第六章 设计过程质量管理

1第六章设计过程质量管理面向质量的产品设计2资料表明：产品质量的好坏，约70%是由产品设计的质量所决定的。开发设计是产品质量形成的最为关键的阶段。设计一旦完成，产品的固有质量也就随之确定----产品质量是设计、制造出来的，而不是检验出来的。3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。4设计过程产品概念形成顾客未来需求预测面向产品开发的技术选择面向过程选择的技术开发最终产品定义产品营销与分销准备产品设计与评价制造系统设计产品制造、交付和使用5二、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6三、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。7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（voiceofthecustomer)。8QFD于70年代初起源于日本，由曾任教于东京理工学院的水野滋（S.Mizuno）博士提出。70年代中期，QFD相继被其它日本公司所采用。丰田公司于70年代后期使用QFD取得了巨大的经济效益，新产品开发起动成本累计下降了61%，而开发周期下降了1/3。今天，在日本，QFD已成功地用于电子仪器、家用电器、服装、集成电路、合成橡胶、建筑设备和农业机械中。福特公司于1985年在美国率先采用QFD方法。80年代早期，福特公司面临着竞争全球化、劳工和投资成本日益增加，产品生命周期缩短、顾客期望提高等严重问题，采用QFD方法使福特公司的产品市场占有率得到改善。今天，在美国，许多公司都采用了QFD方法，包括福特公司、通用汽车公司、克莱斯勒公司、惠普公司等，在汽车、家用电器、船舶、变速箱、涡轮机、印刷电路板、自动购货系统、软件开发等方面都有成功应用QFD的报道。9二、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。10QFD是一个非常结构化（structured)的、矩阵驱动（matrix-driven）的过程，其运行包括4个阶段：将顾客需求(customerrequirements)转化产品特性(performancemeasures)将产品特性转化成零件特性(featuresandtechnology)将零件特性转化成关键工艺操作(partsspecification)将关键工艺操作转化成生产要求(manufacturingprocesses)。11产品规划通过产品规划矩阵，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。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。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。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。1213三、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。14质量屋图示151、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。1610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172、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18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●×●瓷砖种类瓷砖接缝处的防尘服务员培训菜单标准化技术要求座椅材料1920第三节可靠性工程（面向可靠性的设计）可靠性技术是提高产品质量的一种重要手段，它本身已形成一门独立的学科。可靠性的发展历史可靠性的教训史提高可靠性的意义可靠性的基本概念可靠性度量系统可靠性的计算可靠性试验可靠性管理21一、可靠性的发展历史质量与可靠性伴随着兵器的发展而诞生和发展。第二次世界大战开始，由于纳粹德国发射的V-1、V-2导弹的不可靠及美国运往远东的航空无线电设备有60％不能工作，引起了对可靠性问题的认识。V2导弹221944年纳粹德国用V-2导弹袭击伦敦，有80枚没有起飞就在起飞台上爆炸，还有不少导弹没有达到伦敦就掉进英吉利海峡。当时，美国海军统计，电子设备在规定所有期内仅有30％的时间能有效地工作。在此期间，因可靠性问题损失飞机2100架，是被击落飞机的1.5倍。通过大量现场调查和故障分析，采取了对策，诞生了可靠性这门学科。23二、可靠性教训史一部可靠性发展史，就是不可靠教训史。这里我们应特别看到，有些电子设备在使用的关键时刻出现了故障，造成的经济损失就更大了。美国1957年发射的“先锋号”卫星中，由于一个价值二美元的器件出了故障，造成了价值220万美元的损失。美国航天局1978年、1979年三次火箭发射失败，损失1.6亿美元。1971年，原苏联三名宇航员在“礼炮”号飞船中由于一个部件失灵而丧生。241986年1月28日，美国航天飞机“挑战者号”起飞76秒后爆炸，其中7名宇航员丧生，直接经济损失达12亿美元，美国的民族精神受到了严重创伤。这次事故的直接原因是因为一个密封圈不密封而引起的。251986年4月26日，位于前苏联乌克兰地区基辅以北130公里的普里皮亚特市的核电站，发生了震惊世界的切尔诺贝利核电站核泄漏事故。爆炸致使299人受到大剂量辐射、19人死亡，179人送医院治疗。附近的四座100万瓦的核电站全部被迫停止运转，前苏联核电供应量为此减少了10%。芬兰、埃及等国取消了原与前苏联签定的核设备订单，损失估计有近百亿美元。苏联的两大粮仓乌克兰和白俄罗斯地区也受到不同程度的核污染，粮食和甜菜产量受到很大影响。另外，事后的清理工作，估计也花费了几十亿美元。核污染造成的后遗症，其代价更是难以估计。据一些西方专家估计，这一事故将给数百万苏联人埋下致命祸根。3年后，核电站50公里范围内的癌症患者、儿童甲状腺患者及畸形家畜和植物（如体格硕大的老鼠，苞蕾异常肥大的花菜）等急剧增加。据专家分析，核电站爆炸的客观原因可能是堆蕊冷却系统发生故障，使工艺管内缺水，堆内温度急剧上升，导致燃料蕊体熔化，使高温下的水蒸汽与钴、石墨发生反应产生氢气，并在高温下发生爆炸后引起大火。26“永不沉没的”Titanic,1912年4月15日处女航中，在北大西洋撞上冰山而沉没，1500人葬生海底，造成了当时在和平时期最严重的一次航海事故，也是迄今为止最著名的一次。泰坦尼克号上所使用的钢板含有许多化学杂质硫化锌，加上长期浸泡在冰冷的海水中，使得钢板更加脆弱。遭遇冰山只是“泰坦尼克”号沉没的原因之一，另外，一个罪魁是，连接船体各部分的固定铆钉，竟然是用掺有矿渣的劣质金属制成的。271974年，我国发射卫星的运载火箭因为一根直径为0.25mm的导线断裂，导致整个系统被引爆自毁。1991年，我国“澳星”发射失败，起因于一个小小的零件故障，所造成的经济损失和政治影响是巨大的。28三、可靠性研究与应用的目的和意义提高产品可靠性，可以防止故障和事故的发生。提高产品可靠性，能使产品总的费用降低。提高产品可靠性，可减少停机时间，提高产品可用率，一台设备可以顶几台设备的工作效率。对于企业：提高产品可靠性，可以改善企业信誉，增强竞争力，扩大产品销路，从而提高经济效益。提高产品可靠性，可减少产品责任赔偿案件的发生，以及其他处理产品事故费用的支出，避免不必要的经济损失。29四、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”30质量与可靠性关系从广义质量观看，质量涵盖可靠性从狭义的质量观看，就是“符合性质量”可靠性毕竟与狭义的质量管理还是有很大区别的，质量出了问题，往往批次性很强。可靠性是更深层次的与设计、工艺相关的根本性问题。有些企业对于可靠性工程有一种错误观念，认为可靠性工程是质量部门的事情，而设计部门却很少人员参与。产品的可靠性是在设计阶段就已经决定了在用户使用过程中，均是“可靠性”问题312.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