【正文】 第七章 產(chǎn)品壽命周期質(zhì)量分析與控制技術(shù) ——質(zhì)量的穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì) （田口方法、三次設(shè)計(jì)） 質(zhì)量的穩(wěn)健性設(shè)計(jì) ? 穩(wěn)健性設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)低成本 、 高質(zhì)量的有效方法 。 ? 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想認(rèn)為：只有用質(zhì)量最好的原材料 （ 零部件 ） ， 才能組裝成質(zhì)量最好的整機(jī)；只有最嚴(yán)格的工藝條件才能制造出質(zhì)量最好的產(chǎn)品 。 總之 ， 材料 、 元器件質(zhì)量特性越好 ， 可行性就越高 。 ? 70年代 ， 世界上技術(shù)先進(jìn)國家已開始以一種全新的設(shè)計(jì)概念取代了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想 。 設(shè)計(jì)中心思想是采用最低廉的元件組裝成品質(zhì)量最好 ， 可靠性最高的整機(jī)；采用最寬松的工藝條件加工出質(zhì)量最好 、 成本最低 、 收益最高的產(chǎn)品 。 其口號是 “ 用三類元件設(shè)計(jì)制造出一類整機(jī) ” 。 ? ? 在國際市場上占有最大份額的日本電氣產(chǎn)品以及美國三大汽車公司等都是在這種設(shè)計(jì)概念下取得了最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果，在放寬工藝要求，降低制造成本的條件下制造出高品質(zhì)的產(chǎn)品。 ? 穩(wěn)健性設(shè)計(jì)是日本著名的質(zhì)量管理專家田口玄一博士于 70年代初創(chuàng)立的質(zhì)量管理新技術(shù)。這是一種最新穎、科學(xué)、有效的穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該理論和方法不僅受到日本同時(shí)也受到歐美各國應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)家、質(zhì)量管理專家、工程設(shè)計(jì)專家和企業(yè)人士關(guān)注，并在工程實(shí)際中得到了廣泛應(yīng)用。因而人們將這種方法和理論稱之為“田口方法”。 ? 據(jù)資料介紹，日本數(shù)百家公司每年應(yīng)用田口方法完成 10萬項(xiàng)左右的實(shí)例項(xiàng)目研究，在不增加成本的情況下，大大提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量。 ? 田口的穩(wěn)健性設(shè)計(jì)方法被日本人作為日本產(chǎn)品打入國際市場并暢銷不衰的奧妙之一；是日本經(jīng)濟(jì)騰飛的秘訣和成功之道。 ? 許多大公司的“設(shè)計(jì)規(guī)程”中明確指出設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中必須采用田口方法的穩(wěn)健性優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，否則在技術(shù)評審中難以通過。 ? 美國波音公司已采用田口方法成功地進(jìn)行了飛機(jī)尾翼設(shè)計(jì)。 ? 美國航空航天局從 94年開始計(jì)劃用 3— 4年時(shí)間推行田口方法，從對高級領(lǐng)導(dǎo)人進(jìn)行培訓(xùn)、轉(zhuǎn)變觀念入手，并首先在航天飛機(jī)燃料儲箱設(shè)計(jì)中應(yīng)用。 田口方法在美國工業(yè)界的廣泛的應(yīng)用 ? 美國每年完成的案例在 5000個(gè)以上。美國應(yīng)用田口方法節(jié)約經(jīng)費(fèi)達(dá)九百萬美元，另外，美國 70%以上的工程技術(shù)人員了解田口方法。 ? 由于世界范圍內(nèi)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)興起和社會(huì)生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，國際市場競爭的焦點(diǎn)已開始由價(jià)格的競爭轉(zhuǎn)向質(zhì)量設(shè)計(jì)的競爭。