第九章實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與質(zhì)量改進(jìn)

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,*,版權(quán)所有：張躍剛,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,,,,*,第九章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與質(zhì)量改進(jìn),第一節(jié) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)概述,第二節(jié) 全因子實(shí)驗(yàn),第三部 部分因子實(shí)驗(yàn)和RSM簡介,第四節(jié) 田口方法,,,第一節(jié),實(shí),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),概,概述,一、實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)概念,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),(DOE─Designof Experiments)：,是用于產(chǎn),品,品和工藝,參,參數(shù)穩(wěn)健,性,性設(shè)計(jì)及,工,工藝過程,的,的優(yōu)化的,方,方法，主,要,要解決多因素條,件,件實(shí)驗(yàn)的問題。,目的：,合理安

2、排,實(shí),實(shí)驗(yàn)；,科學(xué)的分,析,析實(shí)驗(yàn)結(jié),果,果；,以較小的,實(shí),實(shí)驗(yàn)規(guī)模,（,（實(shí)驗(yàn)次數(shù)）、較短,的,的實(shí)驗(yàn)周期和較低的,實(shí),實(shí)驗(yàn)成本，獲得理,想,想的實(shí)驗(yàn),結(jié),結(jié)果和正,確,確的結(jié)論,（,（最佳參數(shù),組,組合）。,,,一個完整,的,的實(shí)驗(yàn)包,括,括：,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),；,；,實(shí)驗(yàn)實(shí)施,；,；,實(shí)驗(yàn)結(jié)果,分,分析。,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),與,與統(tǒng)計(jì)過,程,程控制的,區(qū),區(qū)別：,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),：,：是主動解,決,決問題的,工,工具；,統(tǒng)計(jì)過程,控,控制：是一種被,動,動的工具。,,,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),方,方法：,西方經(jīng)典,實(shí),實(shí)驗(yàn)方法,：,：比較實(shí)驗(yàn)、全因子實(shí),驗(yàn),驗(yàn)、部分因子,實(shí),實(shí)驗(yàn)、響應(yīng)曲面,模,模型、最優(yōu)化實(shí),驗(yàn),驗(yàn)

3、等,日本質(zhì)量,專,專家田口,玄,玄一的實(shí),驗(yàn),驗(yàn)方法：,田,田口方法,應(yīng)用：復(fù),雜,雜的電子,、,、機(jī)械產(chǎn),品,品,合理選擇,元,元器件或,零,零部件的,參,參數(shù)；,改善產(chǎn)品,功,功能目標(biāo),值,值的穩(wěn)定,性,性；,提高產(chǎn)品,的,的固有質(zhì),量,量水平；,降低產(chǎn)品,成,成本。,,,穩(wěn)健設(shè)計(jì)也稱魯棒設(shè),計(jì),計(jì)(RobustDesign)：,是使所設(shè),計(jì),計(jì)的產(chǎn)品,（,（或工藝,）,）無論在,制,制造和使,用,用中當(dāng)結(jié)構(gòu)參數(shù),發(fā),發(fā)生變差，或是在,規(guī),規(guī)定壽命,內(nèi),內(nèi)結(jié)構(gòu)發(fā),生,生老化和變,質(zhì),質(zhì)（在一是,范,范圍內(nèi)）,時,時都能保,持,持產(chǎn)品性能,穩(wěn),穩(wěn)定的一種設(shè),計(jì),計(jì)方法。,穩(wěn)健設(shè)計(jì),是,是提高

4、和,改,改進(jìn)產(chǎn)品,質(zhì),質(zhì)量的一,種,種有效的,工,工程方法,。,。,,,產(chǎn)品質(zhì)量,的,的穩(wěn)健性,(robustness),是指產(chǎn)品,（,（或系統(tǒng),）,）的質(zhì)量,特,特性對設(shè)計(jì)參數(shù)和噪聲因素,變,變差影響的不敏感性，即穩(wěn)健,產(chǎn),產(chǎn)品對制,造,造工藝、,環(huán),環(huán)境和使,用,用條件和,材,材質(zhì)的差,異,異以及材,料,料的老化,、,、零部件,的,的磨損和,腐,腐蝕（在,一,一定范圍,內(nèi),內(nèi)）等的,影,影響是不敏感的。,,,二、實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)的提,出,出和發(fā)展,20世紀(jì)20年代,，,，英國學(xué),者,者費(fèi)舍爾最早提出,，,，為使農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn),合,合理化，提出一,種,種用于安,排,排實(shí)驗(yàn)和,分,分析實(shí)驗(yàn),數(shù),數(shù)據(jù)的

