稳健设计
稳健设计是一种什么方法
稳健设计是一种什么方法稳健设计是一种系统工程方法，旨在提高系统的稳定性、可靠性和可维护性。
它是在软件开发过程中的一种方法论，强调从需求分析、架构设计到编码、测试和维护等全过程中注重系统的稳健性和可靠性。
稳健设计的目的是确保软件系统能够在各种环境和工况下保持稳定运行，不受外部干扰或异常情况的影响。
稳健设计的核心概念包括容错、容灾和恢复能力，旨在提供系统的可用性、可恢复性和可维护性。
稳健设计的关键原则之一是“防御性设计”。
防御性设计意味着在软件系统的设计和实现中，要考虑各种可能的异常情况和错误输入，并尽最大努力避免系统崩溃或产生不可预期的错误。
这可以通过输入验证、边界检查、错误处理等方式来实现。
另一个重要原则是“容错性设计”。
容错性设计指的是系统在出现异常情况时能够正确处理，并保证系统的继续运行。
容错性设计的方式包括使用错误检测和纠正技术、添加冗余机制、提供备份和恢复功能等。
此外，稳健设计还强调系统的可维护性。
可维护性指的是软件系统能够方便地进行修改、维护和升级。
稳健设计通过合理的模块划分、良好的接口设计、规范的编码风格和文档等方式来提高系统的可维护性。
稳健设计的实施需要遵循一系列的步骤和方法。
首先，需求分析阶段需要明确系统的稳健性要求，并针对可能出现的异常情况进行分析和评估。
在架构设计阶段，需要考虑系统的可靠性和容错性，并相应地选择合适的设计模式和技术。
在编码和测试阶段，需要注重输入验证、错误处理和异常情况的测试。
最后，在系统的维护阶段，需要保持对系统的监控和改进，确保系统能够持续稳定地运行。
稳健设计在许多领域都有广泛的应用，特别是对于一些对稳定性要求较高的系统，如金融交易系统、电力系统、航空航天系统等。
它不仅可以提高系统的可靠性和安全性，还可以减少系统的故障和事故带来的损失。
同时，稳健设计也是一种良好的编程实践，可以提高开发人员的工作效率和代码质量。
总之，稳健设计是一种系统工程方法，旨在提高系统的稳定性、可靠性和可维护性。
稳健性设计Robust Design
六西格玛培训—优化阶段模块稳健性设计Robust DesignPatrick ZhaoI&CIM Deployment Champion稳健性设计•稳健性设计也称田口设计，由Dr. Genichi Tuguchi在70 年代创立。
质量损失•车主在汽车行驶过程中听到发动机有异响，担心出问题，他请假开到4S 店检修。
工作人员安排检查，两个小时后报告显示异响噪音满足标准，无法赔偿。
车主十分不满，几年后换车时，他选择了其他品牌。
传统田口传统质量损失VS 田口质量损失LSL USLTarget LSL USLTargetLoss Loss Loss Loss什么是稳健性？•稳健性定义：产品或过程在周围不可控或未控制因子（噪音因子）不断变化的条件下，持续稳定工作的能力。
（The ability of a product or process to function consistently as the surrounding uncontrollable or uncontrolled factors vary.）在冬天转动遮阳板时很紧，在夏天时很松，产品是否稳健？发泡产品在环境干燥时需要更多原材料，潮湿时需要很少原材料，过程是否稳健？产品不稳健的原因–遮阳板•温度低，使材料变硬，遮阳板难以转动。
过程不稳健的原因–发泡•湿度低时，反应变慢，填充同样模具所用材料更多。
解决策略1.直接减少噪音•控制环境温度？•控制环境湿度？•建造恒温恒湿车间？成本？2.根据噪音制定不同的策略•制定两套工艺参数应对不同环境？•产品在客户端的条件能预测吗？3.稳健性设计•减少噪音因子对产品/过程的影响！•三种策略可能同时需要。
稳健性指标•衡量一个产品/过程是否稳健的指标是信噪比，S/N –Signal to Noise Ratio。
•通过比较两种设计的信噪比差值来确定设计优化的程度。
•信噪比越大，产品/过程越稳健，越不受噪音因子的影响。
论述稳健性产品设计技术
论述稳健性产品设计技术产品设计是决定产品的第一也是最重要的环节。
产品设计带来的质量问题如果不及时处理，会引起连锁反应，其解决需要的时间和费用很高。
在设计过程中考虑得全面、合理、仔细能够有效地降低成本，减少质量问题发生。
通过稳健性设计不仅能够提高质量，还能使产品特性对不可控因素的敏感性降低。
1 稳健性产品设计技术1.1 稳健性设计的基本原理产品的质量在其生命周期内会被各种因素影响，这些影响具有不确定性，会导致产品的质量特性波动。
直接消除干扰因素，虽然可以解决问题但是实现难度过大、成本过高。
可以尽量降低干扰因素，使质量与因素之间关联变弱，对干扰变得不敏感，这就是稳健性设计的原理。