設(shè)計(jì)競爭的嚴(yán)峻形勢迫使每個(gè)企業(yè)重新考慮其質(zhì)量經(jīng)營戰(zhàn)略。 ? 工業(yè)界的質(zhì)量意識空前提高，開始制定以顧客需求為中心的質(zhì)量戰(zhàn)略和以質(zhì)量管理為根本內(nèi)容的經(jīng)營戰(zhàn)略，注重加強(qiáng)研制階段的質(zhì)量設(shè)計(jì)和質(zhì)量分析。穩(wěn)健性設(shè)計(jì)技術(shù)不僅可以使企業(yè)以最快的開發(fā)速度，最低的開發(fā)成本，最穩(wěn)健的開發(fā)質(zhì)量滿足顧客的現(xiàn)實(shí)需求和潛在需求，從而獲得最好的資本增值效益，同時(shí)，也是躋身世界及公司的必由之路。 ? 田口博士的三次設(shè)計(jì)方法是利用產(chǎn)品的性能指標(biāo)同有關(guān)的各個(gè)參數(shù)之間函數(shù)關(guān)系的計(jì)算，優(yōu)選出好的參數(shù)組合，以使產(chǎn)品的性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)化質(zhì)量成本和最低化設(shè)計(jì)要求。這種方法主要用于可計(jì)算性產(chǎn)品的參數(shù)設(shè)計(jì)。 ? 三次設(shè)計(jì)通常有： ? 直接擇優(yōu) —— 指能夠根據(jù)某一數(shù)量化的指標(biāo) ，直接判別設(shè)計(jì)條件的優(yōu)劣 ， 選擇優(yōu)良的設(shè)計(jì)參數(shù)組合； ? 穩(wěn)定性擇優(yōu) —— 指在考慮影響產(chǎn)品性能指標(biāo)各因素都有誤差波動(dòng)的情況下 ， 先選取好的條件和參數(shù)組合 、 使產(chǎn)生的性能指標(biāo)盡可能穩(wěn)定在設(shè)計(jì)的目標(biāo)值附近 ， 再規(guī)劃各零部件或參數(shù)的波動(dòng)幅度 ， 使之在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下能充分照顧到質(zhì)量效益 。 三 次 設(shè) 計(jì) ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ? 參數(shù)設(shè)計(jì) ? 容差設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì) ? 指專業(yè)人員根據(jù)各個(gè)的技術(shù)領(lǐng)域的專門知識 ， 對產(chǎn)品進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ， 也就是通常所說的產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計(jì) 。 ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段 ， 需要求出產(chǎn)品的性能指標(biāo)與各有關(guān)參數(shù)之間的函數(shù)關(guān)系 。 參數(shù)設(shè)計(jì) ? 指在全系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上 ， 決定或選定系統(tǒng)各參數(shù)的最優(yōu)參數(shù)組合 。 要求不僅應(yīng)使產(chǎn)品有良好性能 ， 而且在環(huán)境改變或元器件有所波動(dòng)劣化的情況 ， 按照這種參數(shù)組合制造出來的產(chǎn)品 ， 在性能上仍能保持穩(wěn)定 。 根據(jù)具體情況來決定采用 ： 直接擇優(yōu) —— 既利用選優(yōu)正交表 ， 經(jīng)過幾輪設(shè)計(jì) ， 求得參數(shù)的最佳組合 。 穩(wěn)定性擇優(yōu) —— 既利用選用正交表與誤差正交表安排設(shè)計(jì)方案和計(jì)算 ， 得到第一輪擇優(yōu)設(shè)計(jì)的好條件；重復(fù)第一輪的步驟 ， 進(jìn)行第二 、第三輪穩(wěn)定性擇優(yōu)設(shè)計(jì) ， 前一輪的好條件作為后一輪的初始條件 。 如此循環(huán)若干輪可找到工程滿意的好條件 ， 整數(shù)化后即可得穩(wěn)定性擇優(yōu)設(shè)計(jì)的參數(shù)組合 。 