第五章设计过程质量管理

1第五章设计过程质量管理面向质量的产品设计2第一节面向质量的产品设计一、产品设计的DfX方法DfX(DfP、DfD、DfM、DfR、DfE、DfC)，面向产品生命周期的产品设计方法，即为产品生命周期内某一环节或某一因素而设计。二、面向质量的产品设计设计产品时，通常必须首先回答许多问题：顾客所需的特性有哪些？这些特性哪些是关键特性？如何平衡这些特性之间的关系？产品可选材料有哪些？产品的可制造性如何保证？产品的可靠性如何保证？需要多少成本才能使产品在市场上获得成功？……这些问题的解决方法----面向质量的产品设计3三、面向质量的产品设计使用的质量工程技术质量工程技术为产品研制设计、技术改进提供了合理而高效的技术方法。常用的方法主要有：质量功能展开。它利用关系矩阵科学地将顾客的要求转达化为所开发产品的规格要求。田口三次设计。即田口线外质量工程，分为系统设计、参数设计、容差设计三个阶段。此方法可有效地减少产品质量特性的波动，增强产品在使用过程中的抗干扰能力。可信性工程。综合运用各种方法提高产品的可信性（包括可用性、可靠性、可维修性）。价值工程。价值工程技术可避免设计人员只着眼于追求高的性能指标，而对成本关心较少。价值工程有利于设计人员树立良好的成本效益观念，节约社会资源。4第二节质量功能展开一、质量功能展开（QFD）的起源与发展对于来说，质量的定义已经发生根本性的转变，即从“满足设计需求”转变为“满足顾客需求”。企业确定顾客需求之后，必须将这些需求转化为产品功能设计。质量功能展开（QFD，QualityFunctionDeployment）就是将顾客需求转化为功能设计的一种方法。有时这种转化过程也被称为展现顾客需求。5二、质量功能展开的基本阶段1、调查和分析顾客需求顾客需求是质量功能配置的最基本的输入。顾客需求的获取是质量功能配置过程中最为关键也是最为困难的一步。要通过各种市场调查方法和各种渠道搜集顾客需求，然后进行汇集、分类和整理，并用加权来表示顾客需求的相对重要度。2、顾客需求的瀑布式分解过程采用矩阵（也称为质量屋）的形式，将顾客需求逐步展开，分层地转换为产品工程特性、零件特征、工艺特征和质量控制方法。在展开过程中，上一步的输出就是下一步的输入，构成瀑布式分解过程。QFD从顾客需求开始，经过四个阶段即四步分解，用四个矩阵，得出产品的工艺和质量控制参数。这四个阶段是：（1）产品规划通过产品规划矩阵（也称质量屋），将顾客需求转换为技术需求（最终产品特征），并根据顾客竞争性评估（从顾客的角度对市场上同类产品进行的评估，通过市场调查得到）和技术竞争性评估（从技术的角度对市场上同类产品的评估，通过试验或其它途径得到）结果确定各个技术需求的目标值。（2）设计展开利用前一阶段定义的技术需求，从多个设计方案中选择一个最佳的方案，并通过零件配置矩阵将其转换为关键的零件特征。（3）过程规划通过工艺规划矩阵，确定为保证实现关键的产品特征和零件特征所必须保证的关键工艺参数。（4）生产控制通过工艺/质量控制矩阵将关键的零件特征和工艺参数转换为具体的质量控制方法。6三、质量屋严格地说，QFD是一种思想，一种产品开发和质量保证的方法论。它要求产品开发要直接面向顾客需求，在产品设计阶段考虑工艺和制造问题。通过市场调查收集到的顾客信息是QFD过程的基本输入，如何将这些需求转换成产品和零部件的关键特征以及配置到制造过程的各工序中去，美国学者J.R.HAUSER与D.CLAUSING于1988年提出的质量屋（HOQ，HOUSEOFQUALITY）则是在产品开发中具体实现这种方法论的工具，它提供了一种将顾客需求转换成产品和零部件特征并配置到制造过程的基本结构。71、质量屋的构成质量屋的组成包括7个部分，以一级的质量屋为例，他们分别是：左墙：用户需求。右墙：主要是竞争对手分析，选择主要的竞争对手，对每个竞争对手在每个用户需求方面的表现进行评估，与我们自己进行对比；天花板：将用于满足客户需求的产品技术要求；房间：关系矩阵表，即用户需求与技术要求的关联程度，以简单的数值级别来标识其影响程度，如1、3、9；地板：质量规格。