5、數(shù),理,理統(tǒng)計(jì)方,法,法。,早期：用,于,于生物學(xué),、,、醫(yī)學(xué)等,領(lǐng),領(lǐng)域；,二戰(zhàn)后：,在,在工業(yè)中,得,得到推廣,和,和應(yīng)用；,20世紀(jì)50年代,，,，日本學(xué),者,者田口玄,一,一提出了穩(wěn)健性設(shè),計(jì),計(jì)理論和,質(zhì),質(zhì)量損失,觀,觀，把質(zhì)量,和,和經(jīng)濟(jì)統(tǒng),一,一，為質(zhì),量,量波動的,定,定量統(tǒng)計(jì),分,分析提出,了,了一套全,新,新的方法,即,即著名的田口方法。,,,三、實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)的基,本,本概念和,基,基本原則,1.實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)的基,本,本概念,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),的,的目標(biāo)是,要,要找出一,組,組x,1,,x,2,,…x,p,參數(shù)的組,合,合，一方面,使,使實(shí)驗(yàn)輸出,最,最優(yōu)，同時使不可控,因,

6、因素對過,程,程輸出影,響,響不敏感。,,,,質(zhì)量特征值,Y,是影響因素,x,的函數(shù)：,Y,=,f,(,x,)+,ε,ε,─殘差，由其,他,他變異造成的,f,(,x,)所無法解釋,的,的誤差，,ε,～N(0,),,,實(shí)際工程中要,直,直接建立質(zhì)量,特,特征值與影響,因,因素之間的關(guān),系,系式很難。,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就是,采,采用科學(xué)的方,法,法研究質(zhì)量特征值和影響因素之間,的,的關(guān)系，并根據(jù)實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)建立的模,型,型，確定X,1,,X,2,,…,X,p,的最佳值，從而使得質(zhì),量,量特征值Y盡,量,量與設(shè)計(jì)目標(biāo),相,相吻合。,通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),，,，能實(shí)現(xiàn)對實(shí),驗(yàn),驗(yàn)的合理安排,，,，科學(xué)分析實(shí),驗(yàn),驗(yàn)

7、結(jié)果，以較小的實(shí)驗(yàn)規(guī),模,模(次數(shù))，較短的實(shí)驗(yàn)周,期,期及較低的實(shí)驗(yàn)成,本,本，獲得理想的,實(shí),實(shí)驗(yàn)結(jié)果及正,確,確結(jié)論。,書上P210,：,：例9-1，,例,例9-2,,,2.基本概念,(1)響應(yīng)變量(響,應(yīng),應(yīng)輸出):衡量實(shí)驗(yàn)結(jié)果,好,好壞的指標(biāo),根據(jù)響應(yīng)變量,是,是否可用數(shù)值,表,表示：,定量的響應(yīng)變,量,量,定性的響應(yīng)變,量,量,根據(jù)同一實(shí)驗(yàn),響,響應(yīng)變量的個,數(shù),數(shù)：,單響應(yīng)變量,多響應(yīng)變量,,,(2)因子(因素),：,：影響響應(yīng)變量,的,的因素,定量因子,定性因子,可控因子,不可控因子,一般記為：A,，,，B，C，…..等,(3)因子水平：實(shí)驗(yàn)中因子所,處,處的各個狀態(tài),一般記為

8、：A,1,,A,2,,A,3,…,B,1,,B,2,,B,3,…,,,舉例：,某化學(xué)工程中,，,，為了提高合,成,成樹脂的抗拉,強(qiáng),強(qiáng)度，決定進(jìn),行,行實(shí)驗(yàn)。通過,考,考查：添加劑種類和添加量影響較大，希,望,望通過實(shí)驗(yàn)找,出,出這兩種重要,影,影響因素的最,佳,佳組合。,添加劑種類A,：,：水平：A,1,(甲)、A,2,(乙),─,定性因子,添加量B：水,平,平：B,1,(4%)、B,2,(6%)、B,3,(8%),─,定量因子,,,因果圖：,抗拉強(qiáng)度,添加劑種類A,添加量B,響應(yīng)變量,,,實(shí)驗(yàn)步驟：,實(shí)驗(yàn)分兩步進(jìn),行,行，先確定一個因,子,子的最佳水平，然后再確是另一個,因,因子的最佳水,

