田口方法的基本理论

田口方法的基本理论

1. 概述

随着市场竞争的日趋激烈,企业只有牢牢把握市场需求,用较短的时间开发出低成本、高质量的产品，才能在竞争中立于不败之地。在众多的产品开发方法中，田口方法不失为提高产品质量，促进技术创新，增强企业竞争力的理想方法。

田口方法是日本著名的质量管理专家田口玄一博士在20世纪70年代初创立的。该方法是一种低成本、高效益的质量工程方法，它是一种在产品开发和设计早期阶段防止质量问题的技术。

2. 田口方法的基本思想

是把产品的稳健性设计到产品和制造过程中，通过控制源头质量来抵御大量的下游生产或顾客使用中的噪声或不可控因素的干扰，这些因素包括环境湿度、材料老化、制造误差、零件间的波动等等。田口方法不仅提倡充分利用廉价的元件来设计和制造出高品质的产品，而且使用先进的试验技术来降低设计试验费用，这也正是田口方法对传统思想的革命性改变，为企业增加效益指出了一个新方向。

与传统的质量定义不同，田口玄一博士将产品的质量定义为：产品出厂后避免对社会造成损失的特性，可用“质量损失”来对产品质量进行定量描述。质量损失是指产品出厂后“给社会带来的损失”，包括直接损失（如空气污染、噪声污染等）和间接损失（如顾客对产品的不满意以及由此导致的市场损失、销售损失等）。质量特性值偏离目标值越大，损失越大即质量越差，反之，质量就越好。对待偏差问题，传统的方法是通过产品检测剔除超差部分或严格控制材料、工艺以缩小偏差。这些方法一方面很不经济，另一方面在技术上也难以实现。田口方法通过调整设计参数，使产品的功能、性能对偏差的起因不敏感，以提高产品自身的抗干扰能力。为了定量描述产品质量损失，田口提出了“质量损失函数”的概念，并以信噪比来衡量设计参数的稳健程度。

由此可见，田口方法是一种聚焦于最小化过程变异或使产品、过程对环境变异最不敏感的实验设计，是一种能设计出环境多变条件下能够稳健和优化操作的高效方法。

一般而言，任何一个质量特性值在生产过程中均受很多因素的影响，田口玄一博士将影响质量特性的因素分为输入变量W、可控变量X和不可控变量Z，如图1所示。输入变量非设计参数，可控变量是田口方法的设计对象，所谓可控变量，即可以调整可控制的参数，这种变量通常称为信号因子。不可控变量，顾名思义，即不可控制的变量，也称为噪音因子（Noise Factors），就是使质量特性偏离目标值的因素。田口玄一博士将噪音因子分为三类：即外部噪音，如温度、湿度、灰尘等；内部噪音，如劣化等；产品间噪音，如制造缺失等。

图1影响质量特性的关键因素

田口方法的基本原理是通过控制可控因素的水平和配合，使产品和工艺对噪声因素的敏感程度降低，从而使噪声因素对产品质量的影响作用减少和消除，以实现提高和稳定产品质量的目的。田口提出的“三次设计法”，即分三个阶段对产品质量进行优化：1）系统设计：应用科学理论和工程知识对产品功能原型进行设计开发，这阶段完成了产品的配置和功能属性；

2）参数设计：在系统结构确定后进行参数设计。这一阶段以产品性能优化为目标确定产品参数水平及配置，使工程设计对干扰源的敏感性最低；

3）容差设计：在参数确定的基础上，进一步确定这些参数的容差。

系统设计、参数、容差设计等这三方面的内容构成田口方法的“线外质量控制”，田口线外质量控制、质量损失函数和田口线上质量控制就构成了田口质量工程，如图2所示。一般所讲田口参数设计是指田口线外质量控制，田口实验设计即为田口线外质量控制。在田口线外质量控制中，参数设计是线外质量控制的核心，它通过实验优化方法确定系统各参数的最优组合，使产品对环境条件和其他噪声因素的敏感性降低。最终效果是在不提高产品成本甚至降低成本的基础上使产品质量损失最小，可见，参数设计是获得高质量产品的关键，也是田口方法的中心内容。系统设计是线外质量控制的基础和前提，容差设计是对系统设计和参数设计的完善与提高，质量水平评价是对田口线外质量控制的效果评价与分析。

图2田口质量工程