产品寿命周期质量分析与控制技术质量的稳健性优化设计

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1、产品寿命周期质量分析与控制技术——质量的稳健性优化设计（田口方法、三次设计）质量的稳健性设计稳健性设计是实现低成本、高质量的有效方法。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。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

2、设计制造出一类整机”。在国际市场上占有最大份额的日本电气产品以及美国三大汽车公司等都是在这种设计概念下取得了最好的技术经济效果，在放宽工艺要求，降低制造成本的条件下制造出高品质的产品。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”。据资料介绍，日本数百家公司每年应用田口方法完成

3、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。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。许多大公司的“设计规程”中明确指出设计人员在设计过程中必须采用田口方法的稳健性优化设计方法，否则在技术评审中难以通过。美国波音公司已采用田口方法成功地进行了飞机尾翼设计。美国航空航天局从94年开始计划用3—4年时间推行田口方法，从对高级领导人进行培训、转变观念入手，并首先在航天飞机燃料储箱设计中应用。田口方法在美国工业界的广泛的应用美国每年完

4、成的案例在5000个以上。美国应用田口方法节约经费达九百万美元，另外，美国70%以上的工程技术人员了解田口方法。由于世界范围内高技术产业兴起和社会生产力的迅速发展，国际市场竞争的焦点已开始由价格的竞争转向质量设计的竞争。设计竞争的严峻形势迫使每个企业重新考虑其质量经营战略。工业界的质量意识空前提高，开始制定以顾客需求为中心的质量战略和以质量管理为根本内容的经营战略，注重加强研制阶段的质量设计和质量分析。稳健性设计技术不仅可以使企业以最快的开发速度，最低的开发成本，最稳健的开发质量满足顾客的现实需求和潜在需求，从而获得最好的资

5、本增值效益，同时，也是跻身世界及公司的必由之路。田口博士的三次设计方法是利用产品的性能指标同有关的各个参数之间函数关系的计算，优选出好的参数组合，以使产品的性能指标达到最优化质量成本和最低化设计要求。这种方法主要用于可计算性产品的参数设计。三次设计通常有：直接择优——指能够根据某一数量化的指标，直接判别设计条件的优劣，选择优良的设计参数组合；稳定性择优——指在考虑影响产品性能指标各因素都有误差波动的情况下，先选取好的条件和参数组合、使产生的性能指标尽可能稳定在设计的目标值附近，再规划各零部件或参数的波动幅度，使之在保证产品质

6、量的情况下能充分照顾到质量效益。三次设计系统设计参数设计容差设计1、系统设计指专业人员根据各个的技术领域的专门知识，对产品进行整个系统结构的设计，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。2、参数设计指在全系统设计基础上，决定或选定系统各参数的最优参数组合。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。根据具体情况来决定采用：1、直接择优——既利用选优正交表，经过几轮设计，求得参数的最佳组合。2

7、、稳定性择优——既利用选用正交表与误差正交表安排设计方案和计算，得到第一轮择优设计的好条件；重复第一轮的步骤，进行第二、第三轮稳定性择优设计，前一轮的好条件作为后一轮的初始条件。如此循环若干轮可找到工程满意的好条件，整数化后即可得稳定性择优设计的参数组合。参数设计3、容差设计参数设计后确定了一组参数组合。但：1、是否还能减少参数波动幅度使产品质量特性更加稳定？2、是否可以适当降低元器件精度等级以降低成本？这两个问题实质上是确定适当的元器件精度，以使产品的使用寿命周期费用最低。稳健设计技术的基本原理噪声因素波动是产生质量问题的

8、根源，在实际生产的过程中，往往存在着一些人们无法控制或难以控制的因素。我们称这些不可控制的因素为噪声因素或随机因素。正是这些无法穷尽的潜在变化的相互作用导致了技术功能，产品性能和工艺过程的波动。同时在设计和制造过程中还存在的一组相对稳定并可加以控制的因素，如原材料的规格、技术人员的技能和设