第09章设计质量管理.ppt

1、第九章设计质量管理,正交实验设计质量功能展开田口方法,质量管理是指确定质量方针、目标和职责，并通过质量体系中的质量策划、控制、保证和改进来使其实现的全部活动，EMBA、MBA等主流商管教育均对质量管理及其实施方法有所介绍。质量管理理论的发展经历了三个阶段：传统的事后检验、过程控制及质量设计阶段。设计质量管理的对象是设计过程。在设计阶段就考虑顾客的需求。设计质量水平的高低影响着最终产品质量的好坏。朱兰说：产品质量的80%发生在设计阶段。,2020/6/16,2020/6/16,正交试验设计,本章主要内容正交试验、正交表符号的意义。因素、水平、自由度、试验指标、交互作用。均衡分散性、整齐可比性、自

2、由度选表原则、表头设计。正交表的特点、用正交表安排试验及结果分析。正交试验的步骤。,试验设计的效果,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，大都需要做试验。,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，既可以减少实验次数，缩短试验时间和避免盲目性，又能迅速得到有效的结果。,第一节正交试验设计,几个术语试验指标：作为试验研究过程的因变量，常为试验结果特征的量。因素：作为试验研究过程的自变量，常常是造成试验指标按照某种规律发生变化的那些原因。水平：试验中因素所处的具体状态或情况，又称为

3、等级。,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实验法进行实验，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60分最理想,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实验。,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。,因素是影响试验指标的

4、原因。因素可分为两类，凡在试验中人为可控制和不可控的，称为可控因素，否则称噪声因素。,问题的提出多因素的试验问题,对于单因素或两因素试验，因其因素少，试验的设计、实施与分析都比较简单。但在实际工作中，常常需要同时考察3个或3个以上的试验因素，若进行全面试验，则试验的规模将很大，往往因试验条件的限制而难于实施。正交试验设计就是安排多因素试验、寻求最优水平组合的一种高效率试验设计方法。,例1：某化工厂为了提高产品的产率，根据具体情况和经验决定用正交表安排实验，所需控制的条件如下：,因素A反应温度：A180、A285、A390因素B反应时间：B190min、B2120min、B3150min因素C碱

5、用量：C15%、C26%、C37%,这里，对因素A、B、C在试验范围内分别选取三个水平A：A180、A285、A390B：B190Min、B2120Min、B3150MinC：C15%、C26%、C37%正交试验设计中，因素可以定量的，也可以使定性的。而定量因素各水平间的距离可以相等也可以不等。,取三因素三水平，通常有两种试验方法：（1）全面实验法：A1B1C1A2B1C1A3B1C1A1B1C2A2B1C2A3B1C2A1B1C3A2B1C3A3B1C3A1B2C1A2B2C1A3B2C1A1B2C2A2B2C2A3B2C2A1B2C3A2B2C3A3B2C3A1B3C1A2B3C1A3B3

6、C1A1B3C2A2B3C2A3B3C2A1B3C3A2B3C3A3B3C3共有3=27次试验，如图所示，立方体包含了27个节点，分别表示27次试验。,全面试验法的优缺点：优点：对各因素于试验指标之间的关系剖析得比较清楚缺点：(1)试验次数太多，费时、费事，当因素水平比较多时，试验无法完成。(2)不做重复试验无法估计误差。(3)无法区分因素的主次。例如选六个因素，每个因素选五个水平时，全面试验的数目是5615625次。,1.1正交试验设计的基本概念正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验

7、结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。,下一张,主页,退出,上一张,1正交试验设计的概念及原理,正交试验设计的基本特点是：用部分试验来代替全面试验，通过对部分试验结果的分析，了解全面试验的情况。正因为正交试验是用部分试验来代替全面试验的，它不可能像全面试验那样对各因素效应、交互作用一一分析；当交互作用存在时，有可能出现交互作用的混杂。虽然正交试验设计有上述不足，但它能通过部分试验找到最优水平组合，因而很受实际工作者青睐。,下一张,主页,退出,上一张,正交试验法优点：（1）试验点代表性强，试验次数少。（2）不需做重复试验，就可以估计试验误差。（3）可以分清因素的主次。（4）可以使用数

8、理统计的方法处理试验结果，提出展望好条件。,正交表由于正交设计安排试验和分析试验结果都要用正交表，因此，我们先对正交表作一介绍。,下一张,主页,退出,上一张,1.2正交表及其基本性质,正交表是根据均衡分散的思想，用组合数学理论在拉丁方及正交拉丁方的基础上构造的一种表格。,表的每一行对应一次试验，每一列对应一个因素，用1，2，t表示该因素相应的水平.,等水平正交表符号的意义,L8(27),正交表的代号,正交表的横行数（需要进行的试验次数）,字码数（因素的水平数）,正交表的纵列数（最多允许安排因素的个数）,其中“L”代表正交表；L右下角的数字“8”表示有8行，用这张正交表安排试验包含8个处理(水平

