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1、1,第二章 面向质量的设计,2,内容安排,Part 1 田口质量理论体系概述 Part 2 质量功能配置 Part 3 参数设计 Part 4 容差设计 Part 5 可信性设计 讨论思考题,3,Part 1 田口质量理论体系概述,一、田口质量体系结构 二、田口质量观 三、质量损失函数 四、三次设计,4,一、田口质量体系结构,图,2.1,田口,质量,理论体系,5,二、田口质量观,产品上市后给社会造成的损失，但由于产品功能本身产生的损失除外,6,三、质量损失函数,设产品输出特性的值为y，其目标值为m，则定义质量损失函数为L(y) L(y)=k(y-m)2 其中，k比例常数，可以根据已知条件定量求
2、出,图,2.2,质量,损失函数,7,四、三次设计,系统设计（第一次设计） 参数设计（第二次设计） 容差设计（第三次设计）,8,Part 2 质量功能配置,一、质量功能配置概述 二、质量功能配置的原理和方法 三、质量功能配置的应用,9,一、质量功能配置概述,质量功能配置的定义 质量功能配置的来源 质量功能配置的作用 为什么质量功能配置能取得好的效果？,10,质量功能配置的定义,质量功能配置QFD（Quality Function Deployment） 用一定方法保证将来自顾客或市场的需求准确无误地转移到产品寿命循环每个阶段的有关技术和措施中去,11,二、质量功能配置的原理和方法,QFD的基本原
3、理 QFD的基本工具 质量屋 关系矩阵 QFD的基本方法,12,质量屋,图,2.6,质量,屋,13,质量屋中各区域内容,是对顾客需求和权重的描述，是质量屋的“什么” 是对产品的工程技术特性描述，是质量屋的“如何” 是顾客需求和工程技术特性之间的关系矩阵，描述了它们之间的相互关系 是产品的竞争性评估，从顾客的角度评估产品质量在市场上的竞争力 是技术特性之间的相互关系矩阵 是技术竞争性评估、技术特性重要度和目标值，用来确定应优化配置的项目和重点保证的质量特性,14,关系矩阵,图,2.7,关系矩阵,15,QFD的基本方法（案例1）,例2.1 应用质量功能配置进行汽车车门的设计。,16,问题分析与需求
4、分解,表,2.2,汽车车门顾客需求特性分解,一,二,三,1.,开启关闭特性,1.,易于从外部关闭,2.,从斜坡上可保持开门状态,3.,易于从外部开启,4.,不反弹,5.,易于从内部关闭,6.,易于从内部开启,2.,密封性,1.,不漏雨,2.,无（或低）公路噪声,3.,洗车时不渗水,4.,无风声,5.,开门时不滴水和雪,6.,无“咯咯”,操作性能良好,3.,扶手,1.,柔软舒适,2.,在右面位置,17,顾客需求特性的相对重要性及顾客的评价,表,2.3,顾客需求特性相对重要性及顾客评价,顾客需求特性,顾客需求特性分解,重要性,顾客评价（意见）,车门易于开启关闭,易从外部关闭,在斜坡上可保持开门状态
5、,7,5,密封性,不漏雨,无公路噪声,3,2,我们的,车,对手,A,的车,对手,B,的车,18,建立顾客需求特性和工程技术特性之间的关系矩阵图,2.8,顾客需求特性和工程特性的关系矩阵,19,关系矩阵与屋顶矩阵,图,2.9,关系矩阵及屋顶矩阵图,20,客观测量值与竞争性评价,值,对手,B,的车,13,49,31,30,6,图,2.10,有竞争性评价的品质屋,扩展的质量屋,N,10,N,.m,54,N,45,N/m,0.1,9,dB,4.8,Bar,图,2.11,有竞争性评价的品质屋,22,QFD的基本方法（案例1）,设置目标值 本案例中 关门动力的新的目标值为：10N.m “减少公路噪声”和“
6、车窗隔音性”的技术指标不改变,23,三、质量功能配置的应用,质量功能配置的进一步展开 质量功能配置的典型应用 质量功能配置在其它方面的应用 质量功能配置用于策略规划,24,质量功能配置的进一步展开,产品规划阶段将顾客需求转换成产品设计需求； 零件设计阶段将产品设计要求转换成零件特性； 工艺设计阶段将零件特性转换成工序参数； 制造计划阶段将工序参数转换成零件或产品制造要求,25,Part 3 参数设计,一、参数设计的含义 二、质量波动及干扰因素 三、望目特性的参数设计 四、望小特性参数设计 五、望大特性的参数设计,26,一、参数设计的含义,参数设计运用正交试验法或优化方法确定零部件参数的最佳组合
7、，使系统在内、外因素作用下，所产生的质量波动最小，即质量最稳定（或最健壮） 稳定性指产品在各种干扰因素作用下，其输出特性能稳定地保持在一个尽可能小的范围（波动很小）,27,二、质量波动及干扰因素,质量波动性的定义 即使在完全相同的生产条件下生产出来的产品，其质量特性也是参差不齐的，具有波动性 质量波动性的干扰因素分类 参数设计的内容,28,质量波动性的干扰因素分类,可控因素 标示因素 区组因素 信号因素 误差因素,29,三、望目特性的参数设计,望目特性的定义 望目特性的信噪比（SN比）公式 可计算场合参数设计 不可计算场合参数设计,30,望目特性的定义,望目特性 指产品的质量特性y服从正态分布
