田口方法和minitab应用课件

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1、2019/8/24,1,田口方法 和Minitab应用 Taguchi Design of Experiments and Minitab Application Roc Luo 2011.03.01,2019/8/24,2,产品全生命周期质量保证技术的特点 田口方法的产生背景 田口方法的特点、基本概念及其应用 田口的产品设计的三个阶段 正交试验法的概念和基本方法 田口对产品质量引入了新的定义 田口方法与传统设计的区别 Minitab 中的田口设计试验 静态田口设计示例 插拨电开关机爆音问题参数优化示例 小结Minitab中田口方法的优点,主要内容,2019/8/24,3,产品全生命周期质量保

2、证技术的特点,2019/8/24,4,产品全生命周期质量保证技术的特点,2019/8/24,5,DOE对企业的积极影响：雷达图,2019/8/24,6,试验设计定义,实验设计是对实验方案进行最优设计， 以降低实验误差和生产费用，减少实验工作量， 并对实验结果进行科学分析的一种方法。（广义） 当需要探寻或验证产品质量或工艺或资源利用是否为最佳状态时，实验设计（Design of Experiments）是最科学、最经济的方法。（狭义）,对试验设计的需求迫切性 20世纪90年代前，美国工厂中90不知道如何解决长期性质量问题 公司利用的是工人的体力而不是智慧 90的技术规范和容差是错的 不知道对产品

3、/工艺参数进行优化 认为缺陷和偏差是不可避免的,2019/8/24,7,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。,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,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；,相同原料,更便宜的原料,相同制程,相同产品 相同功能,为什么良品率不一样？,为什么可以做出低成本 高质量的产品？,2019/8/24,8,田口实验设计与田口方法的产生背景,田口实验设计 田口设计 或正交表是一种设计试验的方

4、法，这种设计通常只 需要全因子组合的一部分。是一个部分因子矩阵，可确保对任一因子 的各个水平进行平衡比较。在田口设计分析中，每个因子 可以独立于其他 所有因子进行评估。 田口方法的产生背景 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。 田口玄一博士介绍：“日本人学质量管理，用一半时间学习正交设计”。 在日本，据说一个工程师如果不懂这方面知识，只能算半个工程师。 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

5、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。 美国研究日本战后强盛的原因后，认为日本制胜的法宝有两项： QFD(质量机能展开，自顾客要求一直策划到相应的制造管理要求) 田口方法(简单易学，沒有复杂的统计原理),2019/8/24,9,田口方法的特点,田口方法是日本质量管理专家田口玄一博士创立的一门崭新的 质量管理技术,它立足于工程技术,着眼于经济效益,开辟了质量管 理的新天地。与传统的质量管理相比,有以下特色: (1)工程特色 用工程的方法来研究产品质量,把产品设计当成工程设计,把产品设计质量的好坏看成是工程设计质量,用产品给社会造成的经济损失来衡量产品的质量

6、。 (2)“源流”管理理论 “源流”管理的思想把质量管理向前推进了一步。认为开发设计阶段是源流、是上游,制造和检验阶段是下游。质量管理中,“抓好上游管理,下游管理就很容易。”若设计质量水平不高,生产制造中很难造出高质量的产品,即所谓“先天不足,后患无穷”。 (3)产品开发的三次设计法 产品开发设计(包括生产工艺设计)可以分为三个阶段进行,即系统设计参数设计容差设计。,2019/8/24,10,田口方法的基本概念-01,设计/产品/制程,品质特性（响应值）,控制因子（输入变量）,噪声因子（不可控因子）,信号因子,X,Y,U,M,对于一个设计、产品或者制程，我们可用其参数图来表示。如图所示，其中y

7、表示此过程输出的产品或制程的品质特性(响应值)。影响y的参数可分为信号因子(M)、控制因子(X)和噪音因子(u)三类。下面将对这三类参数详细探讨。,信号因子(M)，是由产品使用人或操作人设定的参数，用以表示产品反应所应有的值。举例来说，一台电扇的转速，即为使用人期望应有风量的信号因子。汽车前轮的操纵的角度，即为使用人期望该车行车转弯半径的信号因子。又例如数字通讯系统中发送的0与1，复印机影印时的原始文件等，也皆为信号因子。,设计、产品或制程的图解,2019/8/24,11,田口方法的基本概念-02,正交试验法是研究与处理多因素试验的一种科学方法，它是在 实践经验与理论认识的基础上，利用正交表来

8、科学、合理安排 和分析众多因素的试验方法。 选择三个或两个不同的水平 影响因素 全面试验次数 正交试验次数 4 34 9 310= 59049 7 27=128 9,20世纪40年代，田口玄一博士使用设计好的正交表安排实验,2. 正交表是按正交性排列好的用于安排多因素实验的表格,1. 正交试验设计就是使用正交表（Orthogonal Array）来安排实验的方法。,3.稳健性参数设计使用田口设计（正交表），使您可以通过很少几次运行 便可分析许多因子。田口设计是平衡的，也就是说，试验中不对因子进行或多或少的加权，因此，可以相互独立地对因子进行分析。,2019/8/24,12,田口方法的基本概念-