9、组合)；括号内的底数“2”表示因素的水平数，括号内2的指数“7”表示有7列，用这张正交表最多可以安排7个2水平因素。,下一张,主页,退出,上一张,L8(27)正交表,常用的正交表已由数学工作者制定出来，供进行正交设计时选用。2水平正交表除L8(27)外，还有L4(23)、L16(215)等；3水平正交表有L9(34)、L27(213)等。正交表的基本性质1、正交性（1）任一列中，各水平都出现，且出现的次数相等例：L8(27)中不同数字只有1和2，它们各出现4次；（2）任两列之间各种不同水平的所有可能组合都出现，且对出现的次数相等例：L8(27)中(1,1),(1,2),(2,1),(2,2)各

10、出现两次；即每个因素的一个水平与另一因素的各个水平所有可能组合次数相等，表明任意两列各个数字之间的搭配是均匀的。,下一张,主页,退出,上一张,2、代表性（1）任一列的各水平都出现，使得部分试验中包括了所有因素的所有水平；（2）任两列的所有水平组合都出现，使任意两因素间的试验组合为全面试验。具有很强的代表性,下一张,主页,上一张,3、综合可比性（1）任一列的各水平出现的次数相等；（2）任两列间所有水平组合出现次数相等，使得任一因素各水平的试验条件相同。这就保证了在每列因素各水平的效果中，最大限度地排除了其他因素的干扰。从而可以综合比较该因素不同水平对试验指标的影响情况。根据以上特性，我们用正交表

11、安排的试验，具有均衡分散和整齐可比的特点。其中正交性是核心。所谓均衡分散，是指用正交表挑选出来的各因素水平组合在全部水平组合中的分布是均匀的。,下一张,主页,上一张,正交试验设计的优点,能在所有试验方案中均匀挑选出代表性强的少数试验方案。通过对这些少数试验方案的试验结果进行统计分析，可以推出较优的方案，所得优方案通常不包含在上述试验方案中。获得更多信息，如各试验因素对试验结果影响的重要程度、各因素对试验结果的影响趋势等。,正交试验设计的基本步骤,试验设计数据处理明确试验目的，确定试验指标，挑选因素，确定水平，试验因素以3-7个为宜。确定因素的水平数时，重要因素可多取一些水平；各水平的数值应适当

12、拉开。选正交表，进行表头设计。一般要求因素水平数与正交表对应的水平数一致，因素个数小于或等于正交表的列数。，在满足上述条件的前提下，选择较小的表。明确试验方案，进行试验，得到结果。对实验结果进行统计分析。确定最优的参数组合。,表头设计,试验方案设计流程,下一张,主页,上一张,第二节质量功能展开,质量功能展开的概念质量屋质量功能展开实施的方法质量功能展开的作用,一、质量功能展开的概念,质量功能展开(QualityFunctionDeployment,QFD)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。,质量机能展开（QFD）就是将顾客的要求转换成质量特性，

13、保证顾客的关键需求以及企业的核心技术系统地展开到产品的各功能部件、过程变量等质量特性，从而形成满足顾客要求的产品质量。质量机能展开通过定义“做什么”（即顾客要求）和“如何做”（即质量特性），识别关键的质量特性，将顾客定义的质量要素注入产品或服务。,质量功能展开于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。目前，QFD已成为先进生产模式及并行工程(ConcurrentEngineering,CE)环境下质量保证最热门的研究领域。它强调从产品设计开始就同时考虑质量保证的要求及实施质量保证的措施，是CE环境下面向质量设计(DesignForQuality,DFQ

14、)的最有力工具，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。,世界上著名的公司如:,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。,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。开发周期3060%成本2040%设计更改变动次数4060%,目前尚没有一个没有

15、统一的QFD定义。但对QFD的一些认识是共同的。1.QFD的最显著的特点是要求企业不断地倾听顾客的意见和需求，并通过合适的方法、采取适当的措施在产品形成的全过程中予以体现这些需求。2.QFD是在实现顾客需求的过程中，帮助在产品形成过程中所涉及到的企业各职能部门制订出各自相应的技术要求的实施措施，并使各职能部门协同地工作，共同采取措施保证和提高产品质量。3.QFD的应用涉及了产品形成全过程的各个阶段，尤其是产品的设计和生产规划阶段。被认为是一种在产品开发阶段进行质量保证的方法。,二、QFD瀑布式分解模型,实施QFD的关键是将顾客需求分解到产品形成的各个过程，将顾客需求转换成产品开发过程具体的技术