8、N(,2)，且存在固定的目标值m，此时的y即为望目特性,31,望目特性的信噪比（SN比）公式,设由n件样品测得望目特性y的数据为y1，y2，yn， 根据数理统计知识,32,望目特性的信噪比（SN比）公式,令 则有 定义信噪比 借用通信理论，得到,33,可计算场合参数设计,可计算场合参数设计 指输出目标值与设计参数值之间有确定的函数关系条件下的参数设计,34,可计算场合参数设计（案例3）,例2.3 根据需要，设计种驱动器，专业人员经过分析，决定采用机械驱动方式。设驱动器的设计输出为： 其中，F为无量纲驱动力，K=/2为常数，J=1.16为常数，A、B、C、D、E、I、G、H为部件参数 无量纲驱动
9、力F是望目特性，其目标值为m=F0=4.5 要求选择A、B、C、D、E、I、G、H等参数，使系统在参数有波动（误差）的条件下，能稳定地达到输出特性F的要求,35,可计算场合参数设计步骤,区分可控因素及误差因素 确定可控因素水平 内设计 确定误差因素水平 外设计 计算信噪比 内表的统计分析 确定最佳参数组合,36,确定可控因素水平,在本例中，工程设计人员所确定的第二水平为： A=650，B=20，C=2，D=8，E=0.7，G=1.31，I=0.57 按等差数列来确定第一、三水平，得到可控因素水平表（如表2.4所示）,37,内设计,此例中可控因素比较多，利用正交表L36（313）安排试验方案。其
10、中，L表示正交表，36表示有36个试验方案，3表示每个参数有三个水平，13表示正交表有13列 表头设计如下，空列作为误差列,38,做内设计的内表（节选）,39,确定误差因素水平,本例中误差因素取三个水平，AG的第二水平值由内表中No.3方案给出，H由设计人员给出（给定值1.5）。第一、三水平由10%波动计算得出。 第一水平=中心值- 中心值l0%=0.9中心值 第二水平=中心值 第三水平=中心值+中心值l0%=1.1中心值,40,确定误差因素水平,对应于内表第三号试验方案的水平值见表2.6，对应于内表其它各次试验的误差因素水平表依此类推 由于内设计中共有n=36个方案，所以有36张误差因素水平
11、表,表,2.6,内表中,No.,3,方案的误差因素水平表,因素,第一水平,第二水平,第三水平,A,B,C,D,E,I,G,H,630,27,2.7,10.8,0.9,0.60,1.57,1.35,700,30,3,12,1,0.67,1.74,1.5,770,33,3.3,13.2,1.1,0.74,1.91,1.65,41,外设计,本例中，我们选用L36（313）正交表进行外设计。不失一般性，我们把A、B、C、D、E、I、G、H八个误差因素依次排列在正交表L36（313）中的第一列至第八列上，其余为空列 以内表中No.3 的条件为例，根据表2.6，得到相应的外表如表2.7所示。按相应的外表，
12、可计算出36个特征值（驱动力F），将计量值减目标值m（m=4.5），得到偏差值y，即y=F-4.5，这些y值填人表2.7中,42,外表及偏差值（节选）,43,计算信噪比,对于内表中的每个试验方案，均可以设计出相应的外表，并由输出特性计算式求得36个驱动力，求出相应的36个y1，y2，y36 然后再由这36个偏差值求出一个信噪比 求出内表对应的所有外表的信噪比，结果添入“内表及信噪比数据表”中，见表2.5,44,内表的统计分析,首先计算出每个因素（AG共七个因素）各水平（三个水平）下的合计值（即各列中与各个水平相应的值之和）及平均值 结果见表2.8（方差分析辅助表）,45,方差分析辅助表,表,2
13、.8,方差分析辅助表,因素,水平,1,A,B,C,D,E,I,G,75.381,77.834,79.903,85.037,73.355,74.725,75.374,78.517,79.227,83.471,74.184,75.463,73.636,80.493,78.988,77.359,77.442,78.317,75.381,80.728,77.009,6.282,6.449,6.659,7.086,6.11,3,6.227,6.281,6.543,6.602,6.956,6.182,6.289,6.136,6.705,6.582,6.447,6.454,6.526,6.282,6.727,6.417,46,内表的统计分析,然后计算各种波动平方和与自由度 总波动ST为各方案所对应信噪比与平均信噪比之差的平方和，其自由度fT为各因素中能独立变化因素的个数 Si为i因素取不同水平所引起的波动平方和，其自由度fi为能独立变化因素的个数,47,内表的统计分析,各种因素的波动Si（i=1，2，7）为： 可控因素A的波动S1为： 仿此可算得： SB=6.7934，fB =2，SC =0.6973，fC =2，SD =4.2234，fD = 2，SE =2.1646，fE =2，SI =0.04697，fI=2，SG =1.2521，fG =2,48,