1.2 稳健性设计典型方法稳健性来源于控制理论中的鲁棒性，是指变量对因素发生微小差变的不敏感性。
如何定量地度量设计的稳健性是稳健性设计的基础。
可行稳健性是指产品性能质量在印象因素作用下稳定在所允许的范围内的能力；敏感稳健性是指产品性能质量在噪声因素作用下保持稳定的能力。
稳健性的指标有质量损失函数、信噪比、质量信息熵等。
经过长期研究和应用，稳健性设计的技术取得了很大的进展，出现了多种稳健性设计方法。
马义中通过熵和协方差矩阵的关系，建立多元质量特性的信噪比计算公式来度量产品质量特性的整体波动，为了克服质量特性协方差不能直接反映质量特性的波动关系，利用信息熵概念度量稳健设计中多元质量特性的整体波动。
比较常用的如下：1.2.1 田口方法。
田口方法以正交试验设计为基础，将产品的设计分为系统设计、参数设计和容差设计三个阶段，最后通过正交试验设计确定参数值可以到达的最佳水平组合。
该方法为稳健性设计提供了理论基础，但是必须事先确定方案的大致范围，局限性强，需要进一步研究。
1.2.2 双响应面法。
双响应面法可以将噪声因素和设计变量结合，综合考虑其对产品质量的影响。
适用于噪声因素非正太分布，求解误差小，但是对试验数据敏感，模型拟合较为困难。
1.2.3 随机模型法。
稳健设计名词解释
稳健设计名词解释
稳健设计 (稳健性设计) 是指在系统设计和开发过程中，为了提高系统的可靠性、稳定性和鲁棒性，采取一系列措施来提高系统的安全性和可用性。
稳健设计的目标是在设计阶段就发现和解决系统可能存在的缺陷和风险，避免在系统运行时出现不可预料的问题。
稳健设计的具体含义包括以下几个方面:
1. 系统性：稳健设计要求系统设计和开发过程必须以系统性为基础，强调从系统整体的角度思考问题，综合考虑各个模块之间的交互关系和影响。
2. 风险评估：在系统设计和开发过程中，需要进行风险评估，分析系统可能存在的风险和缺陷，并制定相应的对策和措施。
3. 容错设计：在系统设计和开发过程中，需要考虑异常情况下系统的响应和处理能力，设计相应的容错机制和预案，以保证系统的稳定性和可靠性。
4. 可维护性：稳健设计要求系统设计和开发过程需要考虑系统的可维护性，保证系统在不同环境下的可适应性和易用性。
5. 安全性：稳健设计要求系统设计和开发过程需要考虑系统的安全性，包括防止恶意攻击、数据保护、访问控制等方面。
总结起来，稳健设计是一种系统设计和开发的理念，旨在提高系统的可靠性、稳定性和鲁棒性，保证系统在不同环境下的可用性和安全性。
稳健性设计
8
7
6
5
4
3
2
1
S/N
1 2
19.1
20.0
19.6
19.6 19.7 22.6 21.0 25.6 14.7
19.9
16.9 19.4 19.1 18.9 19.4 20.0 18.4 15.4 19.3
9.50 16.2 16.7 17.4 18.6 16.3
15.6
24.0 25.5 25.3 25.9 26.9 25.3
优化分析（容差）
根据此例中的质量性能目标值类型为越大越 好，则选用信噪比函数对各行试验数据（对应 各种因素组合）进行计算分析。表中的 S/N 列 中的数据即为各种情况下的S/N值。 • 通常情况下，根据S/N最大原则可确定参数 优化结果。按照这一原则，A、B、C、D四个 因素的组合为（A2，B2，C3，D1），此时的 S/N为26.908。 •
素）的搭配。设计参数搭配不同，输出性能的波动大
小不同，平均值也不同。
稳健设计理论介绍
系统设计
稳健设计理论是日本著名质量管理专家田口玄一博士于20世纪 70年代创立的一种系统化设计方法，其核心思想是在产品设计 阶段就进行质量控制，试图用最低的制造成本生产出满足顾客要 求的，对社会造成损失最小的产品。 稳健设计由系统设计(system desing)、参数设计(parameter design)和容差设计(tolerance design)三个阶段组成。 稳健设计即三阶段设计，所谓三阶段设计，是建立在试验设计技术基础之上的 一种在新产品开发设计过程中进行三阶段设计的设计方法。它是在产品设计阶 段就进行质量管理，在专业设计的基础上用正式交试验法对零件的参数进行优 选，以求减少各种内、外因素对产品功能稳定性的影响，选择零件最佳组合和 最合理的容差范围，尽量用价格低廉的、低等级的零件来完成优质、廉价、性 能稳定和抗干扰性强的产品的优化设计方法。
第五章田口方法 Ⅰ
例1：(单指标的分析方法) 某炼铁厂为提高铁水温度，需要通过试验选择最好的 生产方案经初步分析，主要有3个因素影响铁水温度，它 们是焦比、风压和底焦高度， 每个因素都 考虑3个水 平，具体情况见表。问对这3个因素的3个水平如何安 排，才能获得最高的铁水温度?
