第五章设计质量控制.ppt

第五章 设计质量控制,湖南大学机械与运载工程学院 工业工程专业 200811,5.1 设计质量控制概述 5.2 设计质量控制分析 5.3 设计质量控制技术 5.4 设计质量控制实施,目的和要求,了解设计质量控制的含义、影响产品质量的因素、理解设计质量控制对产品质量的意义。 理解设计质量控制的原则、评价指标、掌握设计质量的评价方法。 系统了解常见的设计质量控制方法：概括了解TRIZ理论、理解熟悉并掌握质量功能展开方法在产品设计中的应用、理解田口设计方法的基本原理、熟悉并初步掌握正交试验设计方法。 理解ISO 9001：2000有关设计质量控制的基本要求。,重点和难点,理解并掌握质量功能展开方法QFD 理解田口设计方法的基本思想，掌握正交试验设计法,产品全生命周期质量保证技术,产品规划,产品设计,制造,销售,使用维护,回收,QFD,DFX,FMEA,DOE,田口方法,SPC,防错装置,用户驱动原则 全过程原则 预防原则 反馈思想和闭环控制原则,5.1 设计质量控制概述 5.2 设计质量控制分析 5.3 设计质量控制技术 5.4 设计质量控制实施,第一节 设计质量控制概述,产品成本的70-80%取决于产品的设计； 设计质量是指所设计的产品是否能够满足顾客需求、性能是否易于制造和维护、经济性是否合理、对生态环境是否造成危害、风险是否最小等。 在ISO9000:2000标准中，对设计的定义为：“设计和开发是将要求转换为产品、过程或体系的规定的特性或规范的一组过程。”,设计质量控制： 按照规定程序和规范，控制和协调各阶段的设计工作，以保证产品的设计质量，即使地以最少的耗费完成设计工作。 设计过程分为多个子过程： 设计策划 设计输入过程 设计输出过程 设计评审过程 设计验证过程 设计确认过程 设计更改过程 设计的状态管理过程,设计质量与产品质量,国际标准化组织（ISO）指出了产品质量包含以下四个方面： （1）与确定产品需要有关的质量市场调研质量 （2）与产品设计有关的质量设计质量 （3）与产品设计的符合性有关的质量制造质量 （4）与产品保障有关的质量顾客质量 设计质量是产品质量最核心最关键的部分。,影响产品质量的因素,1. 控制因素 2. 标示因素 3. 信号因素 4. 误差因素 （亦称为噪声因素、质量干扰因素、不可控因素）,设计质量与产品质量,4. 误差因素 根据误差因素对产品质量特性产生波动的原因，可 分为： 1）外部干扰 2）内部干扰 3）随机干扰 设计质量控制可以有效地控制和衰减外部干扰、内 部干扰和随机干扰引起的质量波动，而制造过程中 的质量控制只能控制由随机干扰引起的质量波动。,产品质量设计的模型,产品的质量特性值与对其有影响的设计参数和误差因素有关。可用函数表示为： 产品的质量设计过程中，为了稳定产品性能，就应该使设计输出结果的均值和标准差满足以下两个条件： 条件1： ，一批产品的质量特性均值应恒等于目标特性值； 条件2： ，一批产品的质量特性值的标准差应小于目标特性值极限偏差与一常数的比值。,产品质量设计的模型,产品质量设计模型包含的基本要素有：设计参数（即可控因素）、误差因素（或噪音因素）、信号因素（即输入因素）、质量特性（即输出特性）。设计参数和误差因素影响着产品的输出特性值。 一般而言，不能选择标示因素的水平，它只是在于调节各个控制因素的水平，寻求控制因素最佳水平与最佳组合。因此，在产品质量设计模型中，将标示因素归入设计参数中，不单独列出。,产品质量设计的模型,第二节 设计质量控制分析,设计质量控制原则,1.需求原则 2.信息原则 3.系统原则 4.继承原则 5.效益原则,6.简化原则 7.定量原则 8.时间原则 9.合法原则 10.审核原则,设计质量特性*,1.输出特性和原因特性 2.计量特性和计数特性 3.静态特性和动态特性 4.望目特性、望大特性和望小特性,设计质量特性分级,一个产品是由许多零部件组成的，产品的设计就包括零部件的设计，产品的设计质量也就由产品零部件的设计质量来保证。 如果能识别各个零部件的设计质量特性会对产品的安全性、功能、经济性等方面造成某种程度的不利影响，则在设计过程中，便可以区别对待各个零部件的设计质量特性。,设计质量特性分级,设计质量特性分级的内容 产品的设计质量特性分级涉及到整个产品及其零部件。