相似，主要考虑设计出来 的各种零部件能否在现有条件下安装并避 免误装。 它的两个基本原则是设计的大量零部 件必须易于搬运与安装。
DFX技术
除了DFA与DFM 外，DFX还包括要求设 计者采取只要用简单工具和设备就很容易进行 工程分析的方案，以减少设计次数，缩短制造 周期、提高质量和减低成本的： 为 工 程 分 析 而 设 计 （ DFEA—Design For Engineering Analysis） 为 维 修 性 而 设 计 （ DFM—Design For Maintainability）、 为可靠性设计(DFM—Design For Reliability) 现在强调为环境保护而设计。
一、DFX技术
DFX是CE的关键技术，主要包括: 面 向 制 造 的 设 计 (Design for Manufacturing, DFM)、 面向装配的设计(Design for Assembly, DFA)、 面向质量的设计(Design for Quality, DFQ)、 面向可靠性的设计(DF Reliability)、 面向可维修性的设计(DF Maintainability) 面向互换性的设计(DF Change ability)设计等。 它们都是实现产品质量保证及控制的积极有 效方法。
由于各种质量保证和控制技术都是为适应某 特定过程或场合而设计的，在CE、AM等先进生产 系统和模式中，对质量保证和控制的集成性、并 行性和交叉性的要求，使得它们相互间独立运用 已变得不适应，只有集成及相互结合，才能发挥 积极作用。
一、QFD与田口方法的结合
QFD可用于田口设计中的系统设计，通过 QFD的顾客需求到工程特性及工程特性到零件技 术特性这两个质量屋，得出产品工程特性及零部 件技术特性的重要程度，以此作为田口系统设计 的依据。
三、面向过程的质量控制
传统的SPC，通过检验产品的最终质量参 数如零件/工件尺寸及表面精度，对检验结果进 行统计分析，进而判断是否符合产品设计和工 艺设计要求。这种质量控制实际上带有一定的 被动性。 新的观念是对整个生产过程的过程参数， 如设备运行参数、刀具参数及各种工艺参数等 进行监控，利用SPC对各参数进行统计分析， 判断过程是否正常或是否有不正常的发展趋势， 以预防质量问题的发生，从而从根本上消除质 量问题隐患。
稳健设计与SPC
稳健设计用到的主要方法以统计理论为 基础。CE及先进的产品开发与生产模式对 质量保证的要求，使得稳健设计技术不断 发展，并为稳健设计技术的发展注入新的 活力。
稳健设计中主要涉及的方法
稳健设计的内容包括产品设计和工艺设计两个 方面，分系统设计、参数设计和容差设计三个阶 段，利用质量损失函数(Loss Function)，即由于 参数的波动引起的费用损失来衡量质量，进而对 设计进行优化。
统计过程控制与质量管理方法
1、制造过程质量问题的预防 2、在小批量产品制造中的应用 3、面向过程的质量控制 4、在产品生命周期其它环节的应用 5、SPC理论及模型的研究与改进 6、多变量多过程的监测控制
一、制造过程质量问题的预防
通过SPC，预测制造质量和制造过程状况、 能力的发展趋势，以便对可能发生的质量问题预 先采取相应的预防措施。传统的质量控制是基于 评价的系统，即根据输出对过程作出评价，也就 是，按照某种打分原则，对输出进行检验并分类， 有缺陷的要么返修，要么报废。这种方法通常费 用较高。
二、QFD与统计方法的结合
当前，对QFD与Baidu Nhomakorabea计方法特别是与SPC的结合
研究主要反映在QFD各阶段应用到各种统计方法， 如在零件配置阶段对所选择的初步设计方案进行 可能存在的故障分析时用到FTA和FMEA。在工 艺规划和工艺/质量控制配置阶段用到SPC中的各 种工具等； 而通过QFD与SPC的集成实现设计与制造过程质 量保证的集成方面的研究还较少。
一种替代方法是预防检测和评价，即在缺陷 形成之前就进行检测和评价，对产生质量问题的 根源进行分析，找出造成质量问题的原因，对其 予以预防和消除。
二、在小批量产品制造中的应用
SPC一般建立在大量样本统计的基础上，然 而，当代企业和市场正在向着多品种小批量生产 的方向发展。 如何利用SPC理论对多品种小批量生产过程 的质量进行控制，成为SPC应用研究需要解决的 问题。 在这方面国内外已有相应研究。
三、QFD与其它管理技术的结合
二、参数设计
在参数设计阶段，要用到系统设计中常用的 各种方法: 响应面法(Response Surface Method, RSM)、 故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA) 相关分析 方差分析 灵敏度法 随机模型法等方法
三、容差设计
容差设计的方法： 故障树分析(Fault Tree Analysis, FTA) 相关分析 方差分析以及RSM 灵敏度法和随机模型法

五、SPC理论及模型的研究与改进
SPC的基础是传统的概率与统计理论，它建立 在对大量原始数据统计与分析的基础上。当原始 数据不足时，其分析结果准确性就较差。另外， 对以前数据的分析比较有效，对未来过程发展趋 势的预测显得不足。 新的研究正在寻找SPC与其它方法相结合或 改进的算法，如将人工神经网络(Artificial Neural Networks, ANN)应用到SPC中，利用ANN的统计 概率模型，发挥人工智能在SPC中作用，解决原 始数据不足或预测困难的问题。