解：如果每个因素的每个水平都互相搭配着进行全面试 验，必须做试验33=27次。现在我们使用L9(34)正交表来安 排试验。
2. 减少变异性，与额定值或目标值更为一致；
3. 减少开发时间； 4. 减少总成本；
实验设计的发展过程:
试验设计始于20世纪20年代，其发展过程大致可分为三个阶段： 1. 早期的方差分析法: 20世纪20年代由英国生物统计学 家、数学 家费歇(R.A.Fisher)提出的，开始主要应用于农业、生物学、遗 传学方面，取得了丰硕成果。二战期间，英、美采用这种方法在 工业生产中取得显著效果；
产品间干扰（产品间噪声）：在相同生产条件下，生产制造出来一些 产品，由于机器、材料、加工方法、操作者、测量误差和生产环境（简称 5M1E）等生产条件的微小变化，引起产品质量特性值的波动，称之为产品间 干扰，也称为产品间噪声。 可控因素：在试验中水平可以人为加以控制的因素，称为可控因素。 标示因素：在试验水平中可以指定，但使用时不能加以挑选和控制的 因素称为标示因素。 误差因素：引起产品质量特性值波动的外干扰、内干扰、产品间干扰 统称为误差因素。
我们应当在不影响试验效果的前提下，尽可能地减少试验次数。
正交设计就是解决这个问题的有效方法。
正交设计的主要工具是正交表。
正交表:
右图是一個比较典型 的正交表. “L”表示此为正交表, “8”表示試驗次數
,
“2”表示兩水平,
“7”表示試驗最多可 以有7個因素 (包括單 個因素及其交互作 用)
稳健设计
大家好
46
直积内外表
例：图示的电感电路由电阻R和电感L组成，当输入交流电电 压为V时，电流频率为f，输出电流强度为y，其设定目标值为 10A，波动越小越好，要求对两个可控因素做参数设计
V y
R2 (2fL)2
R
L
y
V ，f
大家好
47
可控因素和噪声因素水平表
零件间噪声，即电阻R和电 感L与标称值之间是有差异
从产品的内部结构入手，用实验设计安排实验，寻找提高 产品稳健性的方法。目的就是尽量减少质量变异，设计出 稳健可靠的产品，并且考虑产品的成本。
如果产品能够在各种噪声因素的干扰下保持性能指标很小 的变异性，或者用廉价的零部件能组装成性能稳定可靠的 产品，则可认为该产品的设计是稳健的。
大家好
17
设计二 y2
找到使产品的平均质量及其稳健性、产品成本均令人满意 的产品配方或工艺参数。
大家好
20
三次设计
基础
系统设计
核心
参数设计
经济化
容差设计
大家好
21
系统设计
含义：又叫基础设计、专业设计 ，运用系统工程的思想和方 法，对产品的结构、性能、寿命、材料等进行综合考虑，以 探讨如何最经济、合理地满足用户要求的整个设计过程。
大家好
38
望小质量特性
产品的质量特性值越小越好，相当于取目标值m=0，损失函 数L(y)=y2，平均损失为E(y2)。
由于 E(y2)22，因此此时平均损失函数要求特性指
标平均值要小，且波动程度小。
大家好
39
望大质量特性
产品的质量特性值越大越好，则其倒数1/y则为望小质量特性， 其损失函数为L(y)=1/y2，平均损失为E(1/y2)
现代设计方法之稳健性设计
三个阶段
参数设计
决定系统中各参数的选择，使产品的性能既能达到目标 值，又使它在各种条件下波动小
系统设计
对产品进行整个系统和整个结构的设计 主要由专业技术人员完成
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。
质量损失函数
产品功能波动客观存在，有功能波动就会造成社会损失。所 谓质量损失函数是指定量表述产品功能波动与社会损失之间关系 的函数。
当产品特性值y与目标值m不相等时，就认为造成了质量损失。
L(y)=k(y-m)² 其中L（y）为质量损失函数，m—目标值
外噪声
由于环境因素和使用条件的波动或变化，引起质量特性值 的波动。例如，温度、湿度、位置等。
内噪声
由于在储存或使用过程中，随着时间的推移，发生材料变 质、劣化现象而引起质量特性值的波动。例如，电器产品 绝缘材料的老化等。
质量的变异性
那个设计更好？
1
产品的质量特性指标往往会有差异
即使完全相同的生产条件，由于种种
稳健性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方法(Taguchi Method)。
田口方法是一种低成本、高效益的质量工程方法，它强调 产品质量的提高不是通过检验，而是通过设计。
稳健性设计基本认识
传统的设计思想认为：只有质量最好的元器件 （零部件）才能组装成质量最好的整机；只有 最严格的工艺条件才能制造出质量最好的产品 。总之，成本越高，产品的质量越好，可靠性 越高。