參數(shù)設(shè)計(jì) 容差設(shè)計(jì) ? 參數(shù)設(shè)計(jì)后確定了一組參數(shù)組合 。 但： 是否還能減少參數(shù)波動(dòng)幅度使產(chǎn)品質(zhì)量特性更加穩(wěn)定 ？ 是否可以適當(dāng)降低元器件精度等級以降低成本 ？ 這兩個(gè)問題實(shí)質(zhì)上是確定適當(dāng)?shù)脑骷?，以使產(chǎn)品的使用壽命周期費(fèi)用最低 。 穩(wěn)健設(shè)計(jì)技術(shù)的基本原理 ? 噪聲因素 波動(dòng)是產(chǎn)生質(zhì)量問題的根源，在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，往往存在著一些人們無法控制或難以控制的因素。我們稱這些不可控制的因素為噪聲因素或隨機(jī)因素。正是這些無法窮盡的潛在變化的相互作用導(dǎo)致了技術(shù)功能，產(chǎn)品性能和工藝過程的波動(dòng) 。 同時(shí)在設(shè)計(jì)和制造過程中還存在的一組相對穩(wěn)定并可加以控制的因素，如原材料的規(guī)格、技術(shù)人員的技能和設(shè)計(jì)水平、測量設(shè)備精度、相對穩(wěn)定的環(huán)境和溫定。這些因素為可控因素和系統(tǒng)因素。 正是這些可控因素才使得產(chǎn)品性能、工藝過程和技術(shù)功能具有一定的穩(wěn)定性 。 波動(dòng)理論 ? 由于噪聲因素是客觀存在的和難以控制的 ，由此產(chǎn)生波動(dòng)也是不可避免的 。 試圖完全消除波動(dòng) ， 使產(chǎn)品性能和技術(shù)功能的質(zhì)量特性始終在設(shè)計(jì)目標(biāo)上是永遠(yuǎn)達(dá)不到 。 因此改進(jìn)產(chǎn)品性能 ， 提高質(zhì)量的奮斗目標(biāo)是：永無止境地減少波動(dòng) ， 使產(chǎn)品 、 工藝過程 、 技術(shù)功能對各種噪聲因素不敏感 ， 向著波動(dòng)為零的目標(biāo)邁進(jìn) 。 ? 這就是質(zhì)量工程的理論支柱 —— 波動(dòng)理論 。 ? 實(shí)現(xiàn)這一理論的方法的就是源頭治理，即利用穩(wěn)健設(shè)計(jì)技術(shù)尋找可控因素的一組水平組合，使刻劃產(chǎn)品 /工藝過程性能或技術(shù)功能的輸出質(zhì)量特性圍繞設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí)的波動(dòng)盡可能小。 波動(dòng)理論 選擇最有效的輸出質(zhì)量特性 ? 實(shí)施穩(wěn)健設(shè)計(jì)技術(shù)首先要選擇最有效的輸出質(zhì)量特性，尤其是在技術(shù)開發(fā)階段，這一要素的正確選擇顯得更加重要。只有對有效的輸出質(zhì)量特性進(jìn)行測量才能反映產(chǎn)品 /工藝性能或技術(shù)功能的基本特征，進(jìn)而確定輸出的基本功能和理想功能。 ? 實(shí)施穩(wěn)健技術(shù)的目的：減少產(chǎn)品性能和技術(shù)功能波動(dòng) ， 既減少輸出質(zhì)量特性圍繞設(shè)計(jì)目標(biāo)值T的波動(dòng) ， 就要給出基本功能波動(dòng)的度量 。 ? 保證基本功能的性能穩(wěn)健取決于兩點(diǎn)： 一是輸出質(zhì)量特性本身的波動(dòng)??； 二是該質(zhì)量特性應(yīng)盡可能接近設(shè)計(jì)目標(biāo)值 。 性噪比函數(shù) S/N能準(zhǔn)確地反映這兩個(gè)特性 。 選擇有效的輸出質(zhì)量特性、可控和噪聲因素 ? 如何選擇最有效的輸出質(zhì)量特性是進(jìn)行穩(wěn)健設(shè)計(jì)技術(shù)關(guān)鍵的第一步 ， 應(yīng)該根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)過程的不同階段對產(chǎn)品質(zhì)量影響的重要程度 ， 將產(chǎn)品質(zhì)量水平相應(yīng)的劃分： 下游質(zhì)量 中游質(zhì)量 上游設(shè)質(zhì)量 源頭質(zhì)量 。 上游質(zhì)量特性的重要性 ? 大多數(shù)可控因素已在源頭、上游和中游階段確定，并且難以改變，所以下游質(zhì)量特性大多是不可控的噪聲因素。雖然這些因素不能直接