16、要求和质量控制要求。通过对这些技术和质量控制要求的实现来满足顾客的需求。,工艺/质量计划,技术要求,零件特性,工艺步骤,工艺/质量控制参数,用户需求,转换,典型的QFD瀑布式分解模型示意图,关键工艺/质量控制参数,三、QFD的分解步骤,顾客需求是QFD最基本的输入。顾客需求的获取是QFD实施中最关键也是最困难的工作。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。1.顾客需求由市场研究人员选择合理的顾客对象，利用各种方法和手段，通过市场调查，全面收集顾客对产品的种种需求，然后将其总结、整理并分类，得到正确、全面的顾客需求以及各种需求的权重(相对重要程度

17、)。在确定顾客需求时应避免主观想象，注意全面性和真实性。,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。,QFD在产品规划过程中要完成的任务,完成从顾客需求到技术需求的转换；从顾客的角度对市场上同类产品进行评估；从技术的角度对市场上同类产品进行评估；确定顾客需求和技术需求的关系及相关程度；分析并确定各技术需求相互之间制约关系；确定各技术需求的目标值。,3.产品设计方案确定,依

18、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。,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。,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

19、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。,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。,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。,质量屋,质量屋(HouseofQuality,HOQ)的概念是由美国学者J.R.Hauser和DonClausing在1988年

20、提出的。质量屋为将顾客需求转换为产品技术需求以及进一步将产品技术需求转换为关键零件特性、将关键零件特性转换为关键工艺步骤和将关键工艺步骤转换为关键工艺/质量控制参数等QFD的一系列瀑布式的分解提供了一个基本工具。,屋顶,顾客需求,技术评估,竞争分析,关系矩阵,技术特性,质量屋,关系矩阵,竞争分析,技术特性,顾客需求,技术评估,屋顶,质量屋内容,一个完整的质量屋包括6个部分。1.顾客需求及其重要度，即质量屋的“什么(What)”。2.技术需求(最终产品特性)，即质量屋的“如何(How)”。3.关系矩阵，即顾客需求和技术需求之间的相关程度关系矩阵。4.竞争分析，站在顾客的角度，对本企业的产品和市场

21、上其它竞争者的产品在满足顾客需求方面进行评估。5.技术需求相关关系矩阵，质量屋的屋项。6.技术评估，对技术需求进行竞争性评估，确定技术需求的重要度和目标值等。,1.顾客需求及其重要度,首先，对顾客需求按照性能(功能)、可信性(包括可用性、可靠性和维修性等)、安全性、适应性、经济性(设计成本、制造成本和使用成本)和时间性(产品寿命和及时交货)等进行分类，并根据分类结果将获取的顾客需求直接配置至产品规划质量屋中相应的位置。然后，对各需求按相互间的相对重要度进行标定。具体可采用19数字分10个级别标定各需求的重要度。数值越大，说明重要度越高；反之，说明重要度低。,2.技术需求,在配置技术需求时，应注

22、意满足以下三个条件：(1)针对性，即技术需求要针对所配置的顾客需求。(2)可测量性。为了便于实施对技术需求的控制，技术需求应可测定。(3)宏观性。技术需求只是为以后的产品设计提供指导和评价准则，而不是具体的产品整体方案设计。对于技术需求，要从宏观上以技术性能的形成来描述。,3.关系矩阵,顾客需求与技术需求之间的关系矩阵直观地说明了技术需求是否适当地覆盖了顾客需求。如果关系矩阵中相关符号很少或大部分是“弱”相关符号，则表示技术需求没有足够地满足顾客需求，应对它进行修正。关系矩阵中nc和np分别指的是顾客需求和技术需求的个数，rij(i=1,2,3,nc；j=1,2,3,np)指的是第i个顾客需求

23、与第j个技术需求之间的相关程度值。,4.竞争分析,通过对其它企业的情况以及本企业的现状进行分析，并根据顾客需求的重要程度以及对技术需求的影响程度等，确定对每项顾客需求是否要进行技术改进以及改进目标。竞争能力用15五个数字表示，1表示最差，5表示最好。然后根据本企业现状和改进目标计算出对顾客需求的改进程度(比例)，最后，再根据改进程度、重要性等计算出顾客需求的权重(绝对值和百分比)。,5.技术评估,技术评估的配置主要是完成对各技术需求的技术水平及其重要性的计算与评估。其任务之一是通过与相关外企业状况的比较，评估本企业所提出的这些技术需求的现有技术水平；任务之二是利用竞争分析的结果和关系矩阵中的信