产品的设计质量特性分级首先是针对整个产品而言的；其次，产品的质量是由其零部件的质量特性来保障的，因此，设计质量特性分级也要对产品的各个零部件进行相应的质量特性分级。 一般对产品性能、安全性能、环保性能以及可能导致用户索赔和抱怨等方面明显影响产品功能的设计质量特性进行分级。,设计质量特性分级,设计质量特性重要度分级方法 一般由设计人员运用专业技术知识进行设计质量特性的分级，根据产品的总功能，按照产品部件零件的步骤进行功能展开，并联系产品及其零部件的设计质量特性值的许容差进行分级。,设计质量特性分级,产品设计质量重要度分级的标识常采用符号表示法和表格法。,设计质量特性分级,（1）符号表示法,设计质量特性分级,（2）表格法 对于复杂的零件，宜采用表格法标注设计质量特性。 采用表格法标注分级要求时，设计专用的表格，规定零件的质量特性重要度分级情况和说明，作为独立的文件发放给施工人员，配合零件的设计图样进行零件的施工。,设计质量的评价指标,选用什么特性来表现质量问题，是专业技术人员必须考虑的。但选取什么样的特性值及其评价指标和评价方法则是设计质量控制人员应考虑的问题。 常常根据产品的功能特性来评价产品的设计质量特性。可用以下指标来评价产品的设计质量特性：部分缺陷、功能特性指数、质量损失函数、质量信息熵函数。,设计质量的评价方法,质量评价分为： （1）事前评价，这是在决定产品或系统是否要进行设计开发，是对产品进行规划研究时进行的评价； （2）中间评价，在产品或系统的设计中期所进行的评价； （3）事后评价，指完成产品或系统的设计后，评价设计输出结果是否达到预期的目标； （4）跟踪评价，产品或系统经过一段时间的使用或运行后，发现某些想不到的情况，需要重新进行评价。,设计质量的评价方法,设计质量评价是根据确定的目标来测定对象的质量属性，并将这种质量属性变为客观定量的值或主观效用的行为。 设计质量的评价体系是由技术性评价、经济性评价、市场环境评价、生态环境评价、效益和风险评价等组成的综合评价体系。 常用的评价方法有以下几类：专家评价法、经济分析法、运筹学和其他数学方法、混合法。,设计质量的评价案例,模糊评价法在RH治疗仪产品造型设计质量综合评价中的应用实例,层次分析法在RS呼吸监护仪外观造型设计质量评价中的应用实例,第三节 设计质量控制技术*,常用的设计质量控制技术： 质量功能展开（Quality Function Deployment，QFD） 发明问题解决理论（Theory of Inventive Problem Solving，TRIZ） 田口方法（Taguchis Method） 可靠性设计中的故障树分析法（FTA）、失效模式及影响分析法（FMEA）和失效模式、影响及危害性分析法（FMECA）（将在第十章介绍）。,质量功能展开（QFD）,QFD概述 质量功能展开是一种立足于在产品开发过程中最大限度地满足顾客需求的系统化、用户驱动式质量保证方法。 七十年代初起源于日本，进入八十年代以后逐步得到欧美各发达国家的重视并得到广泛应用。 从QFD的产生到现在二十年来，其应用已涉及汽车、家用电器、服装、集成电路、合成橡胶、建筑设备、农业机械、船舶、自动购货系统、软件开发、教育、医疗等各个领域。 目前，QFD已成为先进生产模式及并行工程(Concurrent Engineering, CE)环境下质量保证最热门的研究领域。对企业提高产品质量、缩短开发周期、降低生产成本和增加顾客的满意程度有极大的帮助。,丰田公司于70年代采用了QFD以后，取得了巨大的经济效益，其新产品: 开发成本下降了61%， 开发周期缩短了1/3， 产品质量也得到了相应的改进。,质量功能展开（QFD）,福特公司、 通用汽车公司、 克莱思勒公司、 惠普公司、 麦道公司、 施乐公司、 电报电话公司都相继采用了QFD。,质量功能展开（QFD）,质量功能展开（QFD）,QFD包含两层含义： 狭义的质量功能展开，即用目的手段，将形成质量的功能乃至业务，以不同的层次展开到具体的部分。 质量展开，是将顾客的需要转换为图纸和设计要求及产品生产过程中各阶段的要求，以确定产品的设计质量，并将其系统、关联地展开到零部件的质量、零件质量、工艺要求以及工序要求等过程。,质量功能展开（QFD）,瀑布式质量功能展开示意图,关键工艺/质量控制参数,瀑布式质量功能展开过程,质量功能展开（QFD）,1.顾客需求是QFD最基本的输入，也是QFD实施中最关键最困难的工作。