9、平,平。,先將B因子的,某,某一水平（如B,1,：4%）固定,，,，對A因子的,各,各水平實(shí)驗(yàn)。,假設(shè)結(jié)果A,2,為最佳，固定A,2,，再對B因子,的,的各水平實(shí)驗(yàn),，,，結(jié)果為B,2,(6%)為最,佳,佳。,使抗拉強(qiáng)度最,大,大的最佳因子,組,組合為A,2,B,2,。,,,這種實(shí)驗(yàn)方式,每,每次只對一個,因,因子進(jìn)行實(shí)驗(yàn),，,，所以稱為單一因子實(shí)驗(yàn),法,法。,因子之間常有,交,交互作用存在，用單一因子,實(shí),實(shí)驗(yàn)法設(shè)計(jì)有,多,多個因子的實(shí),驗(yàn),驗(yàn)是不可靠的,，,，常會導(dǎo)出錯,誤,誤的結(jié)論。,單一因子實(shí)驗(yàn),法,法不是理想的,實(shí),實(shí)驗(yàn)法。,,,兩個因子之間,的,的交互作用稱,為,為二因子交互作,用

10、,用；三個因子,之,之間的交互作,用,用稱為三因子交互作,用,用。,上例中：因子A、B的交互,作,作用記為：A,×,×B,B,1,B,2,B,3,A,1,25,35,30,A,2,30,40,35,A,B,抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù),：,：,B,1,B,2,B,3,·,·,·,40,30,20,·,·,·,A,2,A,1,因子交互作用,圖,圖,沒有交互作用,添加量,抗拉強(qiáng)度,,,B,1,B,2,B,3,A,1,25,35,30,A,2,40,30,20,A,B,抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù),：,：,B,1,B,2,B,3,·,·,·,·,·,·,A,2,A,1,40,30,20,因子交互作用,圖,圖,有交互作用,添加量,

11、抗拉強(qiáng)度,,,3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),的,的基本原則（,費(fèi),費(fèi)歇爾三原則,）,）,(1)重復(fù)性原則,基本實(shí)驗(yàn)應(yīng)該,重,重復(fù)進(jìn)行若干,次,次，目的是獲,得,得較精確的實(shí),驗(yàn),驗(yàn)結(jié)果。,(2)隨機(jī)化原則,是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使,用,用統(tǒng)計(jì)方法的,基,基石，避免人,為,為引起的系統(tǒng),性,性誤差，要求,實(shí),實(shí)驗(yàn)材料的分,配,配和各個實(shí)驗(yàn),進(jìn),進(jìn)行的次序都,是,是隨機(jī)確定的,。,。,(3)區(qū)組化原則,是用來提高實(shí),驗(yàn),驗(yàn)精確度的一,種,種方法，將實(shí),驗(yàn),驗(yàn)對象按照某,種,種水平或標(biāo)準(zhǔn),加,加以分組，同,一,一組內(nèi)的實(shí)驗(yàn),盡,盡量保證受同,樣,樣的影響。,,,四、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),的,的分類,1.根據(jù)實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)流派分,源于西方的

12、經(jīng),典,典實(shí)驗(yàn)方法,田口方法,2.根據(jù)實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)原理分,全因子實(shí)驗(yàn),部分因子實(shí)驗(yàn),響應(yīng)曲面,田口方法,,,3.按因素的,個,個數(shù)分,單因子實(shí)驗(yàn),雙因子實(shí)驗(yàn),多因子實(shí)驗(yàn),4.按因素的,水,水平數(shù)分,2水平實(shí)驗(yàn)設(shè),計(jì),計(jì),3水平實(shí)驗(yàn)設(shè),計(jì),計(jì),K水平實(shí)驗(yàn)設(shè),計(jì),計(jì),混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),,,五、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),的,的基本步驟,1.明確實(shí)驗(yàn),目,目標(biāo),2.選擇響應(yīng),輸,輸出,3.確定影響,響,響應(yīng)輸出的主,要,要因素及各主,要,要因素的水平,4.選擇實(shí)驗(yàn),類,類型,5.確定實(shí)驗(yàn),策,策略,6.進(jìn)行實(shí)驗(yàn),7.模型擬合,和,和診斷,8.解釋模型,9.驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),結(jié),結(jié)果,,,六、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),中,中應(yīng)注意的問,題,題,