稳健设计理念长沙
稳健设计理念长沙
稳健设计是指在设计过程中注重稳定性和可靠性的理念。
稳健设计理念强调在设计中避免冒险，减少潜在的风险和问题，并确保产品或系统的长期稳定运行。
稳健设计理念在各个领域都有广泛的应用，包括工业设计、软件开发、建筑设计等。
在这些领域中，稳健设计的目标是提供可靠、安全和高效的解决方案，以满足用户的需求。
在工业设计中，稳健设计意味着设计师要考虑产品的使用环境和条件，以确保产品能够稳定地工作和运行。
例如，在设计机械设备时，稳健设计会考虑到可靠性、耐用性和维护便捷性等因素，以确保机器能够稳定地运行并减少故障和维修的次数。
在软件开发中，稳健设计意味着开发人员要考虑到各种潜在的情况和异常情况，以确保软件能够在各种情况下正常运行。
例如，在编写程序时，开发人员会考虑到输入数据的边界情况、错误处理和恢复机制等因素，以确保软件在面对意外情况时能够做出正确和可靠的反应。
在建筑设计中，稳健设计意味着建筑师要考虑建筑的结构、材料和施工过程，以确保建筑能够在各种自然和人为的条件下保持稳定和安全。
例如，在设计高楼大厦时，建筑师会考虑到地震、风力等自然因素，并采取相应的措施以确保建筑能够抵御外力和保护住户的安全。
总之，稳健设计理念是一种注重稳定性和可靠性的设计方法。
它强调在设计过程中要考虑各种潜在的情况和异常情况，并采取相应的措施以确保产品或系统的长期稳定运行。
稳健设计不仅可以减少风险和问题，还可以提高产品或系统的质量和性能，满足用户的需求和期望。
面向制造环境的公差稳健设计方法与技术的研究
面向制造环境的公差稳健设计方法与技术的研究一、引言。
公差稳健设计这个事儿在制造环境里可太重要啦！咱们就好比是在搭积木，每个小零件的尺寸都得合适，公差要是没设计好，那整个制造出来的东西可能就会歪歪扭扭，不好用呢。
这就像我们做饭，盐放多放少都影响味道，公差就是制造里的这个“盐量”。
二、公差稳健设计方法的基础概念。
1. 公差是啥呢？公差就是允许零件尺寸的变动范围。
比如说我们要制造一个小螺丝，规定它的长度是5厘米，但是由于制造过程不可能做到绝对精确，可能允许有0.1厘米的误差，这个0.1厘米就是公差啦。
在制造环境里，有各种各样的零件，每个零件都有自己的公差要求。
2. 稳健设计的概念。
稳健设计就像是给制造过程穿上一层保护衣。
它的目的是让产品或者制造过程在受到各种不确定因素影响的时候，还能保持良好的性能。
这些不确定因素可能是原材料的变化、加工设备的轻微波动或者是操作人员的小失误。
比如说，一个汽车发动机的制造，如果公差稳健设计没做好，可能发动机的功率就会不稳定，那汽车开起来就会有问题啦。
三、面向制造环境的公差稳健设计方法。
1. 基于田口方法的公差稳健设计。
田口方法就像是一个很聪明的小助手。
它主要是通过对产品的质量和成本进行综合考虑来确定公差。
比如说，我们在设计一个手机壳，既要考虑它的外观质量，又要考虑制造的成本。
田口方法会通过一系列的实验和分析，找到一个最佳的公差范围，让手机壳既好看又能低成本地制造出来。
2. 蒙特卡洛模拟法在公差稳健设计中的应用。
这个蒙特卡洛模拟法超级有趣呢。
它就像是在玩一场概率游戏。
它会根据已知的各种参数的概率分布，通过大量的随机抽样来模拟制造过程。
比如说，我们知道某个零件的加工尺寸在某个范围内是符合正态分布的，那蒙特卡洛模拟法就可以通过模拟很多次这个零件的加工过程，来看看在不同公差下产品的性能表现，从而确定一个合适的公差范围。
四、公差稳健设计技术。
1. 计算机辅助公差设计技术。
现在的制造可离不开电脑啦。
《现代设计方法》课件第7章
第7章 稳健设计 设计因素x是产品设计中的一些可控因素的集合，即
xT (x1, x2,, xn )
在设计时所确定出的名义值为
(7－4)
xT (x1, x2,, xn )
(7－5)
经加工制造产生的偏差的最大允许值（容差）为
xT (x1, x2,, xn ) (7－6)
一般情况下，在设计中需要确定的不仅是设计变量名义值
(7－2)
其中， y 和 y 称为质量特性的容差，是产品质量特性波动的允许
界限，如图 7-2 所示。 例如，某材料的抗拉强度按其技术规范规定为(45±2)MPa，则该材料
抗拉强度的容差 y y y=2MPa ，名义值 y 45MPa ，极差
R y [43, 47]MPa 。只要该材料出厂的抗拉强度在此极差内都认为是合
第7章 稳健设计
图7－4 稳健设计的图解表示
第7章 稳健设计 稳健设计要求达到以下两个目的。 （1
y y y0 min 或 y2 (y y0)2 min