9、03,正交表意味着设计是平衡的，即各个因子水平被赋予相等的权重。,2019/8/24,13,田口方法的应用,技术开发,产品设计,制程设计,生产管制,生产线外 品质工程,系统设计 参数设计 允差设计 测量器具的系统校正,生产线上 品质工程,利用计量值的控制 制程的诊断与调节 反馈系统的设计与管制 预防保养 规格、安全与检查设计,2019/8/24,14,一则发人深省的新闻报道,1979年4月17日，日本朝日新闻报道：对日本索尼工厂生产 的彩色电视机与美国加州索尼工厂生产的彩色电视机进行报导， 美国索尼工厂生产线全由日本引进，产品检验、上市都是合格品，而日本 产品有0.3%不合格。然而，美国制造的

10、索尼电视机并不受美国人欢迎。因为 美国生产的电视机虽然检验严格，然而只是保证了个个产品应通过合格的下限， 质量平平；而日本生产的电视机则增加了稳健设计的关键的参数容差设计思想，使产品从色彩、清晰度、抗干扰能力等诸多指标上保证有99.7%的产品是令顾客满意的高质量产品。,2019/8/24,15,一则发人深省的新闻报道,田口方法是最常应用在参数设计和允差设计，以使制造出来的产品成本最低、变异最小。,2019/8/24,16,田口对产品质量引入了新的定义,损 失 函 数,损失函 数系数,超出容差的质量成本损失A0,消费者允许容差 (产品容差、功能界限）0,已知某损失A，求允许容差公式,所谓质量就是

11、产品上市后给与社会的损失，但是由于功能本身所产生的损失除外；,1、定义中的“社会”系指生产者以外的所有人，即使用者以及其他第三者； 2、定义中“给与社会的损失”系包括： 由于产品功能波动所造成的损失 由于产品弊害项目所造成的损失 3、定义中“给与社会的损失”，不包括功能本身所产生的损失。 关于功能本身给社会以怎样的损失，以及如何减少其损失，这不是质量管理的问题。,2019/8/24,17,质量损失函数示例,平均质量损失：,K的决定方法： 1、根据功能界限 0和相应的损失A0确定k 2、根据容差和相应的损失A确定k,例1：某电视机电源电路的直流输出电压Y的目标值m = 115V , 功能界限0

12、= 25V ， 丧失功能的损失A0 = 300 元。 1、求损失函数中的系数k ; 2、已知不合格时的损失A = 1 元，求容差； 3、若某产品的直流输出电压y = 112 V, 问此产品该不该上市；,例2：加工某装配件共20件，其尺寸与目标尺寸的偏差（mm）为 0.3 0.6 -0.5 -0.2 0 1 1.2 0.8 -0.6 0.90 0.2 0.8 1.1 -0.5 -0.2 0 0.3 0.8 1.3 用户使用的容许范围（相当于功能界限）为0 = 3mm, 否则将装配不上，此造成的损失为A0 = 180 元，求这批产品的平均质量损失。,2019/8/24,18,技术规格限与目标值,田

13、口提出的“质量损失函数”的概念，是评价产品质量的另一个重要方面。,2019/8/24,19,田口方法与传统设计的区别,2019/8/24,20,产品设计的三个阶段,田口原一博士被认为是稳健性参数设计的最先提出者，该设计是用于产品或过程设计的工程方法，关注的是使变异性和/或对噪声的敏感度最小化。只要使用得当，田口设计 可成为一种高效有力的方法，用于设计能在各种条件下以最优状态一致运行的产品。 在稳健性参数设计中，主要目标是在调整（或保持）目标过程的同时，找出使响应变异最小化的因子设置。确定影响变异的因子之后，可以尝试找出将减小变异、使产品对不可控（噪声）因子 的变化不敏感或同时达到这两种效果的可

14、控制因子 的设置。,2019/8/24,21,参数设计的基本思想,产品质量特性y是随机变量，所以损失函数L(y)也是随机的；对随机变量评定的最好方法是用其平均值（数学期望）。 损失函数L(y)的均值EL = EL(y)称为平均损失,E(L) = E( y m )2 = E(y Ey) + ( Ey m )2=E(y Ey)2 + ( Ey m )2 = 2+ 2 2 =E(y Ey)2 ，它是y与自己均值的偏差的平方，y的方差； 2 = ( Ey m )2 ，它是y的均值对目标值的偏差的平方；,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,201

15、9/8/24,22,参数设计的基本思想：例子,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；,2019/8/24,23,Minitab 中的田口设计试验,使用 Minitab 之前，需要确定最适合您试验的田口设计 。 在田口设计中，是以所选控制因子水平组合来测量响应的。每个 控制因子水平组合称为一个运行，每个度量称为一个观测值。田口设计 提供每个试验检验运行的规范。 田口设计也称为正交表，是一个部分因子矩阵，可确保对任一因子的各个水

16、平进行平衡比较。在田口设计分析中，每个因子 可以独立于其他所有因子进行评估。 选择设计时，需要 确定相关控制因子 的数量 确定每个因子的水平数 确定可以执行的运行 数 确定其他因素（如成本、时间或设施可用性）对设计选择的影响,Minitab田口正交表,2019/8/24,24,Minitab 中的田口设计试验（续）,执行田口设计试验 可能包括以下步骤： 1 开始使用 Minitab 之前，需要先完成所有预试验计划。例如， 需要为内侧阵列选择控制因子 ，为外侧阵列选择噪声因子。控制因子是 可以进行控制以优化过程的因子。噪声因子 是可以影响系统性能但在预期的 产品使用过程中不受控制的因子。请注意，虽然在过程或产品使用中不能控制噪声因子，但是为了进行试验必须能够控制噪声因子。 2 使用创建田口设计生成田口设计（正交表）。或者使用自定义田口设