13、1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),的,的關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn),方,方案,的,的設(shè),計(jì),計(jì)，而,不,不是,對,對實(shí),驗(yàn),驗(yàn)結(jié),果,果的,分,分析,；,；,2.,不,不要,期,期望,設(shè),設(shè)計(jì),一,一個復(fù)雜,的,的實(shí),驗(yàn),驗(yàn)來解,決,決所,有,有的,問,問題,；,；,3.,對,對實(shí)驗(yàn),結(jié),結(jié)果,的,的驗(yàn),證,證是衡,量,量實(shí),驗(yàn),驗(yàn)結(jié),果,果和,模,模型,是,是否,正,正確,的,的唯,一,一標(biāo),準(zhǔn),準(zhǔn)。,,,第二,節(jié),節(jié),全,全,因,因子,實(shí),實(shí)驗(yàn),一、,全,全因,子,子實(shí),驗(yàn),驗(yàn)簡,介,介,全因,子,子實(shí),驗(yàn),驗(yàn)(FullFactorialDesignofExperiments),又,又稱析因,實(shí),實(shí)驗(yàn)，它,研,研究兩個,或

14、,或多,個,個因,子,子的效,應(yīng),應(yīng)，,在,在這,類,類實(shí),驗(yàn),驗(yàn)的,每,每一,個,個完,全,全實(shí),驗(yàn),驗(yàn)或,每,每一,次,次重,復(fù),復(fù)中,，,，這,些,些因子,的,的所,有,有可,能,能的,水,水平,組,組合,都,都被,研,研究,到,到。,全因,子,子實(shí),驗(yàn),驗(yàn)不,僅,僅可,以,以得,到,到每,個,個因,子,子的主效,應(yīng),應(yīng)，而,且,且可,以,以獲,得,得因,子,子之,間,間的交互,作,作用。,,,因子,效,效應(yīng)（主效,應(yīng),應(yīng)）：,當(dāng),當(dāng)該,因,因子,的,的水,平,平改,變,變時,所,所產(chǎn),生,生響,應(yīng),應(yīng)的,變,變化,，,，這,種,種效,應(yīng),應(yīng)常,稱,稱之,為,為主效,應(yīng),應(yīng)。,交互,作,

15、作用：一,個,個因,子,子的,水,水平,間,間的,響,響應(yīng),差,差會,隨,隨著,其,其他,因,因子,的,的水,平,平不,同,同而,不,不同,，,，當(dāng),這,這種,情,情況,出,出現(xiàn),時,時，因子,之,之間,就,就存,在,在交,互,互作,用,用。,因子,的,的主,效,效應(yīng),和,和因,子,子之,間,間的,交,交互,作,作用,均,均可,通,通過,圖,圖來,表,表示,：,：,,,B,1,B,2,B,3,·,·,·,40,30,20,·,·,·,A,2,A,1,因子,交,交互,作,作用,圖,圖,沒有,交,交互,作,作用,B,1,B,2,B,3,·,·,·,·,·,·,A,2,A,1,40,30,20,因子

16、,交,交互,作,作用,圖,圖,有交,互,互作,用,用,,,全因,子,子實(shí),驗(yàn),驗(yàn)設(shè),計(jì),計(jì)的,應(yīng),應(yīng)用,條,條件,：,：,影響,因,因子,的,的個,數(shù),數(shù)少,于,于5,個,個；,因子,之,之間,可,可能,存,存在,交,交互,作,作用；,響應(yīng),輸,輸出,和,和影,響,響因,子,子之,間,間是,線,線性,關(guān),關(guān)系。,,,二、2,K,析因,設(shè),設(shè)計(jì),2,k,析因,設(shè),設(shè)計(jì),─,是指,每,每一,個,個因,子,子只,有,有兩,個,個水,平,平的,全,全因,子,子實(shí),驗(yàn),驗(yàn)。,2,k,─,k個,因,因子，每個,因,因子,具,具有2個,水,水平。,常用2,2,析因,設(shè),設(shè)計(jì),，,，即,只,只有,兩,兩個,因

