ch4-面向质量的设计

质量管理第四章面向质量的设计第四章面向质量的产品设计1质量工程学第四章面向质量的设计2设计过程决定了产品的固有质量5%5%70%70%80%80%-据统计企业花费5%的预算用于设计。-产品成本70%是由设计决定的。-80%的质量问题是由于设计原因引起的。•设计过程决定了产品的固有质量，•进行产品质量设计，事半功倍！•DFX中的DFQ，三次设计等。质量杠杆产品质量产品质量生产控制生产控制工艺设计工艺设计产品设计产品设计什么决定了产品的固有质量？质量工程学第四章面向质量的设计3日本K公司用户索赔和意见统计比例制造30%设计70%质量工程学第四章面向质量的设计4§1.1三次设计概述质量工程学第四章面向质量的设计5一、概述70年代，世界上技术先进国家已开始以一种全新的设计概念取代了传统的设计思想。设计中心思想是采用最低廉的元件组装成品质量最好，可靠性最高的整机；采用最宽松的工艺条件加工出质量最好、成本最低、收益最高的产品。其口号是“用三类元件设计制造出一类整机”。传统的设计思想认为：只有用质量最好的原材料（零部件），才能组装成质量最好的整机；只有最严格的工艺条件才能制造出质量最好的产品。总之，材料、元器件质量特性越好，可行性就越高。How？-RobustDesign质量工程学第四章面向质量的设计6RobustDesign--稳健性设计稳健性设计是日本著名的质量管理专家田口玄一博士于70年代初创立的质量管理新技术。这是一种最新颖、科学、有效的稳健性优化设计方法。该理论和方法不仅受到日本同时也受到欧美各国应用统计学家、质量管理专家、工程设计专家和企业人士关注，并在工程实际中得到了广泛应用。因而人们将这种方法和理论称之为“田口方法”。质量工程学第四章面向质量的设计7RobustDesign--稳健性设计田口的稳健性设计方法被日本人作为日本产品打入国际市场并畅销不衰的奥妙之一；是日本经济腾飞的秘诀和成功之道。据资料介绍，日本数百家公司每年应用田口方法完成10万项左右的实例项目研究，在不增加成本的情况下，大大提高了产品设计和制造质量。质量工程学第四章面向质量的设计8日本田口玄一提出：在产品设计阶段就进行质量控制，试图用最低的制造成本生产出满足顾客要求的、对社会造成损失最小的产品。产品设计的三个阶段：¾系统设计¾参数设计（健壮设计RobustDesign）¾容差设计质量工程学第四章面向质量的设计9田口质量理论基础：田口质量理论基础BBDDCCAA质量损失函数田口质量观信噪比正交试验设计法质量工程学第四章面向质量的设计10田口质量理论体系田口质量观、质量损失函数、信噪比、正交试验法线外质量控制线内质量控制系统设计参数设计容差设计工序诊断与调整预测与校正检验与处理质量工程学第四章面向质量的设计11二、田口质量观¾产品的质量与产品上市后给社会造成的损失联系起来，社会损失的大小就直接反映了质量的高低。¾同为合格产品，上市后给社会造成损失小的产品，质量就高。把质量和经济性联系起来，使得质量可以量化。质量工程学第四章面向质量的设计12三、质量损失函数度量合格品输出特性偏离目标值给用户造成的损失。0mΔ＋m0mΔ−L(y)yΔ0Δ0Δ0质量工程学第四章面向质量的设计13三、质量损失函数产品的输出特性值为y,其目标值为m,质量损失为L(y)。那么质量损失函数为：2)()(Lmyky−=质量工程学第四章面向质量的设计14四、三次设计的内容1.系统设计（第一次设计）根据产品规划所要求的功能，利用专业知识和技术对该产品的整个系统结构和功能进行设计。2.参数设计（第二次设计）确定系统中有关参数值及其最优组合，以较低的成本，生产高质量的产品。质量工程学第四章面向质量的设计15四、三次设计的内容1.系统设计（第一次设计）根据产品规划所要求的功能，利用专业知识和技术对该产品的整个系统结构和功能进行设计。