要通过各种先进的方法、手段和渠道搜集、分析和整理顾客的各种需求，并采用数学的方式加以描述。,市场调研人员,选择调研对象,调研收集资料,需求分类并确定各需求权重,质量功能展开（QFD）,瀑布式质量功能展开过程 2.产品规划 产品规划矩阵的构造在QFD中非常重要，满足顾客需求的第一步是尽可能准确地将顾客需求转换成为通过制造能满足这些需求的物理特性。 产品规划的主要任务是将顾客需求转换成设计用的技术特性。并根据顾客需求的竞争性评估和技术需求的竞争性评估，确定各个技术需求的目标值。,质量功能展开（QFD）,瀑布式质量功能展开过程 3.产品设计方案确定 依据上一步所确定的产品技术需求目标值，进行产品的概念设计和初步设计，并优选出一个最佳的产品整体设计方案。这些工作主要由产品设计部门及其工作人员负责，产品生命周期中其它各环节、各部门的人员共同参与，协同工作。,质量功能展开（QFD）,瀑布式质量功能展开过程 4.零件规划 基于优选出的产品整体设计方案，并按照在产品规划矩阵所确定的产品技术需求，确定对产品整体组成有重要影响的关键部件/子系统及零件的特性，利用失效模型及效应分析(FMEA)、故障树分析(FTA)等方法对产品可能存在的故障及质量问题进行分析，以便采取预防措施。,质量功能展开（QFD）,瀑布式质量功能展开过程 5.零件设计及工艺过程设计 根据零件规划中所确定的关键零件的特性及已完成的产品初步设计结果等，进行产品的详细设计，完成产品各部件/子系统及零件的设计工作，选择好工艺实施方案，完成产品工艺过程设计，包括制造工艺和装配工艺。,质量功能展开（QFD）,瀑布式质量功能展开过程 6.工艺规划 通过工艺规划矩阵，确定为保证实现关键产品特征和零部件特征所必须给以保证的关键工艺步骤及其特征，即从产品及其零部件的全部工序中选择和确定出对实现零部件特征具有重要作用或影响的关键工序，确定其关键程度。,质量功能展开（QFD）,瀑布式质量功能展开过程 7.工艺/质量控制 通过工艺/质量控制矩阵，将关键零件特性所对应的关键工序及工艺参数转换为具体的工艺/质量控制方法，包括控制参数、控制点、样本容量及检验方法等。,质量功能展开（QFD）,QFD的体系结构和步骤 QFD的核心是质量屋（House of Quality，HOQ）,（5）,（3）,（4）,要求n,（2）,工,程,技,术,措,施,1,工,程,技,术,措,施,2,工,程,技,术,措,施,n,本,产,品,A,公,司,产,品,N,公,司,产,品,（6）,（7）,工程措施的测量单位,工程措施的重要度,本产品,A公司产品,N公司产品,（8）,技术难度,目标值,（9）,1,2,n,n-1,；,设计声明,（1）,要求,重要度,要求1,要求2,质量功能展开（QFD）,QFD的质量屋基本上是由以下不同参数的矩阵图表和一项设计目标声明构成 ： （1）目标声明 （2）顾客需求及其重要度 （3）工程技术措施 （4）关系矩阵 （5）相关性矩阵 （6）市场竞争性评价矩阵 （7）工程技术措施特性指标及其重要度 （8）技术竞争性评价矩阵 （9）技术难度和目标值,质量功能展开（QFD）,一级质量屋举例,QFD的 工作程序,质量功能展开案例,TRIZ理论,TRIZ是俄文的缩写，其英文含义为发明问题解决理论（theory of inventive problem solving, TRIZ），它是一种创新性问题解决方法指导性理论。 TRIZ认为，创新并不是灵感的闪现和随机的探索，它存在着解决问题的一般规律，这些规律和原则可以告诉人们按照什么样的方法和过程去进行创新并对结果具有预测性和可控制性。,TRIZ理论,由于TRIZ设计理论将产品设计过程中的核心概念设计过程具体化，为设计者提供了设计过程模型、设计工具和设计方法，因此可以很好地支持产品设计过程中设计质量的控制。,TRIZ理论,TRIZ设计理论的主要内容和工具有：产品的进化理论、39个工程参数、40条发明原理、物理矛盾、分离原理、物质场分析、科学和技术成果数据库、ARIZ算法等。 TRIZ理论认为，产品在设计过程中，存在着管理、技术和物理三种矛盾冲突，TRIZ理论只研究技术矛盾和物理矛盾。,TRIZ理论,技术矛盾解决过程 物理矛盾解决过程,TRIZ理论,TRIZ设计理论中常用到的内容和工具 （1）产品的进化分析 TRIZ认为，从历史的观点看，产品处于不断进化之中，是其核心技术从低级向高级变化的过程。