达此目的的主要方法：①通过产品的方案设计（概念设 计），改变输入输出之间的关系，使其功能特性尽可能接近 目标值。②通过参数设计调整设计变量的名义值，使输出均 值达到目标值。
x Rn ，有时还要合理确定它的容差 x Rn 。在多数情况下，还
要知道变差在容差范围内的概率分布类型和分布参数。
第7章 稳健设计
噪声因素z是不可控因素的集合，即
zT (z1, z2,, zk )
(7－7)
噪声因素一般是属于概率空间 ,,P 内且服从某种概
率分布的一些随机变量。
质量特性y是设计结果的输出。由于受到设计因素x和噪 声因素z的影响，因此y是x和z的线性、非线性、显式或隐式
如何应用稳健设计法进行质量控制
如何应用稳健设计法进行质量控制在当今日益竞争的商业环境中，为了在市场上取得成功，公司必须确保其产品或服务的质量和可靠性。
为了达到这个目标，公司需要采用适当的方法来控制和管理产品或服务的质量。
其中，稳健设计法是一个被广泛应用的方法，本文就探讨如何应用稳健设计法进行质量控制。
一、稳健设计法的概述稳健设计法是一种通过在产品设计过程中考虑到不可预见因素的设计方法。
这些因素可能包括原材料的变化、生产工艺的变化等等。
稳健设计的目标是设计出不受这些因素影响的产品或服务。
稳健设计法的一个重要特点是，它强调在设计过程中预防性行动的重要性。
这意味着，在设计产品或服务时，应该预见到可能出现的问题，并采取措施来减轻这些问题的影响。
此外，稳健设计的方法还包括设计实验、可靠性工程等等。
二、稳健设计法的应用稳健设计法可以在产品或服务的所有阶段进行应用，从概念设计到最终产品或服务的交付。
以下是一些稳健设计法的应用：1. 概念设计阶段：在这个阶段，稳健设计法可以帮助确定产品或服务的可行性。
在确定产品或服务的目的、特征和要求时，需要考虑到各种可能导致产品或服务失效的因素，以便在后续设计过程中进行控制。
2. 设计验证阶段：在这个阶段，需要验证所设计的产品或服务是否符合要求。
通过设计实验，可以评估产品或服务的可靠性，并确定是否需要进行进一步的改进。
3. 生产阶段：在生产阶段，稳健设计法可以帮助发现生产中的潜在问题，并评估它们的影响。
通过实施生产过程控制和改进，可以减轻这些问题的影响。
4. 服务和维护阶段：在这个阶段，需要考虑到产品或服务在使用中可能遇到的问题。
通过稳健设计的方法，可以减少这些问题的出现，从而提高产品或服务的质量和可靠性。
三、稳健设计法的好处稳健设计法可以带来许多好处，其中一些包括：1. 提高产品或服务的可靠性：稳健设计法可以帮助识别和管理产品或服务中的问题，从而提高其可靠性。
2. 减少质量问题：通过稳健设计法，可以减少因生产或其他原因导致的质量问题，从而减少回归的成本。
运用稳健设计提升产品的可靠性与品质
运用稳健设计提升产品的可靠性与品质随着科技的不断进步，人们对产品的可靠性和品质要求也越来越高。
可靠的产品能够在使用过程中稳定运行，不易出现故障，而高品质的产品则具有优异的性能和良好的用户体验。
为了提升产品的可靠性和品质，稳健设计成为了一种重要的方法和策略。
稳健设计是一种在产品设计过程中考虑和解决潜在问题的方法。
它以预测和避免产品使用中可能发生的故障为核心，通过用更可靠的组件和材料代替更不可靠的部件，改进系统设计并进行充分的测试和验证，以确保产品的可靠性和品质。
在实际的产品设计中，稳健设计可以通过以下几个方面来提升产品的可靠性和品质。
首先是对产品的功能需求进行充分的分析和理解。
通过深入了解用户需求和使用场景，设计师可以更准确地确定产品所需的功能和性能指标。
只有明确了产品的功能需求，才能更好地进行后续设计和验证。
其次是合理选择和使用可靠的组件和材料。
选择可靠的组件和材料是确保产品可靠性和品质的关键。
设计师需要了解各种组件和材料的特点和性能，并根据产品的使用环境和要求进行适当选择。
同时，还要进行充分的测试和验证，确保所选组件和材料能够满足产品的使用要求。
第三是进行系统级的设计和优化。
在产品设计中，系统级的设计是非常重要的一环。
通过考虑各种因素，如电路、结构、热管理等，设计师可以寻找到最佳的设计方案，提升产品的可靠性和品质。
还需要进行合理的分析和优化，以确保产品在不同条件下都能够稳定运行。
稳健设计还需要考虑产品的可维护性和可升级性。
产品的可维护性是指在产品故障时能够方便快速地进行维修和维护的能力，而可升级性则是指产品具备灵活升级的能力。
通过考虑这些因素，设计师可以使产品更易于维护和升级，提高产品的可靠性和品质。
产品的可靠性和品质还需要通过充分的测试和验证来确保。
在产品设计完成后，需要进行各种类型的测试和验证，如可靠性测试、性能测试、环境测试等。
