【文章內容簡介】 的影響。這兩項因素的影響，惟有在產(chǎn)品設計階段及選用材料零組件時才能減輕。不過，逐件變異則可在本項制程設計階段中降低；因為在制程設計時，我們可以運用參數(shù)設計，以減輕逐件變異的敏感度。 就某些產(chǎn)品而言，其壞損率會因制程設計的情況而異。例如微電子產(chǎn)品，所含不純物的數(shù)量便往往直接影響其集成電路的壞損率；但可由制程設計的改善而獲得控制。又例如某些機械零件，其表面處理情況直接影響其磨損率的作用，也可經(jīng)由制程設計而改善。 3/16/2023 Page37 一、 田口方法與品質工程原理 3)制造階段 制造程序的設計不論如何周密，均不可能十全十美。因此，在經(jīng)常的制造操作中仍必須有線上品質管制業(yè)務，以使逐件變異得以降低。所謂線上品質管制業(yè)務，計有下列三類主要項目： ① 檢測及矯正 所謂檢測及矯正 (Detection and Correction)，指制程中隨時均可立即檢出影響制程的問題，例如某一機器或設備的故障、材料特性的突見改變、某一操作的錯誤等等。憑借檢測，經(jīng)常不斷地觀察制程情況或產(chǎn)品特性。一但發(fā)現(xiàn)此類偏差，便應立即采取必要的矯正措施，以防下次再度產(chǎn)生偏離目標的制件。本項檢測及矯正，本質上是在兩項問題之間求得一個平衡的方法：一為客戶因產(chǎn)品逐件變異而產(chǎn)生的品質損失，一為制造業(yè)者承擔的操作成本，包括業(yè)者實施定項試驗及矯正措施的成本等。因此，有 3/16/2023 Page38 一、 田口方法與品質工程原理 關預防保養(yǎng)、采購較佳試驗設備等的業(yè)務也應包括在內。關于變異的機制，最常見的技術即為所謂統(tǒng)計制程管理技術(Statistical Process Control，簡稱 SPC)。 ② 前饋控制 所謂前饋控制 (Feed Forward Control)，是指將制程中某一步驟所發(fā)生的錯誤或缺點的有關信息，送至下一個步驟，以使后制程的變異得以降低。舉例來說，使用照相機時，倘不慎誤將一卷 200ASA膠卷裝進調整為 100ASA的相機內曝光。此項信息倘能及時轉告沖洗公司或部門，則沖洗部門當可調節(jié)其沖洗參數(shù)，以減輕曝光錯誤的影響。同樣，我們在測出進廠材料某一特性后，便應將檢測資訊轉知后續(xù)的步驟，則最后產(chǎn)品的逐件變異當有降低的可能。是即為“前饋控制”的要義。 3/16/2023 Page39 一、 田口方法與品質工程原理 ③ 剔退制品 剔退制品的目的在于阻止將缺點件對外發(fā)送。通常在某些情況下，工廠制程能力有限。換言之，即使在理想條件下，制程中也難免產(chǎn)生較高數(shù)量的缺點產(chǎn)品。因此，作為一項最后的選擇，不得已時惟有在實施全數(shù)檢驗時，將缺點制品剔退或修整，以防外送客戶。例如在電子零件制程中，常見的處理方法為將所產(chǎn)零件實施燒機測試 (Burn in)作為剔退不良品的方法。 3/16/2023 Page40 二、品質損失函數(shù) 品質、成本與低成本品質工程觀念的啟發(fā) 品質不是免費的，品質是要花高代價來獲取的；品質是一項特殊高成本的產(chǎn)物。我們要研究降低品質成本的方法，要規(guī)劃降低品質成本的制度，更要思考降低品質成本的技巧。 在成本結構中，在產(chǎn)品售價表、資產(chǎn)負債表、損益表內，都沒有將品質一項特別標示出來。一般企業(yè)界人士不易體會品質的價值與重要性。 假如能夠將產(chǎn)品品質第一次就做好，好像很容易產(chǎn)生品質是免費的誤解，甚至是錯解。 要生產(chǎn)或制造優(yōu)良的品質，要多方面的條件、因素來配合。要有杰出、優(yōu)秀的設計、生技、制造、品管人員，優(yōu)良精密的機器、設備、原物料，良好的工作環(huán)境，更要有好的管理制度。 3/16/2023 Page41 二、品質損失函數(shù) 田口玄一博士對“品質”的定義，有相當獨特的見解。他說：品質是“產(chǎn)品出廠后”給予社會的“最小損失”，但不包含因“機能本身”原因所引起的“損失”；而“損失”又定義為“由于機能的變異而引起的損失及弊害項目所引發(fā)的一系列損失”。 由于可以將品質量化為金錢損失，故有所謂下列的“田口四大主張”： ① 任何產(chǎn)品，都是成本最重要。 ② 可以降低成本而不影響品質。 ③ 可以提高 品質而不增加成本。 ④ 提高品質的同時，又可降低成本。 