TRIZ根据时间与产品利润、产品专利数量、专利发明的级别三组曲线的进化分析，相关联来综合评价、预测产品性能的技术成熟度，并用分段线性S曲线来表示，分为婴儿期、成长期、成熟期和衰退期。,TRIZ理论,（2）39个工程参数 TRIZ理论对技术矛盾进行一般化处理，提出用39个通用工程参数描述实际设计问题的技术矛盾，把设计过程中的具体设计矛盾转化为一般的或标准的技术矛盾。,TRIZ设计理论中常用到的内容和工具,TRIZ理论,（3）40条发明原理 RIZ提出了解决技术矛盾的40条发明原理，它是对不同领域的已有创新成果进行分析、总结后得到的具有普遍意义的规律，提示设计者最有可能解决问题的方法，是解决技术矛盾的关键。,TRIZ设计理论中常用到的内容和工具,TRIZ理论,（4）矛盾矩阵 TRIZ提出了矛盾矩阵，将39个工程参数与40条发明原理建立了对应关系，很好地解决了选择发明原理的难题。,TRIZ设计理论中常用到的内容和工具,TRIZ理论,（5）分离原理 TRIZ在总结解决物理矛盾的各种方法的基础上，提出了四种分离原理解决物理矛盾：空间分离；时间分离；基于条件的分离；整体与部分的分离。,TRIZ设计理论中常用到的内容和工具,TRIZ理论,（6）分离原理与发明原理的关系 解决物理矛盾的分离原理与解决技术矛盾的发明原理之间存在一定的关系，对于一条分离原理，可以有多条发明原理与之对应。,TRIZ设计理论中常用到的内容和工具,构如图所示。,原始设计及改进建议均存在技术冲突；现将技术冲突标准化并运用冲突矩阵确定可用的发明原理分析问题，基本思路如下：,稳健设计方法（田口设计方法）*,稳健设计是一种低成本、高质量的统计分析设计方法，起源于20世纪70年代日本的田口玄一（Taguchi）提出的“三次设计法”，国际上又称为“田口方法”。 田口博士认为：产品的可靠性、稳定性、寿命等根本性质量是设计质量的问题，是由产品的质量设计所决定的。他们是规划、研究和设计技术等部门的事。,稳健设计方法（田口设计方法）,田口关于质量的概念: 产品质量是“产品出厂后，直到使用寿命完结止，给社会带来的有形与无形的损失程度。”该定义与传统的产品质量定义不同，田口的观点是用产品的可用质量对顾客和社会造成的损失来衡量。 1 、“社会”，指生产厂家以外的所有人，包括直接使用者、销售者以及与产品使用有关的所有用户。 2、“损失”，从其后果来看，包括对用户带来的有形的（物质、财产）损失和无形的（心理）损失，从产生原因看，包括由产品功能（质量特性）波动造成的损失和由产品本身缺陷所造成的损失。,稳健设计方法（田口设计方法）,田口关于质量的概念中： 质量损失=成本损失+波动损失+缺陷项目损失 其中：成本=加工费+材料费+管理费 概括的说，质量总损失包括成本损失与波动损 失（缺陷是超过界限的波动），所以设计产品 的目标是使总损失最小。因此，关键是在不增 加成本的基础上，减少功能波动造成的损失。,稳健设计方法（田口设计方法）,田口关于质量的概念中： 质量波动的原因： 1、外部干扰（外噪声）：由于环境因素和使用条件的变化（波动）而引起的干扰 2、内部干扰（内噪声）：产品在存放或使用过程中，随时间延续所发生的材质变化、变质等引起的干扰。 3、随机干扰（产品间波动）：因“5M1E”本身存在的波动而引起的干扰。 产品设计质量的优劣主要表现为其抗干扰的性能。以下表为例，其中所示抗干扰性能是评价该产品的标准。优化设计主要是利用试验设计法，使其输出特性在一定使用条件下和使用期限内波动最小。,电视机电源电路干扰性能,稳健设计方法（田口设计方法）,质量损失函数 所谓质量损失函数，是指产品质量的特征值偏离设计的目标值所造成的经济损失随偏离程度的变化关系。,稳健设计方法（田口设计方法）,质量损失函数 不仅产品质量波动偏差超过容许差的不合格产品会造成质量损失，即使在容许差范围内的合格产品，相对于目标值而言也存在质量损失，偏差愈大质量损失就愈大。,例：某稳压电源，规定其输出电压的中心值 m=200V，当实际输出电压偏离中心值15V时，电源就不能使用，用户需要花费4500元进行修理，求电压损失的波动函数。 解： 已知：y15V，L(20015) 4500元 由式(3-4) K 4500/15（元/V ）20（元/V） 则质量损失函数为 L(y) 20(y-200),质量损失函数,由于田口认为产品质量与产品给社会带来的损失有关，因此田口稳健设计又称为基于质量损失模型的稳健设计。