質(zhì)量管理學教學案例一：田口參數(shù)實驗設計(已修改)
2025-01-25 19:25 本頁面
【正文】 教學案例一：田口參數(shù)實驗設計1 田口方法源起實驗設計是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計為理論基礎，經(jīng)濟地、科學地制定實驗方案以便對實驗數(shù)據(jù)進行有效的統(tǒng)計分析的數(shù)學理論和方法。其基本思想是英國統(tǒng)計學家R. A. Fisher在進行農(nóng)田實驗時提出的。他在實驗中發(fā)現(xiàn)，環(huán)境條件難于嚴格控制，隨機誤差不可忽視，故提出對實驗方案必須作合理的安排，使實驗數(shù)據(jù)有合適的數(shù)學模型，以減少隨機誤差的影響，從而提高實驗結果的精度和可靠度，這就是實驗設計的基本思想。在三十、四十年代，英、美、蘇等國對實驗設計法進行了進一步研究，并將其逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)領域中，在冶金、建筑、紡織、機械、醫(yī)藥等行業(yè)都有所應用。二戰(zhàn)期間，英美等國在工業(yè)試驗中采用實驗設計法取得了顯著效果。戰(zhàn)后，日本將其作為管理技術之一從英美引進，對其經(jīng)濟復蘇起了促進作用。今天，實驗設計已成為日本企業(yè)界人士、工程技術人員、研究人員和管理人員必備的一種通用技術。實驗計劃法最早是由日本田口玄一（G. Taguchi）博士將其應用到工業(yè)界而一舉成名的。五十年代，田口玄一博士借鑒實驗設計法提出了信噪比實驗設計，并逐步發(fā)展為以質(zhì)量損失函數(shù)、三次設計為基本思想的田口方法。田口博士最早出書介紹他的理論時用的就是“實驗計劃法─DOE”，所以一般人慣以實驗計劃法或DOE來稱之。但隨著在日本產(chǎn)業(yè)界應用的普及，案例與經(jīng)驗的累積，田口博士的理論和工具日漸完備，整個田口的這套方法在日本產(chǎn)業(yè)專家學者的努力之下，早已脫離其原始風貌，展現(xiàn)出更新更好的體系化內(nèi)容。日本以質(zhì)量工程（Quality Enginerring）稱之。但是，嚴格來講，田口方法和DOE是不同的東西。田口方法重視各產(chǎn)業(yè)的技術，著重快速找到在最低成本時的最佳質(zhì)量。DOE則重視統(tǒng)計技術，著重符合數(shù)學的嚴謹性。雖然學術界普遍認為田口方法缺少統(tǒng)計的嚴格性，但該方法還是以其簡單實用性廣為工業(yè)界所應用和推廣。先進國家對田口方法越來越重視，并且也已經(jīng)取得了很好的效果。該方法廣泛應用于研發(fā)、技術改善、質(zhì)量提升等部門。八十年代，田口方法進入美國，得到了普遍關注。如今，實驗設計技術的應用領域已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的工業(yè)過程改進和產(chǎn)品設計范疇，廣泛地滲透到商業(yè)布局、商品陳列、廣告設計及產(chǎn)品包裝的應用之中。我國在六十年代就曾對實驗設計進行了研究和推廣，八十年代又引入了田口方法，取得了一定成效。但實驗設計作為一種質(zhì)量改進的有力武器，還尚未發(fā)揮它的全部威力。2 田口方法基本思想和研究內(nèi)容與傳統(tǒng)的質(zhì)量定義不同，田口玄一博士將產(chǎn)品的質(zhì)量定義為：產(chǎn)品出廠后避免對社會造成損失的特性，可用“質(zhì)量損失”來對產(chǎn)品質(zhì)量進行定量描述。質(zhì)量損失是指產(chǎn)品出廠后“給社會帶來的損失”，包括：直接損失，如空氣污染、噪聲污染等；間接損失，如顧客對產(chǎn)品的不滿意以及由此而導致的市場損失、銷售損失等。質(zhì)量特性值偏離目標值越大，損失越大，即質(zhì)量越差，反之，質(zhì)量就越好。對待偏差問題，傳統(tǒng)的方法是通過產(chǎn)品檢測剔除超差部分或嚴格控制材料、工藝以縮小偏差。這些方法一方面很不經(jīng)濟，而且有時技術上也難以實現(xiàn)。田口方法是調(diào)整設計參數(shù)，使產(chǎn)品的功能、性能對偏差的起因不敏感，以提高產(chǎn)品自身的抗干擾能力。為了定量描述，產(chǎn)品質(zhì)量損失，田口提出了“質(zhì)量損失函數(shù)”的概念，并以信噪比來衡量設計參數(shù)的穩(wěn)健程度。由此可見，田口方法是一種聚焦于最小化過程變異或使產(chǎn)品、過程對環(huán)境變異最不敏感的實驗設計方法。該方法是一種能設計出環(huán)境多變條件下能夠穩(wěn)定和優(yōu)化操作的高效方法。一般而言，任何一個質(zhì)量特性值在生產(chǎn)過程中均受很多因素的影響，田口玄一博士將影響質(zhì)量特性的因素分為輸入變量、可控變量和不可控變量，如圖1所示。輸入變量非設計參數(shù)，可控變量是田口方法的設計對象，所謂可控變量，即可以調(diào)整和控制的參數(shù)，這種變量通常稱為信號因子。不可控變量，顧名思義，即不可控制的變量，也稱為噪音因子（Noise Factors），就是使質(zhì)量特性偏離目標值的因素。田口玄一博士將噪音因子分為三類：即外部噪音，如溫度、濕度、灰塵等；內(nèi)部噪音，如劣化等；產(chǎn)品間噪音，如制造缺失等。信號因子（可控）過程質(zhì)量特性值輸入變量噪音因子（不可控）圖1 影響質(zhì)量特性的關鍵因素解決的
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