在田口方法中，品質是指機能的變異、危險和使用成本等相 3/16/2023 Page42 二、品質損失函數(shù) 關的水準，而所謂的品質工程即是研究品質的評價方法，設法在不增加成本的情況下，利用“參數(shù)設計”來改善品質。這種利用直交表、參數(shù)設計的概念來進行實驗計劃、制程改善、技術創(chuàng)新的方法，在日本、美國稱之為“田口方法”，亦有人稱為“低成本品質工程”。 論品質，應研究其在什么成本下的品質。以“低成本”生產(chǎn)“高品質”的產(chǎn)品，是一項涉及科技的課題，包括工程學、經(jīng)濟學、統(tǒng)計學及管理學等。我們生產(chǎn)一項產(chǎn)品，應考慮的成本計有下列三大項目： ① 操作成本 所謂操作成本，包括操作該項產(chǎn)品所需的能源成本、環(huán)境控制成本、維護成本，以及零組件的存貨成本等等。不同制造業(yè)者 3/16/2023 Page43 二、品質損失函數(shù) 生產(chǎn)的產(chǎn)品，其操作的資源成本當然也有別。例如某一產(chǎn)品如果受溫度及濕度的影響甚大，則常需要進行空氣調節(jié)及暖氣的成本。制造業(yè)者設計產(chǎn)品時倘能注意該項產(chǎn)品的“堅耐性”，則其操作成本能巨幅降低。換言之，所謂堅耐性，意為降低該產(chǎn)品對“環(huán)境、使用情況、制造及零組件損毀等變化的敏感度 ” 。 ② 制造成本 制造成本的重要項目，計有設備、機器、材料、人工、廢料、修整等項目成本。在競爭性高的環(huán)境，通?？墒褂幂^低等級的材料、熟練性較低的人工以及價格較低廉的設備等，以降低“單位制造成本” (UMC)，維持適當水準的品質。產(chǎn)品設計時能重視該產(chǎn)品的“堅耐性”，重視制程的“堅耐性”，換言之，盡可能降低制程對制造條件變異的敏感度，則此一情況應是可以達成。 3/16/2023 Page44 二、品質損失函數(shù) ③ RD成本 所謂 RD成本，主要包括新產(chǎn)品開發(fā)所需時間的成本，再加上有關工程資源及研究實驗資源等的成本。 RD作業(yè)的實施目標，應為設法降低單位成本及操作成本。實驗計劃與品質工程的實施，對這項 RD目標的達成，有甚為重要的作用；因為實驗計劃與品質工程足以改善取得產(chǎn)品及制程設計所需重要資訊和數(shù)據(jù)的效率，因此當可縮短產(chǎn)品開發(fā)的時間，減少開發(fā)所用的資源。 請注意，在上述三類成本中，制造成本和 RD成本兩者，系產(chǎn)生于生產(chǎn)業(yè)者，再透過產(chǎn)品價格轉嫁于客戶，至于操作成本有時稱為“使用成本”，則直接由客戶產(chǎn)生和負擔，但其高低也源于“產(chǎn)品的品質”。因此，從客戶的觀點來看，產(chǎn)品的購買價格加上操作成本，合而成為客戶購買該產(chǎn)品后滿足其需要的“經(jīng)濟 3/16/2023 Page45 二、品質損失函數(shù) 性 ”。產(chǎn)品的品質較高 者，則操作成本通常較低；反之亦然。實驗計劃與品質工程是一項系統(tǒng)化的方法，一方面保持生產(chǎn)業(yè)者的成本較低，而同時為客戶提供較高品質的產(chǎn)品，使操作成本也得以較低。 工程設計、工程規(guī)格與實驗計劃 工程規(guī)格的設計、計算、驗證與工程設計為研究開發(fā)作業(yè)中的主要一環(huán)，目的在于產(chǎn)生有關的圖樣、規(guī)格及其他信息，以供產(chǎn)品制造、供應客戶需求之用。工程設計作業(yè)的進行，應以有關的科學知識 、過去對類似產(chǎn)品的設計及制程所累積的工程經(jīng)驗為基礎。 第二次世界大戰(zhàn)結束，日本開始復興建設時，就面對了缺乏 3/16/2023 Page46 二、品質損失函數(shù) 優(yōu)良原材料、制造設備及熟練工程人員的嚴重問題，而日本必須因應的挑戰(zhàn)，則是生產(chǎn)高品質產(chǎn)品，以及必須持續(xù)提升品質的要求。田口玄一承擔了迎接這項挑戰(zhàn)的任務，認為必須研究開發(fā)一項方法，來解決此一困境。田口當時為日本電話電報公司 (NTT)電信研究所的經(jīng)理，負責開發(fā)各項通信產(chǎn)品。在 1950年代至 1960年代初期研究中，田口博士便奠定了實驗計劃的基礎，且應用其基本原理開發(fā)了多項產(chǎn)品。田口博士因此榮獲了 1962年的戴明獎，那是品質管理學術領域中的一項最高榮譽。 實驗計劃可以普遍運用于多項問題。