,稳健设计方法（田口设计方法）,稳健设计的基本原理: 在设计产品或工艺时，就考虑到产品在制造和使用中各种因素发生偏差，以及在规定的寿命期间内产品发生老化、性能变差时，都能使产品的性能保持稳定的一种设计方法。 即使选用价格廉价的零部件（指要求的加工精度低或二级、三级品等类零部件），通过稳健设计，调整影响产品质量的可控因素（即设计参数）的水平和组合以及容许差，使总的产品性能对其它质量因素的敏感程度降低，提高和稳定产品抗干扰的能力，以获得低成本高性能的产品。,稳健设计方法（田口设计方法）,田口稳健设计： 田口将正交试验设计、信噪比分析、产品三次设计的思想结合，提出了通过产品的参数设计和容差来解决产品质量特性稳定的问题，即为田口稳健设计。 “三阶段设计”是稳健设计的核心，是指对产品的设计优化过程，分为三个阶段： 系统设计； 参数设计； 容差设计。,在质量管理中所遇到的，不论是设计新产品，还是改革旧工艺、提高产品质量、减低成本，均需要做试验。,如何安排试验，有一个方法问题,不好的试验设计方法，即使做了大量的试验，也未必能达到预期的目的；,一个好的试验设计方法，既可以减少试验次数，缩短试验时间和避免盲目性，又能迅速得到有效的结果。,正交试验设计,稳健设计方法（田口设计方法）,试验设计（例）,一个烤漆工厂，针对喷漆后烤漆所使用的时间及温度各使用一元多次试验法进行试验，以了解哪一种条件下密着性（附着度）最好。,先决条件： 1、底材要一样； 2、油漆要一样； 3、溶剂要一样； 4、粘度要一样；,试验因素： 1、烘烤温度； 2、烘烤时间；,附着度-温度,温度 ,附着度,结论：温度在130度及140度最理想,附着度-时间,附着度,时间 分,结论：时间在40分到50分最理想,0,20,40,60,80,100,10,20,30,40,50,60,70,80,90,试验设计（例）,在上例中，将时间及温度以外的各条件予以固定，并将温度及时间予二元二次法作试验。,将产品分为4组：,在四组不同的样品中，经试验后何者为最佳的作业条件，即可制订为作业标准的条件。,稳健设计方法（田口设计方法）,正交试验设计,正交设计是田口方法的主要工具，创立于50年代初 ;它是一种高效益的试验设计与最优化技术。在60年代，日本应用正交设计就已超过百万次。 田口玄一介绍 ：“日本人学质量管理 ，用一半时间学习正交设计”。 二次大战后日本经济高速增长并超过美国的一个决定性 (技术 )因素是在于推广应用正交设计。其原因是 :美国对专业技术 (系统设计 )投入很多 ，日本则较少 ，主要是向美国照搬照学；对通用技术 (参数设计和容差设计)美国缺少和落后，日本则大大领先。,稳健设计方法（田口设计方法）,正交试验设计 正交试验法是研究与处理多因素试验的一种科学方法，它运用正交试验设计技术可构造一些正交向量，从许多试验因素组合中选择出最具有代表性的少量试验，就能获得可靠的试验结果。,影响因素,全面试验次数,正交试验次数,选择三个不同的水平,4 34 9,10 310 = 59049,稳健设计方法（田口设计方法）,正交试验设计,试验指标：,试验需要考察的效果称为试验指标；,因素：,对试验指标有影响的参数称为因素；,水平：,因素在试验中所处的状态和条件的变化可能引起指标的波动，把因素变化的各种状态和条件称为因素的水平。；,稳健设计方法（田口设计方法）,正交试验设计 正交试验设计的试验步骤为： 1）应先确定各个因素的个数及其水平数 2）分析各个影响因素之间是否有相互作用； 3）根据人力、物力、时间、费用等确定大概的试验次数； 4）最后选用合适的正交表，安排试验。,正交表是由正交拉丁方自然推广而得到的规格化的表。 正交表是有规律的，按顺序排成现成的表格，是正交试验的工具，正交试验是通过正交表进行的。,L4(23),正交表代号,正交表横行数 代表试验次数,因素水平表 位级数,正交表列数 因素数,正交试验设计,正交表的格式与特点,1、均衡分散性；每一列中各种字码出现相同的次数。,2、整齐可比性；任意两列中全部有序数字都出现相同的次数。