各个技术要求的量化目标，它依据与竞争对手分析的结果而来；地下室：技术性评价表，也是与竞争对手分析，不过是分析竞争对手在每个技术要求方面的表现，用于与我们自己进行对比；屋顶，是产品技术要求之间的关系，有以下几种可能：正相关（强、弱）、负相关（强、弱）、无关。810相关矩阵5关系矩阵1顾客需求3技术要求4满意度方向2对顾客的重要程度9市场竞争性评价6技术重要度7质量规划8技术性评价2、建造质量屋的技术路线（1）调查顾客需求（2）测评各项需求对顾客的重要度（3）把顾客需求转化为技术要求（4）确定顾客需求的满意度方向（5）填写关系矩阵表（6）计算技术重要度（7）设计质量规格（8）技术型评价（9）市场竞争性评价（10）确定相关矩阵9清洁的餐厅舒适的座椅美味的食物有响应的服务顾客需求清洁的餐厅美味的食物有响应的服务顾客需求◎◎○△◎△◎◎○舒适的座椅●×●类种砖瓷尘防的处缝接砖瓷训培员务服化准标单菜求要术技料材椅座10四、可靠性及相关基本概念1.可靠性（Reliability）定义产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。产品可靠性定义的要素是三个“规定”:“规定条件”、“规定时间”、“规定功能”2.故障及其分类产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态，称之为故障。故障的表现形式，叫做故障模式。引起故障的物理化学变化等内在原因，叫做故障机理。产品按从发生失效后是否可以通过维修恢复到规定功能状态，可分为可修复产品和不可修复产品。对可修复产品称为故障，对不可修复产品称为失效。产品的故障分类有多种：按发生的规律分偶然故障和耗损故障按引起的后果分为致命性故障和非致命性故障按统计特性分独立故障和从属故障113.维修性产品在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复执行规定状态的能力称为维修性。规定条件指维修的机构和场所及相应的人员、技能与设备、设施、工具、备件、技术资料等。规定的程序和方法指的是按技术文件规定采用的维修工作类型、步骤、方法等。能否完成维修工作当然还与规定时间有关。维修性是产品质量的一种特性，即由产品设计赋予的使其维修简便、迅速和经济的固有特性。产品的可靠性与维修性密切相关，都是产品的重要设计特性，因此产品可靠性与维修性工作应从产品论证时开始，提出可靠性与维修性的要求，并在开发中开展可靠性与维修性设计、分析、试验、评定等活动，把可靠性与维修性要求落实到产品的设计中。124.保障性系统(装备)的设计特性和计划的保障资源满足平时和战时使用要求的能力称为保障性。保障性是装备系统的固有属性，它包括两方面含义，即与装备保障有关的设计特性和保障资源的充足和适用程度。设计特性是指与保障有关的设计特性，如与可靠性和维修性等有关的，以及保障资源要求装备所具有的设计特性。这些设计特性可以通过设计直接影响装备的硬件和软件。如使设计的装备便于操作、检测、维修、装卸、运输、消耗品(油、水、气、弹)补给等设计特性。从保障性角度看，良好的保障设计特性是使装备具有可保障的特性或者说所设计的装备是可保障的。保障资源是保证装备完成平时和战时使用的人力和物力。从保障性的角度看，充足的并与装备匹配完善的保障资源说明装备是能得到保障的。装备具有可保障的特性和能保障的特性才是具有完整保障性的装备。135.可用性和可信性可用性是在要求的外部资源得到保证的前提下，产品在规定的条件下和规定的时刻或时间区间内处于可执行规定功能状态的能力。它是产品可靠性、维修性和维修保障的综合反映，这里的可用性定义是固有可用性的定义，外部资源(不包括维修资源)不影响产品的可用性。反之，使用可用性则受外部资源的影响。可用性的概率度量称为可用度。可用性通俗地说是“要用时就可用”。