通过这些测试和验证，可以发现和解决潜在问题，提高产品的可靠性和品质。
质量稳健设计(QFD)方法在新产品开发中的实践与效果评估
质量稳健设计（QFD）方法在新产品开发中的实践与效果评估质量稳健设计（Quality Function Deployment，QFD）是一种通过将顾客需求转化为设计要求，并将设计要求在不同层次间进行相互关联和分解，最终转化为具体的设计决策的方法。
在新产品开发中，QFD方法可以帮助企业提高产品的质量和竞争力。
本文将探讨QFD方法的实践和效果评估。
一、QFD方法的实践1.1 确定产品的顾客需求在新产品开发过程中，首先需要确定产品的顾客需求。
这可以通过市场调研、顾客调研、用户反馈等方式来获得。
QFD方法要求对顾客需求进行分类、排序和量化，以便后续的设计工作。
1.2 建立QFD矩阵QFD矩阵是QFD方法的核心工具。
它将顾客需求与产品设计要求相联系，并将设计要求分解为具体的设计指标。
矩阵的行是顾客需求，列是设计要求。
在填写矩阵时，可以采用数字评分、标签描述等方式，以便进行后续的分析和决策。
1.3 进行相互关联和分解QFD方法要求将设计要求在不同层次间进行相互关联和分解。
例如，设计要求可以分解为功能要求、性能要求、外观要求等。
这样可以使得产品的设计决策更加具体和详细。
1.4 评估设计决策在QFD方法中，设计决策可以通过计算矩阵中的权重和得分来进行评估。
矩阵中的权重表示了各个设计要求对顾客需求的重要程度，而得分则表示了产品在满足不同设计要求上的性能水平。
通过评估设计决策，可以确定产品的设计方向和优化措施。
二、QFD方法的效果评估2.1 提高产品质量QFD方法可以将顾客需求转化为具体的设计要求，并通过相互关联和分解的方式，将设计要求转化为具体的设计决策。
这样可以确保产品在设计阶段就能够满足顾客的需求，从而提高产品的质量。
2.2 优化产品结构QFD方法要求对产品的设计要求进行细化和分解。
这样可以帮助企业更好地理解产品的功能和性能需求，并从中挑选出最关键的设计要求。
通过对关键设计要求的优化，可以进一步优化产品的结构和性能。
第六章稳健设计
参数设计
参数设计
参数设计
参数设计
4. 外设计 选用正交表进行外设计，采用内外表直积法，其
直积方案如表6-5所示：
参数设计
5.获得质量特性数据 由于电流强度可以计算，故由
直接求出质量特性。 现以内表第一号方案为例说明其计算过程。首先给出
第一号方案的外设计方案表（表6-6）。
参数设计
参数设计
下面进行SN比分析和灵敏度分析。
信噪比分析 由SN比方差分析表可以看出，电 阻R为高度显著因素，电感L为次要因素。并且 从表6-8可见，R的最优水平（η分析中Ti1最大 相应的水平）为 ，L的最优水平为 （因素L的 水平可任意选择），因此最优水平组合为 ，它 使SN比η值最大，是稳定性最好的设计方案。
参数设计
二、参数设计
参数设计就是应用参数组合与输出质量特 性的非线性关系，通过对试验数据的定量统计分 析，找出成本最低、稳定性最好的参数组合的过 程。
容差设计
三、 容差设计 容差设计就是在参数设计基础上，在总成本
最小的原则下，采取最佳决策确定误差因素的最 合理容差的过程。
➢对产品开发而言，一般要进行三个阶段设计的 全部程序； ➢对技术开发而言，通常不进行容差设计。
参数设计
2. 内设计 选用正交表进行内设汁。设计方案如表6-3所示：
参数设计
3. 制定误差因素水平表 误差因素有4个，它们是电压，频率，电阻和电感。
根据外界客观环境，电压和频率的水平选为：
电阻和电感采用三级品，波动为土10％，其水平 如下：
参数设计
第二水平＝内表给出的中心值 第一水平＝内表给出的中心值×0.9 第三水平＝内表给出的中心值×1.1 以上9个方案的误差因素水平表如表6-4：
稳健性设计
稳健设计认为，产品开发的效益可用企业内部效益和社会损失来
衡量，企业内部效益体现在功能相同条件下的低成本，社会效益 则以产品进入消费领域后给人民带来的影响作为衡量指标。假如， 由于一个产品功能波动偏离了理想目标，给社会带来了损失，我
们就认为它的稳健性设计不好，而田口式的稳健性设计恰能在降
低成本、减少产品波动上发挥作用。
稳健性设计
Robust Design
什么是稳健性设计
稳健性设计几个基本概念
稳健性设计三个阶段 ——三次设计
稳健性设计案例
什么是稳健性设计
●稳健性设计起源
传统的设计思想认为：只有质量最好的元器件（零部件）才 能组装成质量最好的整机；只有最严格的工艺条件才能制造出质 量最好的产品。总之，成本越高，产品的质量越好，可靠性越高。 自本世纪七十年代，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。这种新的设计概念认为：使 用最昂贵的高等级、一致性最好的元器件并不一定能组装出稳健 性最好的整机，成本最高，并不一定质量最好。产品抗干扰能力