,正交试验设计,正交表的格式与特点,正交试验设计,正交试验设计法应用的基本程序,1、明确试验目的，确定考核指标； 2、挑因素、选位级，确定因素位级表； 3、选择适宜的正交表； 4、确定试验方案，按试验方案进行试验； 5、试验结果分析； 直接看，可靠又方便； 算一算，有效又简单； 6、反复试验，逼近最优试验方案； 7、确定最优方案并进行生产验证；,某轨枕厂试用减水剂以节约水泥。影响指标的因素有四个，每个因素选取三个水平。,考察的试验指标仅为脱模强度，已知在节约水泥10%的条件下试用减水剂对脱模强度影响比较好，希望通过正交试验找出比较好的配方。,正交试验设计例题,1,试验目的和指标,试验目的：水泥掺用减水剂以节约水泥,考核指标：轨枕脱模强度,2,制订因素水平表- 根据以往经验和资料分析制订,正交试验设计例题,3,选用正交表： 原则：正交表的列数要等于或大于因素的个数，试验次数应取最少的,正交试验设计例题,4,设计试验方案,正交试验设计例题,5,进行试验，并记录计算,正交试验设计例题,K1= 333 + 368 + 362 = 1063为水灰比因素水平为1时的指标和,K2= 367 + 336 + 333 = 1036,6,进行分析 计算各因素不同水平的极差R,最好？,正交试验设计例题,6,进行分析,确定主次因素顺序： R越大，说明该因素的水平变化对试验结果指标影响越大，因而这个因素对试验指标就愈重要。在本例中，减水剂是主要因素；应对主要因素以较优的水平搭配试验。,主,次,C D A B,正交试验设计例题,6,进行分析,选取较优方案： 最优方案一般就是最优水平的组合，所谓最优水平的组合就是指全体最优水平组成的试验条件； 当试验指标最大最好时，以每列的Ki中数值最大的相应水平为最优水平； 本例中， 因素A 中最优水平为水平3 因素B 中最优水平为水平1 因素C 中最优水平为水平2 因素D 中最优水平为水平3,最优水平组合为A3B1C2D3,正交试验设计例题,6,进行分析,画趋势图：,0.28 0.30 0.32 0.27 0.28 0.29 0.3 0.5 0.7 370 380 390,7,反复调优试验，逼近最优方案,正交试验设计例题,多指标的正交试验,最好？,正交试验设计例题,稳健设计方法（田口设计方法）,信噪比（SN比） SN比指影响产品质量特性的主效应与误差效应的比值。即主效应相当于信号，误差效应相当于噪音。 在设计质量控制中，用SN比模拟误差因素（即噪音效应）对产品设计质量特性的影响。,稳健设计方法（田口设计方法）,对于设计质量特性是望目特性和望大特性的，SN比愈大，产品设计质量特性愈好、愈稳定。而对于望小质量特性，则SN比愈小，产品质量特性愈好。,稳健设计方法（田口设计方法）,田口方法通过三个步骤达到稳健设计： 系统设计 参数设计 容差设计,系统设计,参数设计,容差设计,市场需求,稳定性好的产品,系统设计：系统设计主要是用专业技术进行新产品设计或对老产品进行技术创新 。应尽可能寻找性能指标与系统中各参数间的函数关系。 参数设计：参数设计是在系统设计的基础上对产品的零部件参数、原材料参数或各种工艺参数 寻求它们之间的最佳搭配。决定系统中各参数的选择，使得产品的性能指标既能达到目标值，又使它在各种环境下波动小，稳定性好。 容差设计：容差设计是在参数设计的基础上对产品生产时各种参数给出最佳的误差范围。完成不好，常常导致生产成本的增加；,田口方法的重点在参数设计 田口玄一博士1979年提出三阶段设计,系统设计,参数设计,容差设计,市场需求,稳定性好的产品,参数设计的基本思想,减少平均损失的两步法 1、减少波动，把y的标准差 降低 2、减少偏差，使y的均值向目标值 靠拢；,早年Ina瓷砖公司生产的瓷砖大小不一，尺寸波动很大，其标准差较大。面对这一问题，公司先后采用如下三个方法来减少尺寸的波动： 1、筛选不合格品； 2、找出原因，设法消除； 3、改变参数，灰石比1%提高到5%；,参数设计的基本思想-例,参数设计的基本思想,解决思路： 不是去改变环境（重新设计和建造新窑），而是改变产品生产的某些参数，这些参数的改变可使产品更具抗干扰的能力，从而减少环境温度差异对产品质量的影响。 稳健设计不是去控制波动源， 而是设法降低波动源的影响；,稳健设计方法（田口设计方法）,系统设计 是依靠专业技术决定产品功能和结构的设计，为“三次设计”的基础，也叫功能设计。 系统设计的方式有： （1）技术引进、利用专利的方式； （2）自行设计与技术引进相结合的方式； （3）独立研制方式。