質(zhì)量管理學(xué)教學(xué)案例一：田口參數(shù)實驗設(shè)計-wenkub
2023-01-28 19:25:28 本頁面
【正文】 中的“給予社會的損失”對此中損失，田口提出用質(zhì)量損失函數(shù)來度量。在田口線外質(zhì)量控制中，參數(shù)設(shè)計是線外質(zhì)量控制的核心，它通過實驗優(yōu)化方法確定系統(tǒng)各參數(shù)的最優(yōu)組合，使產(chǎn)品對環(huán)境條件和其他噪聲因素的敏感性降低。田口玄一提出的“三次設(shè)計法”，即分三個階段對產(chǎn)品質(zhì)量進行優(yōu)化：（1） 系統(tǒng)設(shè)計：應(yīng)用科學(xué)理論和工程知識對產(chǎn)品功能原型進行設(shè)計開發(fā)，這階段完成了產(chǎn)品的配置和功能屬性；（2） 參數(shù)設(shè)計：在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)確定后進行參數(shù)設(shè)計。線外質(zhì)量控制可以應(yīng)用正交表、信噪比（S/N）和損失函數(shù)來達成，強調(diào)有效率的實驗和仿真，以減少變異。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(biāo)值的因素。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(shè)計方法。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(yán)格控制材料、工藝以縮小偏差。但實驗設(shè)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。該方法廣泛應(yīng)用于研發(fā)、技術(shù)改善、質(zhì)量提升等部門。田口方法重視各產(chǎn)業(yè)的技術(shù)，著重快速找到在最低成本時的最佳質(zhì)量。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。戰(zhàn)后，日本將其作為管理技術(shù)之一從英美引進，對其經(jīng)濟復(fù)蘇起了促進作用。其基本思想是英國統(tǒng)計學(xué)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(yán)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(xué)模型，以減少隨機誤差的影響，從而提高實驗結(jié)果的精度和可靠度，這就是實驗設(shè)計的基本思想。今天，實驗設(shè)計已成為日本企業(yè)界人士、工程技術(shù)人員、研究人員和管理人員必備的一種通用技術(shù)。但隨著在日本產(chǎn)業(yè)界應(yīng)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(xué)者的努力之下，早已脫離其原始風(fēng)貌，展現(xiàn)出更新更好的體系化內(nèi)容。DOE則重視統(tǒng)計技術(shù)，著重符合數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。八十年代，田口方法進入美國，得到了普遍關(guān)注。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。這些方法一方面很不經(jīng)濟，而且有時技術(shù)上也難以實現(xiàn)。該方法是一種能設(shè)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。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。所謂線上質(zhì)量控制，是實際生產(chǎn)階段的質(zhì)量控制活動。這一階段以產(chǎn)品性能優(yōu)化為目標(biāo)確定產(chǎn)品參數(shù)水平及配置，使工程設(shè)計對干擾源的敏感性最低；（3） 容差設(shè)計：在參數(shù)確定的基礎(chǔ)上，進一步確定這些參數(shù)的容差。最終效果是在不提高產(chǎn)品成本甚至降低成本的基礎(chǔ)上使產(chǎn)品質(zhì)量損失最小，可見，參數(shù)設(shè)計是獲得高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵，也是田口方法的中心內(nèi)容。為了描述產(chǎn)品的質(zhì)量損失，引入了以下幾種類型質(zhì)量特性的損失函數(shù)。ΔyΔyL(y)A0yLy0yu圖3 功能質(zhì)量損失函數(shù)式（1）說明，由于功能波動所造成的損失與偏離目標(biāo)值y0的偏差平方成正比。由于產(chǎn)品的質(zhì)量特性y表現(xiàn)為隨機性，所以L(y)亦為隨機變量，故有必要取L(y)的期望值作為評定產(chǎn)品的質(zhì)量水平。這種質(zhì)量特征稱為望小特性。L(y)為隨機變量時，產(chǎn)品的功能質(zhì)量水平用期望值反映。L(y)為隨機變量時，則產(chǎn)品的質(zhì)量水平用期望值反映，對于N件產(chǎn)品，若望大特性的測試值為y1，y2，……， yN，則平均質(zhì)量損失為：AL（y）Δy （6）圖5 望大特性的質(zhì)量損失函數(shù)4 關(guān)于信噪比與正交表在通訊和電氣工程中，為了對所選擇設(shè)備的質(zhì)量特征進行量化引入“信噪比”(輸入信號強度與噪聲強度之比) 這個概念。正交表的每一列等同于一個因素。田口穩(wěn)健設(shè)計中的參數(shù)設(shè)計一般都需要用到兩個正交表，即用于安排可控因素的正交表，稱為“內(nèi)表”或“設(shè)計變量矩陣”；用于安排噪聲因素的正交表稱為“外表
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