24、息，计算各项技术需求的重要程度(绝对值和百分比)，以便作为制定技术需求具体技术指标或参数的依据。,6.屋顶,屋顶表示出了各技术需求之间的相互关系，这种关系表现为三种形式：无关系、正相关和负相关。屋顶中的内容不需要计算，一般只是用单圆圈表示正相关，用符号X表示负相关，标注到质量屋屋顶的相应项上，作为确定各技术需求具体技术参数的参考信息。,QFD中的顾客需求的获取及整理（附加内容）,一、顾客需求的KANO模型卡诺(NoritakiKano)博士将顾客需求分为三种类型，即基本型、期望型和兴奋型。这种分类有助于对顾客需求的理解、分析和整理。,1.基本型需求,基本需求是顾客认为产品应该具有的基本功能，一

25、般情况下顾客不会专门提出，除非顾客近期刚好遇到产品失效等特殊事件，牵涉到这些需求或功能。基本需求作为产品应具有的最基本功能，如果没有得到满足，顾客就会很不满意；相反，当完全满足这些基本需求时，顾客也不会表现出特别满意。,2.期望型需求,在市场上顾客经常谈论的通常是期望型需求。期望型需求在产品中实现的越多，顾客就越满意。企业要不断调查和研究顾客的这种需求，并通过合适的方法在产品中体现这种需求。如汽车的耗油量和驾驶的舒适程度就属于这种需求。,3.兴奋型需求,兴奋型需求是指令顾客意想不到的产品特性。如果产品没有提供这类需求，顾客不会不满意，因为他们通常就没有想到这类需求。随着时间的推移，兴奋型需求会

26、向期望型和基本型需求转变，因此，为了使企业在激烈的市场竞争中立于不败之地，应该不断地了解顾客的需求，包括潜在的需求，并在产品设计中体现。,质量功能展开的作用,1、缩短研发周期，降低后期的设计更改2、将展品质量提升到设计阶段，降低了整个生产成本和管理成本。3、满足顾客需求，提高设计的可靠性。4、改善部门间的沟通障碍，激发团队合作意识。5、实施源头管理的有效工具，能够提前发现源头的存在的关键问题。,三、QFD的发展及在制造业外的应用（附加）,（一）QFD在服务业中的应用,虽然服务业与制造业有所不同，但运用QFD的步骤与方法基本相同。以服务的要素（可称为质量要素）为质量屋的左墙，以服务功能为天花板。

27、明确为达到顾客的要求而应开展的业务及其所提供的服务的具体内容，确定重要业务，为服务的改进和提高指明方向。还应进行服务过程分析，找出提供服务所需的必要技术，确定重点技术，评估竞争范围内的技术水平现状，设定企业的技术水平目标，以便把对业务的要求贯彻到服务活动中。,三、QFD的发展及在制造业外的应用,（二）QFD在软件开发中的应用,QFD是软件开发的一个得力的工具，特别是对大型软件系统更为有效。运用,QFD是软件开发的一个得力的工具，特别是对大型软件系统更为有效。运用QFD，通过对顾客的广泛深入调查，找出顾客对软件的要求，以便确定软件功能需求、接口需求、数据需求、软/硬件环境需求、人机界面需求等，作

28、为软件设计的依据。,摩托罗拉公司下属的兰德（land）移动产品部生产的过程控制软件，是一个大型的软件系统,它覆盖了八个主要模式，从工程开发数据、市场计划、采购和存货控制、库房原料控制、生产数据计划、系统化的工厂管理、装运、财会，以及一些必要的附属功能。为在新一代MCS开发中更好地满足顾客需求，公关小组应用了QFD方法,三、QFD的发展及在制造业外的应用,（三）QFD在管理领域的应用,在管理领域，QFD的应用方式十分灵活，其中一个通用模式是：从工作环境入手确定管理应承担的目标和要求，作为顾客需求，逐级推导各管理层应承担的职责，把责任落实到人，并确定相应的检查和验证措施，确保任务完成。,田口方法,质量的定义：田口提出产品质量的新定义“所谓质量，是指产品上市后给社会带来的损失。”质量功能波动的损失使用成本弊害项目的损失质量干扰：引起产品的功能波动的原因。质量干扰的形式多样，可分为：外干扰，内干扰和产品间波动，这三种干扰通常称为噪声因素。,田口玄一博士认为：a.刚好处于规范限内的产品和刚好处于规范限外的产品，两者的质量没有实质性的区别b.同样位于规范限内的产品，接近目标值和原理目标值的，两者的质量水平存在很多的区别田口认为通过寻找合适的可控因素的水平组合来设计产品，能够降低噪声因素对产品性能的影响，从而使产品性能更加接近目标值，