,系统设计,方法：计算和实验 用计算方法进行设计，不必做出样品，而只用理论公式计算质量特性，并依据对计算结果的统计分析修改和完善系统。 为了选择最佳方案，有时要进行模拟试验，以便获得所需要的数据和结论。对于重要的设计项目，还必须进行可行性分析，论证其技术的先进性和经济的合理性。,稳健设计方法（田口设计方法）,稳健设计方法（田口设计方法）,参数设计 产品设计的第二次设计称为参数设计，它是稳健设计的核心，其指导思想是选择系统中所有参数的最佳组合，减少各种干扰的影响，使所设计的产品质量特性值波动小，稳定性好，并确定参数组合的中心值。 参数设计阶段的目标：提高和保证产品性能，同时考虑成本因素，以优化产品性能为目标，设计出质量稳定，成本合理的产品。,稳健设计方法（田口设计方法）,参数设计,稳健设计方法（田口设计方法）,参数设计主要通过运用实验设计技术进行的，正交试验设计和信噪比为基本工具； 参数设计的一般程序为： （1）运用专业知识，选出主要的质量因素及其水平，包括控制因素、标示因素、信号因素和误差因素； （2）根据质量因素的个数及其水平数，选取合适的正交表和试验次数； （3）按照正交表中的各个因素水平，进行试验； （4）根据试验数据，计算SN比，并用SN比代表每组试验的特性值，进行方差分析； （5）根据分析结果，选取最佳参数水平及其组合，作出参数设计结论。,稳健设计方法（田口设计方法）,容差设计 产品设计的第三次设计称为容差设计 容差设计就是在产品质量设计过程中，通过控制可控因素的容差，衰减或缩小误差因素所引起的产品质量波动，调整产品质量与成本关系的一种设计方法。,稳健设计方法（田口设计方法）,容差设计 容差设计的目的是确定各种影响产品质量波动因素的主次，即确定哪一项是质量波动的主要原因，哪些是次要的，这样就针对性地衰减或缩小主要因素的引起的质量波动。 如果参数设计后，产品的质量特性能达到要求，则不需要进行容差设计。,田口参数设计案例,见蒋祖华 奚立峰 工业工程典型案例分析 清华大学出版社,QFD、TRIZ和稳健设计的集成应用,在产品的设计质量控制中，采用QFD方法，得到顾客对产品的要求，知道顾客想要什么样的产品，确定了设计的方向和目标，但它无法进一步向设计人员提供可操作的解决产品创新设计的具体方法。 TRIZ设计理论正是实现产品创新设计的有力工具，它将产品创新的核心概念设计（在稳健设计中称为系统设计）过程具体化，并提出了规则、算法与发明创新原理供设计人员使用。,QFD、TRIZ和稳健设计的集成应用,再通过稳健设计，对用TRIZ创新设计理论得到系统功能原型进行参数设计和容差设计，得到产品各个设计参数的最佳水平值及其组合，就能获得价格合理、质量性稳定的产品。,第四节 设计质量控制实施,设计质量控制实施,产品设计质量控制是按规定程序和规范进行控制和协调各个设计阶段的工作，以设计质量保证产品质量，从源头上抓产品的质量，及时地以最少的耗费完成设计工作。 ISO9001:2000标准规定设计质量控制实施的主要活动有七个控制环节： 设计策划 设计输入 设计输出 设计评审 设计验证 设计确认 设计更改。,设计质量控制实施,设计策划 ISO9001:2000标准中对设计策划的实施，规定为： 7.3.1设计和开发策划 “组织应对产品的设计和开发进行策划和控制。 在进行设计和开发策划时，组织应确定：a）设计和开发阶段；b）适合于每个设计和开发阶段的评审、验证和确认活动；c）设计和开发的职责和权限。 组织应参与设计和开发的不同小组之间的接口进行管理，以确保有效的沟通，并明确职责分工。”,设计质量控制实施,质量设计输入控制 ISO9001:2000标准中对设计输入的要求为： 7.3.2 设计和开发输入 “应确定与产品要求有关的输入，并保持记录。这些输入应包括：a）功能和性能要求；b）适用的法律、法规要求；c）适用时，以前类似设计提纲的信息；d）设计和开发所必需的其他要求。 应对这些输入进行评审，以确保输入是充分与适宜的。要求应完整、清楚，并且不能自相矛盾。”,设计质量控制实施,质量设计输入控制 组织应对影响产品设计和开发过程的输入进行识别，以满足相关的需求和期望。根据ISO9004:2000标准中设计输入提供的指南，输入可包括： 内部输入 外部输入 那些对确定安全和功能起关键作用的产品或过程的特性的其他输入,设计质量控制实施,设计质量输出 ISO9001:2000标准中对设计输出的要求为： “7.3.3 设计和开发输出 设计和开发的输出应以能够针对设计和开发的输入进行验证的方式提出，并应在放行前得到批准。 