如使产品性能对所用材质变差不灵敏，就能在一些情况下使
用较低廉的或低等级的材料；使产品对制造尺寸变差不灵敏，可 以提高产品的可制造性、降低制造费用；使产品对使用环境变化
不灵敏，就能保证产品使用的可靠性和降低操作费用。
●质量特性值
在工业生产中，产品的质量通常通过对特定的功能、特性的测定 或测量数值来评定（质量特性或输出特性）。 任何一种产品的质量特性值与其名义值（额定值）之间都存在一
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。
稳健性设计案例 系统设计
参数设计
容差设计
设计一个电感电路，要求输出电流强度在10安培附近，且波动越小
稳健性设计
●质量噪声（干扰）——噪声因子
引起质量特性值波动的原因，称为质量噪声，也叫噪声因子，是 不能被设计者控制的因子。
●外噪声 由于环境因素和使用条件的波动或变化，引起质量特性值的波动。例如， 温度、湿度、位置等。 ●内噪声 由于在储存或使用过程中，随着时间的推移，发生材料变质、劣化现象 而引起质量特性值的波动。例如，电器产品绝缘材料的老化等。 ●产品间噪声 在相同生产条件下，生产制造出来的一批产品，由于人、机、料、法、 环的变化，引起质量特性值的波动。
产品功能波动客观存在，有功能波动就会造成社会损失。所 谓质量损失函数是指定量表述产品功能波动与社会损失之间关系 的函数。
当产品特性值y与目标值m不相等时，就认为造成了质量损失。
L（y）? （k y ? m）2
其中L（y）为质量损失函数，m—目标值 K—比例常数 y—产品输出特性
当y=m L（y）=0，
? ? m ? ? 是生产中心值与目标值的漂移量。 E( y ? ? )2 是质量特性值的方差，反映产品间的差异。
★降低平均损失的两个步骤
减少变异：稳健设计，找出最稳健的因素水平搭配，即减小质量 特性值标准差。此时允许实验指标与目标值之间有一 定的差异。
减小偏倚：灵敏度设计，寻找调节因素，通过调整调节因素的取 值，在不增加或尽量小地增加变异程度的情况下，把 实验指标调整到目标值。
田口方法是一种低成本、高效益的质量工程方法，它强调产 品质量的提高不是通过检验，而是通过设计。
●稳健性设计目的
稳健设计的目的在于，使所设计的产品质量稳定、波动小， 使生产过程对各种噪声不敏感。在产品设计过程中，利用质量、 成本、效益的函数关系，在低成本的条件下开发出高质量的产品。 稳健设计认为，产品开发的效益可用企业内部效益和社会损失来 衡量，企业内部效益体现在功能相同条件下的低成本，社会效益 则以产品进入消费领域后给人民带来的影响作为衡量指标。假如， 由于一个产品功能波动偏离了理想目标，给社会带来了损失，我 们就认为它的稳健性设计不好，而田口式的稳健性设计恰能在降 低成本、减少产品波动上发挥作用。
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式中，Sm
ny 2 ,
y
1 n
n i 1
yi ,Ve
1 n 1
n i 1
yi y 2
望小特性信噪比
定义式 设质量特性 的期望值为µ，方差为σ2 ，称
为望小特性信噪比。 计算式
测得质量特性 y的 n个数据：y1、y2…yn ，望目特 性信噪比估计公式为
望大特性信噪比
设质量特性 y为望大特性，则 1/y为望小 特性。经过倒数变换将望大特性转换为望 小特性。 测得质量特性 y的 n个数据： y1、y2…yn ,望大特性信噪比
稳健设计原理
稳健设计是以追求产品质量特性的稳健性、抗 干扰性为目的的一种新的优化设计方法，其基本 原理如下：
1)以信噪比作为稳健性指标，信噪比最大的设计 方案就是抗干扰性最强、稳健性最好的设计方案。
2)以误差因素模拟三种干扰，特别是模拟内干扰、 外干扰。
稳健设计原理
3）设计分三个阶段进行，即系统设计——参数设 计——容差设计，系统设计是基础，参数设计是 核心。
稳健设计：以信噪比为指标，以优化稳健性为目 的的设计方法体系。
内设计：在稳健设计中，可控因素与标示因素安 排在同一张正交表内，进行试验方案的设计。相 应的正交表称为内表（内侧正交表），所对应的 设计称为内设计。
三、与质量特性相关的术语
外设计：在稳健设计中，将误差因素和信号因素 安排在一张正交表内，进行试验方案的设计。相 应的正交表称为外表（外侧正交表），所对应的 设计称为外设计。
