《质量管理与可靠性》课件-第3章 设计质量控制

第3章设计质量控制“十三五”国家重点出版物出版规划项目《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社3设计质量控制2《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社3.1设计质量概述3.2设计质量控制分析3.3设计质量控制技术3.4产品和服务的设计和开发

“十三五”国家重点出版物出版规划项目33.1.1设计定义及过程3.1.2面向质量的产品设计3.1.3设计质量与产品质量3.1.4设计质量要素3.1.5产品质量设计的模型

“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1设计质量概述《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社4“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1.1设计定义及过程1.设计的定义

在ISO9001:2015版标准中，对设计的定义为：“将对客体的要求转换为对其更详细的要求一组过程。2.设计质量的定义

设计质量是指所设计的产品是否能够满足顾客需求、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。《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社5“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1.1设计定义及过程3.设计的过程《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社(1)品理念形成(2)顾客未来需求预测(3)面向产品开发的技术选择(4)面向过程选择的技术开发(9)产品交付与使用(5)最终产品定义(6)产品营销与分销准备(7)产品设计与评价(8)制造系统设计6“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1.2面向质量的产品设计设计产品时，首先必须回答的问题(1)顾客所需的功能是什么？(2)目前产品具备哪些功能？(3)何谓关键性能特征？(4)顾客需要多少性能？(5)如何平衡性能的各竞争性维度之间的关系？《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社7“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1.3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的四个方面：(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。《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社8“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1.5产品质量设计的模型1.产品质量设计模型包含的基本要素(1)设计参数(即可控因素)(2)误差因素(或噪音因素)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社3.1.4设计质量要素(1)控制因素(2)标示因素(3)信号因素(4)误差因素(3)信号因素(即输入因素)(4)质量特性(即输出特性)9“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1.5产品质量设计的模型2.产品质量设计模型及其过程《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社

产品质量设计模型10“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1.5产品质量设计的模型2.产品质量设计模型及其过程《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社(1)产品的质量特性值Y与对其有影响的设计参数X和误差因素Z有关。可用函数表示为：(2)如果通过一组的实验，观测到产品质量特性的一组值，这样就可以计算该组值的标准差和方差分别为：11“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.1.5产品质量设计的模型2.产品质量设计模型及其过程《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社(3)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。123.2.1设计质量控制原则3.2.2设计质量特性分类3.2.3设计质量特性分级3.2.4设计质量评价

“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.2设计质量控制分析《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社13“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.2.1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《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社(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14“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.2.2设计质量特性分类《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社(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、望小特性3.2.3设计质量特性分级(1)设计质量特性分级的重要性(2)设计质量特性分级的内容(3)设计质量特性重要度分级方法(4)设计质量重要度分级的标识15“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.2.4设计质量评价《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社1.设计质量评价指标

一般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。2.设计质量评价分类3.设计质量评价方法事前评价、中间评价、事后评价、跟踪评价专家评价法、经济分析法、运筹学和其他数学方法、混合法163.3.1质量功能展开(QFD)3.3.2TRIZ理论3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)

“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3设计质量控制技术《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社17“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.1质量功能展开(QFD)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社1.QFD概述

QFD包含两层含义：（1）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。（2）质量展开，是将顾客的需要转换为图样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、关联地展开到设计要求、零部件要求、工艺要求以及工序要求等过程。18“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.1质量功能展开(QFD)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社2.QFD的体系结构与步骤QFD核心是质量屋，基本是由一项设计目标声明和8个不同参数的矩阵图表构成。19“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.1质量功能展开(QFD)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社2.QFD的体系结构与步骤如上图所示，质量屋中个部分组成及步骤为：(1)设计声明(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20“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.2TRIZ理论《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社2.TRIZ控制设计质量的工具技术矛盾解决过程物理矛盾解决过程

对于设计过程中的技术矛盾和物理矛盾，TRIZ分别提出了解决思路和过程，如下图所示：1.TRIZ理论概述21“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.2TRIZ理论《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社3.TRIZ设计理论中常用到的内容和工具(1)产品的进化分析(2)矛盾矩阵(3)39个通用工程参数(5)分离原理(4)40条发明原理(6)分离原理与发明原理的关系

22“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社1.稳健设计概述(1)稳定性定义

稳健设计是一种低成本、高质量的统计分析设计方法，国际上又称为“田口方法”。田口博士将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。(2)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。23协质量头文字更序号质量特征类型函数图像函数表达式平均质量损失函数3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)2.质量损失函数123望目特征望大特征望小特征“十三五”国家重点出版物出版规划项目《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社24“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社3.正交试验设计(1)正交试验设计的目的

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。(2)正交试验设计的步骤为：

1)应先确定各个试验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。25“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社4.信噪比(SN比)(1)信噪比(SN比)的定义

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。26协质量头文字更序号质量特征类型信噪比表达式3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)123望目特征望大特征望小特征“十三五”国家重点出版物出版规划项目《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社4.信噪比(SN比)(2)望目、望大、望小信噪比(SN比)的计算公式

信噪度量说明信噪比越大，质量特性越好信噪比越大，质量特性越好信噪比越小，质量特性越好27“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社5.系统设计产品设计的第一次设计称为系统设计，是指决定产品功能和结构的设计。

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。28“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社6.参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，这一阶段是为了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。参数设计调整优化产品质量的一般原理

a)非线性关系b)线性关系

29“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.3.3稳健设计方法(田口设计方法)《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社7.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。

303.4.1设计和开发策划3.4.2设计和开发输入3.4.3设计和开发控制3.4.4设计和开发输出3.4.5设计和开发更改“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.4产品和服务的设计和开发《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社31“十三五”国家重点出版物出版规划项目3.4.1

设计和开发策划《质量管理与可靠性》(第3版)机械工业出版社(1)设计和开发活动的性质、持续时间和复杂程度。(2)所需的过程阶段，包括适用的设计和开发评审。(3)所需的设计和开发验证及确认活动。(4)设计和开发过程涉及的职责和权限。(5)产品和服务的设计和开发所需的内部和外部资源。(6)设计和开发过程参与人员之间接口的控制需求。(7)使用者参与设计和开发过程的需求。(8)对后续产品和服务提供的要求。(9)顾客和其他相关方期