设计和开发输出应：a）满足设计和开发输入要求；b）给出采购、生产和服务提供的适当信息；c）包含或引用产品接受准则；d）规定对产品的安全和正常使用所必需的产品特性。”,设计质量控制实施,设计质量评审 ISO9001:2000标准中对设计评审的要求为： “7.3.4 设计和开发评审 在适宜的阶段，应依据所策划的安排对设计和开发进行系统的评审，以便： a) 评价设计和开发的结果满足要求的能力； b) 识别任何问题并提出必要的措施。 评审的参加者应包括与评审的设计和开发阶段有关的职能的代表。评审结果及任何必要措施的记录应予保持。”,设计质量控制实施,设计质量验证 ISO9001:2000标准中对设计验证的要求为： “7.3.5 设计和开发验证 为确保设计和开发输出满足输入的要求，应依据所策划的安排对设计和开发进行验证。验证结果及任何必要措施的记录应予保持。”,设计质量控制实施,设计质量确认 ISO9001:2000标准对设计确认的要求为： “7.3.6 设计和开发确认 为了确保产品能够满足规定的使用要求或已知的预期用途的要求，应依据所策划的安排对设计和开发进行确认。只要可行，确认应在产品交付或实施之前完成。确认结果及任何必要措施的记录应予保持。”,设计质量控制实施,设计质量更改 ISO9001:2000标准中对设计更改控制的要求为： “7.3.7设计和开发设计更改的控制 应识别设计和开发的更改。在适当时，应对设计和开发的更改进行评审、验证和确认，并在实施前得到批准。设计和开发更改的评审应包括评价更改对产品组成部分和已交付部分的影响。 更改的评审结果及任何必要措施的记录应予保持。”,小 结,产品质量包含四个部分：确定产品需要有关的质量即市场调研质量；与产品设计有关的质量即设计质量；与产品设计的符合性有关的质量即制造质量；与产品保障有关的质量顾客质量。 设计质量是产品质量的一部分，但却是最关键、最核心的部分，它直接决定了产品质量。,小结,在设计过程中应遵循以下原则：需求原则、信息原则、系统原则、继承原则、效益原则、简化原则、定量原则、时间原则、合法原则、审核原则。,小结,产品的设计质量特性值有以下几类：输出特性和原因特性、计量特性和计数特性、静态特性和动态特性、望目特性、望大特性和望小特性。,小结,根据设计所处的阶段，质量评价分为：事前评价、中间评价、事后评价。 用于评价设计质量的方法很多，常用的评价方法有以下几类：专家评价法、经济分析法、运筹学和其他数学方法、混合法。每一类评价方法又可分成很多种方法。,大作业：QFD在减速箱研制过程中的应用,减速箱是机械传动中很常用的一种装置，它的质量可以影响到整个设备的工作情况。下面以减速箱为例，说明QFD在其设计质量控制中的应用。,一、顾客需求,经过调查、分析和整理后的减速箱顾客需求如图所示。,QFD在减速箱研制过程中的应用,该顾客需求用类似系统图树形结构，图中将顾客的需求按减速箱的功能、经济性、可靠性和维修性分成四大类，每一类又有相应的要求指标。最后一级的需求前的数字表示顾客需求的重要程度，即权重，它也是通过市场调查、分析并通过式(5-1)、(5-2)和(5-3)计算得到的。 Ri=Ti/Ui (5-1) Wai=Ri Ii Si (5-2) Wi= (Iai / Iai )100% (5-3),一、顾客需求,QFD在减速箱研制过程中的应用,1.顾客需求到产品技术需求的转换 在将顾客转换成产品技术需求时，要注意所选的技术特性要具有针对性、可测量性和全局性。,二、产品规划 构造产品规划矩阵的主要步骤（6个）：,QFD在减速箱研制过程中的应用,构造产品规划矩阵的主要步骤：,2.关系矩阵的确定 技术需求和顾客需求之间的关系程度是不同的，即某项技术需求对顾客需求的影响程度是不一样的，要将技术需求和顾客需求之间的关系密切程度用量化指标表示出来。,构造产品规划矩阵的主要步骤：,3.关系矩阵的评审 检查关系的每一行和每一列，看是否有空行或空列存在。如果某一行无关系符号或只有“弱”的关系，则表示已有的技术需求没有足够地满足顾客的需求，应补充新的技术需求。如果某一列无关系符号或只有“弱”的关系，则意味着其对应的技术需求是多余的，应予以剔除。一般填充率