计算信号因素线性效应引起的波动平方和 计算误差波动平方和及自由度 计算误差方差的估计
动态特性性噪比
计算信噪比
二、灵敏度
静态特性灵敏度 动态特性灵敏度
二、灵敏度
静态特性灵敏度 1. 定义式 设产品的质量特性y其期望值为µ ，则称
称为灵敏度。 2. 计算式 灵敏度估计公式为
第三节 稳健设计原理
稳健设计原理的概念 稳健设计原理
二、质量特性的干扰因素
内干扰（内噪声）：产品在贮存或使用过程中， 随着时间的推移，发生材料变质等老化、劣化现 象，从而引起产品质量特性值的波动，称之为内 干扰，也称为内噪声。 产品间干扰（产品间噪声）：在相同生产条件下， 生产制造出来的一批产品，由于机器、材料、加 工方法、操作者、测量误差和生产环境等生产条 件的微小变化，引起产品质量特性值的波动。称 之为产品间干扰，也称为产品间噪声。
第二节 信噪比与灵敏度计算公式
信噪比的类型与计算公式 灵敏度的类型与计算公式
一、信噪比
望目特性信噪比 望小特性信噪比 望大特性信噪比 动态特性信噪比
望目特性信噪比
定义式 设质量特性 的期望值为µ，方差为σ2 ，称 为望目特性信噪比。 计算式
测得质量特性 y的 n个数据：y1、y2…yn ，望目特 性信噪比估计公式为
第一节 基本概念
质量特性 质量特性的干扰因素 与质量特性相关的术语
一、质量特性
质量特性
是指产品、过程或体系与要求有关的固有属性。 望目特性：存在固定目标值，希望质量特性围 绕目标值波动，且波动越小越好，这样的质量 特性称为望目特性。
望小特性：不取负值，希望质量特性越小越好 （理想值为0），且波动越小越好，这样的质量 特性称为望小特性。
动态特性信噪比
定义式 输出特性 y与信号因素M 有线性关系 :
式中 服从正态分布 ，称
为动态特性信噪比。
动态特性信噪比
计算程序 设信号因素 M取 k个水平：m1,m2…mk, 在 M的每一水 平下进行了r0 次试验，试验数据见表6-1。
动态特性性噪比
计算总波动平方和
式中 计算有效除数 式中
动态特性性噪比
一、质量特性
望大特性：不取负值，希望质量特性越大越好 （理想值为∞），且波动越小越好，这样的质 量特性称为望大特性。
动态特性：目标值可变的望目特性，称为动态 特性。（ 与此相反，望目特性、望小特性、望 大特性，统称为静态特性。）
二、质量特性的干扰因素
质量特性的干扰因素主要有三种类型：
外干扰（外噪声）：由于使用条件及坏境条件 （如温度、湿度、位置、输入电压、磁场、操作 者等）的波动或变化，将引起产品质量特性值的 波动，称之为外干扰，也称为外噪声。
三、与质量特性相关的术语
可控因素：在试验中水平可以人为加以控制的因 素，称为可控因素。 标示因素：在试验中水平可以指定，但使用时不 能加以挑选和控制的因素称为标示因素。 误差因素：引起产品质量特性值波动的外干扰、 内干扰、产品间干扰统称为误差因素。
三、与质量特性相关的术语
稳定因素：对信噪比有显著影响的可控因素，称 为稳定因素。 调整因素：对信噪比无显著影响、但对灵敏度有 显著影响的可控因素，称为调整因素。 次要因素：对信噪比及灵敏度都无显著影响的可 控因素称为次要因素。
三、与质量特性相关的术语
信号因素：在动态特性的稳健设计中，为实现人 变动着的意志或赋予不同目标值而选取的因素， 称为信号因素。 稳健性：指质量特性的波动小、抗干扰能力强。
信噪比：稳健设计中用以度量产品质量特性的稳 健程度的指标。
三、与质量特性相关的术语
灵敏度：稳健设计中用以表征质量特性可调整性 的指标。
第六章 稳健设计
第一节 基本概念（理解） 第二节 信噪比与灵敏度计算公式（理解） 第三节 稳健设计基本程序（了解） 第四节 静态特性稳健设计方法（掌握） 第五节 动态特性稳健设计方法（了解） 第六节 静态特性稳健设计案例（了解） 第七节 动态特性稳健设计案例（了解）
本章内容提示
本章主要介绍了稳健设计（田口方法） 的基本知识，包含静态特性和动态特性 的参数设计。
第四节 稳健设计基本程序
系统设计 参数设计 容差设计
系统计
稳健设计的基本程序为系统设计、参数设计、 容差设计。实际应用时，可根据具体情况进行必 要的裁减。
一、 系统设计
对静态特性而言，系统设计系指对市场研究 后纳入公司规划的产品所进行的功能模型系统的 设计。
4）在参数设计阶段，先进行信噪比分析，通过优 选稳定因素，使设计方案稳健性最好。其次，进 行灵敏度分析，通过调整因素，来调整设计的系 统偏差。
稳健设计原理
5）以正交表为工具进行内设计、外设计，以此来 大幅度地减少试验次数。
6）在容差设计阶段，来谋求质量与成本的最佳平 衡，以此来合理确定参数的公差范围