電子產(chǎn)品、汽車產(chǎn)品、攝影機及其他許多行業(yè)。日本之所以能有驚人的進步，進入快速成長的國際市場，此一方法的應用應是重要因素之一。 所謂實驗計劃，是采用統(tǒng)計學實驗設計上的許多觀念，憑以 3/16/2023 Page47 二、品質損失函數(shù) 設計必要的實驗，以取得有關重要決策變量的信息和數(shù)據(jù)。所稱統(tǒng)計學實驗設計，系于 1920年代英國學者羅納德 .費希爾爵士(Sir Ronald Fisher)研究所創(chuàng)。費希爾創(chuàng)立了實驗設計的基本原理及有關數(shù)據(jù)分析的技術，名為“差異分析” (Analysis Of Variance,簡稱 ANOVA)。其后經(jīng)由多位統(tǒng)計學人發(fā)揚并推廣應用。 直交表設計與應用，無疑為統(tǒng)計學的實驗設計增添了一個新層面 — 特別是對今天的產(chǎn)品及 制程設計人員最為關切的下列兩項課題，有了新的突破： ? 產(chǎn)品功能在客戶的使用環(huán)境中的變異應如何緩和和減輕。 ? 在研究部門憑實驗所達成的“工程決策”，應如何確保其 在制造環(huán)境及客戶環(huán)境中同為最適的決策。 3/16/2023 Page48 二、品質損失函數(shù) 直交表與參數(shù)設計在解決上述問題中，使用的是統(tǒng)計學實驗設計上的數(shù)學方法；但其數(shù)學方法背后所依據(jù)的思想程序則大為有別。然而上述兩課題的解決方法，的確是一項改善生產(chǎn)力的有力工具。 直交表與實驗計劃 一般而言，一項產(chǎn)品在不同的使用情況下，其不同的設計參數(shù)對其性能將有如何的影響，往往需花費很多時間才能獲取足夠資訊。而所謂實驗計劃則有如一座放大器；應用此放大器，工程師僅需在實驗工作上花費一半的時間，或甚至不到一半的時間，便可獲得足夠的信息。 實驗計劃的實施，有下列兩項重要任務： 3/16/2023 Page49 二、品質損失函數(shù) ① 于設計 /開發(fā)階段，進行品質的測度 換言之，我們必須有一項關于品質的領先指標，始能評估某一特定的設計參數(shù)對該產(chǎn)品性能可能產(chǎn)生的影響。 ② 應做必要的實驗，以取得有關各項設計參數(shù)確切可靠的資訊 我們必須取得有關設計參數(shù)的確切可靠的信息，我們才能在制造階段及客戶使用階段避免設計的修改。而且，各項信息的取得，還必須力求節(jié)省時間，及減少耗用資源。 至于使用的工具，一為“直交表”，借此可以對多項不同的設計參數(shù)同時進行研究；一為“信號對雜音比” SN比，用以進行品質的測度。 3/16/2023 Page50 三、直交表與應用實例研究 定義：直交與直交原理 所謂直交是指“垂直相交”，意思是說兩個方向成 90176。，代表方向的東西，在數(shù)學上叫做向量。意思說，有方向 (及大小 )的量，例如 (1,+1)是一個向量，用坐標畫出來，相當于自原點到(1,+1)(這一點的一端是箭頭 )。同樣， (+1,+1)也可如此表示，如此一來這兩個方向互成 90176。，因此直交。 m1 m2=1 (1)=1 b=1 b=1 90176。 a=1 m2 m1 a=1 (1,+1) (+1,+1) m2=斜率 =a/b=1/1=1 m1=斜率 =a/b=1/1=1 3/16/2023 Page51 三、直交表與應用實例研究 如果我們考慮過點 (0,0),(+1,+1)的直線，可以求出它的斜率 m1=1。同樣，過點 (0,0)及 (1,+1)的直線，斜率 m2=1。解析幾何中學過，當 m1 m2=1時，兩直線成直角，所以對于經(jīng)過原點的這兩條直線來說， m1 m2=1，事實上就相當于說：對 (1,1)及 (1,1)兩個向量來說，只要先將對應項相乘再相加，如果其和為 0，則兩個向量互成直角。 m1 m2=1 (1)=1 b=1 b=1 90176。 a=1 m2 m1 a=1 (1,+1) (+1,+1) m2=斜率 =a/b=1/1=1 m1=斜率 =a/b=1/1=1 3/16/2023 Page52 三、直交表與應用實例研究 直交表的直交性證明 對于任意一張直交表都應當具備下列兩個特性： 1)每一列都是自我平衡的 (SelfBalanced),在每一列中因子的各水準出現(xiàn)的頻率是相同的； 2)每兩列間都是平衡的 (MutualBalanced)，也就是在某一列中出現(xiàn)某一水準的所有實驗組，與在另一列中出現(xiàn)此水準的頻率是相同的。