17、,因子,，,，每,個,個因,子,子2,個,個水,平,平。,書上,該,該部,份,份數(shù),學(xué),學(xué)模,型,型及,其,其求,解,解就,不,不介,紹,紹了,。,。,,,第三,節(jié),節(jié),部,部,分,分因,子,子實(shí),驗(yàn),驗(yàn)和RSM簡,介,介,一、,部,部分,因,因子,實(shí),實(shí)驗(yàn),簡,簡介,全因,子,子實(shí),驗(yàn),驗(yàn)：,因,因子,↑,↑→,實(shí),實(shí)驗(yàn),次,次數(shù),↑,↑→,成,成本,↑,↑,部分,因,因子,實(shí),實(shí)驗(yàn)(FractionalFactorialDesignofExperiments),─,是,在,在,假,假,設(shè),設(shè)高,階,階,交,交,互,互,作,作,用,用,不,不,顯,顯,著,著的,情,情,況,況,下,下,，,，

18、,將,將,全,全,因,因,子,子,實(shí),實(shí),驗(yàn),驗(yàn),壓,壓,縮,縮,，,，,獲,獲,得,得,關(guān),關(guān),于,于,主,主,效,效,應(yīng),應(yīng),和,和,低,低,階,階,交,交,互,互,作,作,用,用,的,的,信,信,息,息,。,。,部,分,分,因,因,子,子,實(shí),實(shí),驗(yàn),驗(yàn),主,主,要,要,用,用,于,于實(shí),驗(yàn),驗(yàn),之,之,初,初,的,的,因,因,子,子,篩,篩,選,選,階,階,段,段，,在,在,隨,隨,后,后,的,的,實(shí),實(shí),驗(yàn),驗(yàn),中,中,對,對,那,那,些,些,被,被,識,識,別,別,為,為,重,重,要,要,的,的,因,因,子,子,再,再,進(jìn),進(jìn),行,行,更,更,為,為,深,深,入,入,的,的,研,研

19、,究,究,，,，,如,如,進(jìn),進(jìn),行,行,全,全,因,因,子,子,實(shí),實(shí),驗(yàn),驗(yàn),研,研,究,究,。,。,,,部,分,分,因,因,子,子,實(shí),實(shí),驗(yàn),驗(yàn),成,成,功,功,應(yīng),應(yīng),用,用,的,的,基,基,礎(chǔ),礎(chǔ),：,：,效,應(yīng),應(yīng),稀,稀,疏,疏,原,原,理,理：,當(dāng),當(dāng),有,有,很,很,多,多,變,變,量,量,時,時,，,，,系,系,統(tǒng),統(tǒng),或,或,過,過,程,程,很,很,可,可,能,能,被,被,少,少,數(shù),數(shù),幾,幾,個,個,主,主,要,要,因,因,子,子,和,和,低,低,階,階,交,交,互,互,作,作,用,用,所,所,主,主,宰,宰,，,，,即,即主,因,因,子,子,和,和,低,低,階,階

20、,交,交,互,互,作,作,用,用,真,真,正,正,影,影,響,響,過,過,程,程,質(zhì),質(zhì),量,量。,投影特,性,性：對于,一,一個部,分,分因子,實(shí),實(shí)驗(yàn)，,剔,剔除非,顯,顯著因,子,子后，,可,可投影到一個,更,更強(qiáng)的,由,由顯著,性,性因子,的,的子集組成的,全,全因子,實(shí),實(shí)驗(yàn)或,帶,帶仿行,的,的全因子,實(shí),實(shí)驗(yàn)中去。,實(shí)驗(yàn)的,序,序貫性：可以,將,將兩個,或,或多個,部,部分因,子,子實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)序貫（順序連,貫,貫）地組,合,合成一,個,個實(shí)驗(yàn),設(shè),設(shè)計(jì)，,用,用來估,計(jì),計(jì)所感,興,興趣的,因,因子效,應(yīng),應(yīng)和交,互,互作用,。,。,,,部分因,子,子實(shí)驗(yàn),的,的應(yīng)用,條,條

21、件：,影響因,子,子的個,數(shù),數(shù)在5,個,個以上,；,；,高階交,互,互作用,項(xiàng),項(xiàng)一般,不,不顯著,；,；,響應(yīng)輸,出,出和影,響,響因子,間,間是線,性,性關(guān)系,；,；,為了檢,查,查模型,是,是否存,在,在曲性,，,，也盡,量,量在模,型,型中增,加,加中心,點(diǎn),點(diǎn)；,部分因,子,子實(shí)驗(yàn),主,主要用,來,來篩選,顯,顯著因,子,子。,,,二、RSM簡,介,介,響應(yīng)曲,面,面方法(RSM:Response SurfaceMethodology),─,是數(shù)學(xué)方,法,法和統(tǒng)計(jì)方,法,法結(jié)合的,產(chǎn),產(chǎn)物，,是,是用來,對,對所感,興,興趣的,響,響應(yīng)受多個變,量,量的影響,的,的問題,進(jìn),進(jìn)行建