也就是通常所说的产品质量设计。系统设计阶段，需要求出产品的性能指标与各有关参数之间的函数关系。质量工程学第四章面向质量的设计16四、三次设计的内容2.参数设计（第二次设计）指在全系统设计基础上，确定系统各参数值的最优参数组合。要求不仅应使产品有良好性能，而且在环境改变或元器件有所波动劣化的情况，按照这种参数组合制造出来的产品，在性能上仍能保持稳定。以较低的成本，生产高质量的产品。质量工程学第四章面向质量的设计17输出特性和因素组合的关系图x1x2y1y2△x1△x2△y1△y2xy质量工程学第四章面向质量的设计18四、三次设计的内容参数设计的两种情况¾输出特性与零部件参数无法建立适当的数学模型，采用试验设计（DOE）的方法来进行，包括均匀设计和正交试验。¾当输出特性与零部件参数间可以建立数学模型时，采用数学规划求最优参数值。质量工程学第四章面向质量的设计19四、三次设计的内容数学模型:bbbxxxULUxUxLbppxxgbppxxfytsmyMinΔΔΔ≤Δ≤≤Δ≤≤≤ΔΔΔΔΔΔ=−00),,,,(),,,,(..质量工程学第四章面向质量的设计20四、三次设计的内容3.容差设计（第三次设计）设定零部件的容差（公差）。确定各个参数公差的大小。基本思想：对影响较大的参数给予较小的公差值，对影响小的参数给予较大的公差值，从而在保证质量的前提下使系统总成本最小。质量工程学第四章面向质量的设计21五、三次设计与传统设计的比较1.对客户需求重视程度不同2.设计目标及评价标准不同3.对各阶段的着重点不同4.在工程更改的次数和分布上有明显差别5.主导思想不同6.产生的经济效益和社会效益不同。质量工程学第四章面向质量的设计22•§1.2质量功能配置质量工程学第四章面向质量的设计23一、质量功能配置概述（QFD）又叫质量功能展开，采用一定的方法保证将来自顾客或市场的需求精确无误地转移到产品寿命循环的每个阶段的有关技术和措施中。日本丰田公司应用QFD技术后，从1979年10月到1984年4月间，开发新的集装箱车辆费用降低61％，产品开发周期减少1/3。质量工程学第四章面向质量的设计24质量功能展开QFD-QualityFunctionDeployment）设计要求顾客需求零部件设计零部件要求图1质量功能展开示意图设计要求零部件要求工艺要求生产要求零部件要求工艺要求设计要求工艺要求产品总体设计生产系统设计工艺设计质量工程学第四章面向质量的设计25一、质量功能配置概述（QFD）QFD是一种系统性的决策技术，在设计阶段、生产准备阶段和加工阶段将顾客的要求准确无误地转化为产品定义、制造工艺等从而使产品满足顾客需求。质量工程学第四章面向质量的设计26二、质量功能配置的原理和方法质量功能配置采用一定的规范化方法将顾客所需特性转化为一系列工程特性。所用的基本工具是“质量屋”。质量工程学第四章面向质量的设计27质量屋(HouseofQuality,HOQ)的概念是由美国学者在1988年提出的。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。质量工程学第四章面向质量的设计28质量屋（TheHouseofQuality）3、功能需求相关矩阵功能相关矩阵2、实现方式（质量特性）质量屋“如何“技术竞争性评估重要性分值顾客需求市场竞争性评价（市场与技术转换关系）5、质量特性指标之间的相关关系1、市场要求质量屋“什么”？4、质量计划6、质量设计质量工程学第四章面向质量的设计29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工程学第四章面向质量的设计30一个完整的质量屋包括6个部分1.顾客需求及其权重，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。