实际上，可靠性和维修性都是为了使顾客手中的产品随时可用。可靠性是从延长其正常工作时间来提高产品可用性，而维修性则是从缩短因维修的停机时间来提高可用性。可用性是顾客对产品质量的又一重要的需求。可信性是一个集合性术语，用来表示可用性及其影响因素：可靠性、维修性、维修保障。可信性仅用于非定量条款中的一般描述，可信性的定性和定量具体要求是通过可用性、可靠性、维修性、维修保障的定性和定量要求表达的。14五、可靠度性度量1、可靠度及可靠度函数产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的概率称为可靠度。可靠度是关于时间t的函数，记为R（t)。如果规定产品从开始工作到首次故障前的工作时间为T，即寿命。寿命T是一个随机变量，而可靠度函数可以看作是随机事件“T＞t”的概率，可靠度函数表示为：()(|),0RtPtTtT15根据定义，可靠度可以通过下式测算：式中：N—t=0时，在规定条件下进行工作的产品数；Nf(t)—在0到t时刻的工作时间内，产品的累计故障数。Ns（t）--工作到时刻t处于能完成规定功能的产品数，残存产品数。例：设t=0时，投入工作的10000只灯泡，以天作为度量时间的单位，当t=365天时，发现有300只灯泡坏了，求一年时的工作可靠度。解：已知N=10000，Nf(t)=300，故：R(365)=(10000-300)/10000=0.97sfN(t)N()()NNtRtN162、不可靠度（累积故障概率）产品在规定的条件下和规定的时间内，丧失规定功能的概率称为不可靠度。不可靠度函数可以表示为：产品的不可靠度还可以通过下式测算：fN()Q()ttN0),()(TtTtPtQ17可靠度与不可靠度的关系为：tR(t)01不可靠度函数示意图tQ(t)0可靠度函数示意图()Q()1Rtt183、故障密度函数f(t)定义故障密度函数f(t)为不可靠度函数的导数，它可以看成是t时刻后一个单位时间产品故障的概率，即则有：dQ(t)f(t)=dtt0Q(t)=f(t)dtt0R(t)=1-f(t)dt19t0t1f(t)Q(t)R(t)R(t)、Q(t)、f(t)之间的关系示意图参看教材P63例4-1204、故障率工作到某时刻尚未故障的产品，在该时刻后单位时间内发生故障的概率，称之为产品的故障率。用数学符号表示为：式中——故障率；dttNtdrts)()()()(tdr——t时刻后，时间内故障的产品数；dt)(t对于低故障率的元部件常以为故障率的单位，称之为菲特（Fit）。h/109)(tdr——t时刻后，时间内故障的产品数；dt21可靠度、不可靠度、故障密度函数与故障率之间的关系t0t0P(tTt+tTt)(t)limtP(tTt+t)lim/P(Tt)tdQ(t)1=dtR(t)f(t)R(t)t0-(t)dtR(t)=e22浴盆曲线大多数产品的故障率随时间的变化曲线形似浴盆，称之为浴盆曲线。由于产品故障机理的不同，产品的故障率随时间的变化大致可以分为三个阶段：图产品典型的故障率曲线t)(t使用寿命早期故障偶然故障耗损故障AB规定的故障率维修后故障率下降23当产品的故障服从指数分布时，故障率为常数，此时可靠度为：R(t)=e-λ(t)在上例中，若一年后又有1只灯泡坏了，求故障率是多少?解：已知△t=1，△r(t)=1，NS(t)=9700则：λ(t)=1/（9700×1）=0.000103／天245、平均失效(故障)前时间(MTTF)设N个不可修复的产品在同样条件下进行试验，测得其全部失效时间为t1，t2，…tN其平均失效前时间(MTTF)为：对于不可修复产品，失效时间就是产品的平均寿命。当N趋向于无穷时，MTTF为产品故障时间这一随机变量的数学期望，即00MTTFtf(t)dt=R(t)dtNii11MTTFtN例设有5个不可修复产品进行寿命试验，它们发生失效的时间分别是1000h，1500h，2000h，2200h，2300h，问该