22、,模,模和分,析,析的，,其,其目的,是,是優(yōu)化,這,這個響,應(yīng),應(yīng)，是,一,一種尋優(yōu)的,方,方法。,RSM,是,是一個序貫方,法,法，首先,是,是確定,哪,哪些變,量,量或者,因,因子是,重,重要的,，,，把那,些,些不重,要,要的變,量,量刪除,掉,掉，留,下,下重要,的,的變量,，,，判斷,響,響應(yīng)值,離,離最優(yōu),點(diǎn),點(diǎn)的遠(yuǎn),近,近，若,響,響應(yīng)值,不,不是最,優(yōu),優(yōu)，通,過,過一系,列,列調(diào)整,把,把過程,變,變量向,著,著最優(yōu),值,值的方,向,向移動,。,。,,,響應(yīng)曲,面,面法與,全,全因子,實(shí),實(shí)驗(yàn)和,部,部分因,子,子實(shí)驗(yàn),的,的區(qū)別,：,：,,,第四節(jié),田,田,口,口方法,一

23、、田,口,口方法,簡,簡介,1.田,口,口方法,是一種,最,最新穎,、,、科學(xué),、,、有效,的,的穩(wěn)健性,優(yōu),優(yōu)化設(shè)計(jì)方,法,法，是,穩(wěn),穩(wěn)健性,設(shè),設(shè)計(jì)的,主,主要技,術(shù),術(shù)。,基本思,想,想─三,次,次設(shè)計(jì),：,：系統(tǒng)設(shè),計(jì),計(jì)、參數(shù)設(shè),計(jì),計(jì)、容差設(shè),計(jì),計(jì)。,,,穩(wěn)健性,設(shè),設(shè)計(jì)是,實(shí),實(shí)現(xiàn)低,成,成本、,高,高質(zhì)量,的,的有效,方,方法。,傳統(tǒng)的,設(shè),設(shè)計(jì)思,想,想認(rèn)為,：,：只有,用,用質(zhì)量,最,最好的,原,原材料,（,（零部,件,件），,才,才能組,裝,裝成質(zhì),量,量最好,的,的整機(jī),；,；只有,最,最嚴(yán)格,的,的工藝,條,條件才,能,能制造,出,出質(zhì)量,最,最好的,產(chǎn),產(chǎn)品。,

24、70年,代,代，世,界,界上技,術(shù),術(shù)先進(jìn),國,國家已,開,開始以,一,一種全,新,新的設(shè),計(jì),計(jì)概念,取,取代了,傳,傳統(tǒng)的,設(shè),設(shè)計(jì)思,想,想。設(shè),計(jì),計(jì)中心,思,思想是,采,采用最低廉,的,的元件,組,組裝成,品,品質(zhì)量,最,最好，,可,可靠性,最,最高的,整,整機(jī)；采用最,寬,寬松的,工,工藝條,件,件加工,出,出質(zhì)量,最,最好、,成,成本最,低,低、收,益,益最高,的,的產(chǎn)品。,其口號,是,是“用,三,三類元,件,件設(shè)計(jì),制,制造出,一,一類整,機(jī),機(jī)”。,,,在國際,市,市場上,占,占有最,大,大份額,的,的日本電,氣,氣產(chǎn)品以及美國三,大,大汽車,公,公司等都是,在,在這種,設(shè),

25、設(shè)計(jì)概,念,念下取,得,得了最,好,好的技,術(shù),術(shù)經(jīng)濟(jì),效,效果，在放寬,工,工藝要,求,求，降,低,低制造,成,成本的,條,條件下,制,制造出,高,高品質(zhì),的,的產(chǎn)品。,穩(wěn)健性,設(shè),設(shè)計(jì)是日本,著,著名的,質(zhì),質(zhì)量管,理,理專家田口玄,一,一博士于70年,代,代初創(chuàng),立,立的質(zhì),量,量管理,新,新技術(shù),。,。該理,論,論和方,法,法不僅,受,受到日,本,本同時,也,也受到,歐,歐美各,國,國應(yīng)用,統(tǒng),統(tǒng)計(jì)學(xué),家,家、質(zhì),量,量管理,專,專家、,工,工程設(shè),計(jì),計(jì)專家,和,和企業(yè),人,人士關(guān),注,注，并,在,在工程,實(shí),實(shí)際中,得,得到了,廣,廣泛應(yīng),用,用。因,而,而人們,將,將這種,方,方