质量工程学第四章面向质量的设计31山地车悬叉的质量屋质量工程学第四章面向质量的设计32•§1.3参数设计质量工程学第四章面向质量的设计33参数设计，就是运用正交试验法或优化方法确定零部件参数的最佳组合，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（或健壮）。质量工程学第四章面向质量的设计34一、质量波动及干扰因素•在完全相同的条件下生产出的产品，其质量特性是参差不齐的，具有波动性。•由于噪声因素是客观存在的和难以控制的，由此产生波动也是不可避免的。试图完全消除波动，使产品性能和技术功能的质量特性始终在设计目标上是永远达不到。因此改进产品性能，提高质量的奋斗目标是：永无止境地减少波动，使产品、工艺过程、技术功能对各种噪声因素不敏感，向着波动为零的目标迈进。•这就是质量工程的理论支柱——波动理论。质量工程学第四章面向质量的设计35一、质量波动及干扰因素引起质量波动的干扰因素分为5类：（1）可控因素（2）标示因素（3）区组因素：组别不同（4）信号因素：给出信号（5）误差因素：设计时需要考虑的，包括内干扰、外干扰和物品干扰。质量工程学第四章面向质量的设计36二、例题有兴趣的同学见书本P135例5－1。质量工程学第四章面向质量的设计37•§3.4容差设计质量工程学第四章面向质量的设计38•容差设计(即公差设计)，经济合理地确定和决定系统有关参数的公差。•容差设计应考虑内、外干扰因素对质量波动的影响和经济性。对质量波动影响大的零部件制定严格容，对质量波动影响小的零部件制定较大容差。质量工程学第四章面向质量的设计39容差设计•选择系统各元件的最佳参数组合是参数设计的目的。当仅用参数设计还不能充分衰减内、外噪声的影响时，即使要增加成本，也应将元件自身的波动控制在一定的范围之内，这就是要进行容差设计的目的。因此，容差设计在参数设计之后进行。质量工程学第四章面向质量的设计40容差设计的过程•1.首先要研究，按参数设计确定的最佳水平组合取值、但选用价格低廉的零部件或元器件（即它们本身质量等级较低，误差较大）时，系统质量特性值的波动有多大。此时，仍要应用实验设计法这一工具。质量工程学第四章面向质量的设计41容差设计的过程2.各误差因子的各水平均确定之后，即可将误差因子分配给选定的正交表。在直接对这些数据进行方差分析后，即可判断哪些误差因子对质量特性值的影响大。对于贡献大的误差因子，可选用质量等级高的优质元件，这样就能有效控制住质量特性值的波动，提高产品质量的稳定性了。质量工程学第四章面向质量的设计42•由于采用高质量的元件将提高产品成本，故应结合经济性分析来确定元件的容许偏差。产品的功能受噪声影响会偏离目标值，随偏离的程度不同，将给用户带来程度不同的损失。质量工程学第四章面向质量的设计43•设质量特性值的实测值和目标值分别为y和m，y偏离m时的损失用L(y)表示，则L(y)是(y-m)的函数，称为损失函数。将L(y)在m附近展开成泰勒级数，则有L+−+−+=2')(!2)()(!1)()()(mymLmymLmLyL质量工程学第四章面向质量的设计44•由于L(m)=0，L’(m)=0，所以展开式的第一项和第二项均为0，第三项成了主要项。另外，因偏离量(y-m)不会太大，忽略高次项，则损失函数可近似表示为•式中2)()(mykyL−≈!2/)(''mLk=质量工程学第四章面向质量的设计45K的确定方法：（1）若把产品不能正常发挥其功能的极限偏差记为Δ0，把偏差为Δ0时的损失记为A0，则上式中的k值可求解如下:k=A0/Δ02质量工程学第四章面向质量的设计46•假设电视机电源直流输出的目标值m=100V，当输出电压偏离目标值15V时，因电视机发生故障，用户损失A0=50元，则：k=50/152≈0.22元/V2质量工程学第四章面向质量的设计47（2）跟据容差△