26、法和,理,理論稱,之,之為“,田,田口方,法,法”。,,,據(jù)資料介紹，,日,日本數(shù)百家公,司,司每年應(yīng)用田,口,口方法完成10萬項(xiàng)左右的,實(shí),實(shí)例項(xiàng)目研究,，,，在不增加成本,的,的情況下，大,大,大提高了產(chǎn)品,設(shè),設(shè)計(jì)和制造質(zhì),量,量。,田口的穩(wěn)健性,設(shè),設(shè)計(jì)方法被日,本,本人作為日本,產(chǎn),產(chǎn)品打入國際,市,市場并暢銷不,衰,衰的奧妙之一,；,；是日本經(jīng)濟(jì)騰飛,的,的秘訣和成功,之,之道。,美國波音公司已采用田口方,法,法成功地進(jìn)行,了,了飛機(jī)尾翼設(shè),計(jì),計(jì)。,美國航空航天,局,局從94年開始,計(jì),計(jì)劃用3～4,年,年時間推行田,口,口方法，從對,高,高級領(lǐng)導(dǎo)人進(jìn),行,行培訓(xùn)、轉(zhuǎn)變,觀,觀念

27、入手，并,首,首先在航天飛,機(jī),機(jī)燃料儲箱設(shè),計(jì),計(jì)中應(yīng)用。,,,2.三次設(shè)計(jì),三次設(shè)計(jì)通常,有,有：,直接擇優(yōu)——指能夠根,據(jù),據(jù)某一數(shù)量化,的,的指標(biāo)，直接,判,判別設(shè)計(jì)條件,的,的優(yōu)劣，選擇優(yōu)良的設(shè),計(jì),計(jì)參數(shù)組合；,穩(wěn)定性擇優(yōu)——指在考慮,影,影響產(chǎn)品性能,指,指標(biāo)各因素都,有,有誤差波動的,情,情況下，先選,取,取好的條件和,參,參數(shù)組合、使,產(chǎn),產(chǎn)生的性能指標(biāo)盡可,能,能穩(wěn)定在設(shè)計(jì),的,的目標(biāo)值附近，再規(guī)劃各零部,件,件或參數(shù)的波,動,動幅度，使之在保證,產(chǎn),產(chǎn)品質(zhì)量的情,況,況下能充分照,顧,顧到質(zhì)量效益,。,。,,,(1)系統(tǒng)設(shè),計(jì),計(jì),指專業(yè)人員根,據(jù),據(jù)各個的技術(shù),領(lǐng),領(lǐng)

28、域的專門知,識,識，對產(chǎn)品進(jìn),行,行整個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè),計(jì),計(jì)，也就是通常,所,所說的產(chǎn)品質(zhì)量設(shè)計(jì)。,系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段,，,，需要求出產(chǎn),品,品的性能指標(biāo),與,與各有關(guān)參數(shù),之,之間的函數(shù)關(guān),系,系。,,,(2)參數(shù)設(shè),計(jì),計(jì),指在全系統(tǒng)設(shè),計(jì),計(jì)基礎(chǔ)上，決定或選定系,統(tǒng),統(tǒng)各參數(shù)的最,優(yōu),優(yōu)參數(shù)組合。要求不僅應(yīng),使,使產(chǎn)品有良好,性,性能，而且在,環(huán),環(huán)境改變或元,器,器件有所波動,劣,劣化的情況，,按,按照這種參數(shù),組,組合制造出來,的,的產(chǎn)品，在性,能,能上仍能保持穩(wěn)定。,,,(3)容差設(shè),計(jì),計(jì),參數(shù)設(shè)計(jì)后確,定,定了一組參數(shù),組,組合。但：,是否還能減少,參,參數(shù)波動幅度,使,使產(chǎn)品質(zhì)量特

29、,性,性更加穩(wěn)定？,是否可以適當(dāng),降,降低元器件精,度,度等級以降低,成,成本？,這兩個問題實(shí),質(zhì),質(zhì)上是確定適,當(dāng),當(dāng)?shù)脑骷?，以使產(chǎn)品的使用壽命周期,費(fèi),費(fèi)用最低。,,,3.引起產(chǎn)品,質(zhì),質(zhì)量波動的噪,聲,聲、干擾,引起產(chǎn)品質(zhì)量,波,波動或引起產(chǎn),品,品功能偏離目,標(biāo),標(biāo)值的原因來,自,自以下三方面,：,：,外噪聲：由于環(huán)境因,素,素與使用條件,變,變化，會使產(chǎn),品,品不能正常發(fā),揮,揮其功能，如,溫,溫度、濕度、,電,電源電壓等。,內(nèi)噪聲：產(chǎn)品在貯存,或,或使用中，由,于,于材料的老化,或,或零部件磨損,，,，其功能會逐,漸,漸發(fā)生變化。,隨機(jī)噪聲：按同一規(guī)格,和,和條件生產(chǎn)出,來,

30、來的一批產(chǎn)品,，,，在同樣的環(huán),境,境條件下使用,，,，各產(chǎn)品的質(zhì),量,量也會有差別,。,。,,,一般說來，抑,制,制隨機(jī)噪聲是,制,制造過程質(zhì)量,管,管理應(yīng)解決的,問,問題,；,減少內(nèi)、外噪,聲,聲的影響，則,主,主要是設(shè)計(jì)階,段,段應(yīng)考慮的問,題,題,；,三次設(shè)計(jì)正是,解,解決內(nèi)、外噪,聲,聲影響的問題,。,,,二、田口方法,的,的重要概念,1.損失函數(shù),質(zhì)量損失觀─質(zhì)量就是產(chǎn),品,品上市后給社會造成的,損,損失，質(zhì)量越好，損,失,失就越小。,損失函數(shù)把波動與經(jīng)濟(jì)損失聯(lián)系起來。,損失函數(shù)的形,式,式因質(zhì)量特性,的,的不同而有所,差,差異。,,,（1）望目(期望的目標(biāo))特性的損失,函,函數(shù),

31、y,─質(zhì)量特性值,，,，,m,─目標(biāo)值,當(dāng),y,≠,m,，｜,y,-,m,｜↑→損失↑,損失函數(shù)：,L,(,y,)=,L,(,m,+,y,-,m,),按泰勒公式展,開,開得書上P262，公式(9-25),最后得損失函,數(shù),數(shù)：,L,(,y,)=,k,(,y,-,m,),2,(9-26),,,不合格品損失,容差,喪失功能的損,失,失,功能界限,k,─比例系數(shù),或：,,,（2）望大特,性,性的損失函數(shù),目標(biāo)趨于無窮,大,大，損失函數(shù),：,：,L,(,y,)=,k,(1/,y,2,),,A,0,─顧客損失,y,0,─顧客容差,(9-27),,,（3）望小特,性,性的損失函數(shù),,,目標(biāo)為零，損,失,失

32、函數(shù)：,,L,(,y,)=,ky,2,A,0,─顧客損失,y,0,─顧客容差,(9-28),,,2.信噪比,信噪比（S/N）─作為評,價,價功能性的指,標(biāo),標(biāo)，用以度量質(zhì)量特征,值,值的穩(wěn)健程度。,y,～N(,μ，,б,2,),用,η,=,μ,2,/,б,2,—,來度量,y,的優(yōu)良性，稱為“信噪比”,希望：,μ,=,m,,,б,2,↓↓,變異系數(shù)：,V,=,б,/,μ,—,度量質(zhì)量特征,值,值的欠佳性。,1/,V,─,度量質(zhì)量特征,值,值的優(yōu)良性,,,分貝值的信噪,比,比：,η,的估計(jì)公式：,(dB),(9-32),(9-33),,,望大特性質(zhì)量,特,特征值,y,的信噪比：,望小特性質(zhì)量,特,特征值y的信,噪,噪比：,(9-34),(9-35),,,3.內(nèi)外表,影響因子：,可控因子—是指人們可,以,以控制其水平,變,變化的因子；,噪聲因子─是指不能控,制,制的因子。,內(nèi)外表安排實(shí),驗(yàn),驗(yàn)：在內(nèi)表中安排,可,可控因子，再將按不同水,平,平組合的噪聲,因,因子列外表中,如P265表9-35,表中：,1、2,—,代表因子的低,、,、高；,1、2、3,—,代表低、中、,高,高。,,,