質(zhì)量工程學(xué)的三個重要方法

1、 介紹質(zhì)量工程學(xué)三個重要方法l SPC統(tǒng)計過程控制l DOE實驗設(shè)計l FMEA故障模式與影響分析l QFD質(zhì)量功能展開l SPC統(tǒng)計過程控制在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)品的加工尺寸的波動是不可避免的。它是由人、機器、材料、方法和環(huán)境等基本因素的波動影響所致。波動分為兩種：正常波動和異常波動。正常波動是偶然性因素（不可避免因素）造成的。它對產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，在技術(shù)上難以消除，在經(jīng)濟上也不值得消除。異常波動是由系統(tǒng)原因（異常因素）造成的。它對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，但能夠采取措施避免和消除。過程控制的目的就是消除、避免異常波動，使過程處于正常波動狀態(tài)。統(tǒng)計過程控制（簡稱SPC）是一種借助數(shù)理統(tǒng)計方法的過程控制工具

2、。它對生產(chǎn)過程進行分析評價，根據(jù)反饋信息與時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響，使過程維持在僅受隨機性因素影響的受控狀態(tài)，以達到控制質(zhì)量的目的。它認(rèn)為，當(dāng)過程僅受隨機因素影響時，過程處于統(tǒng)計控制狀態(tài)（簡稱受控狀態(tài)）；當(dāng)過程中存在系統(tǒng)因素的影響時，過程處于統(tǒng)計失控狀態(tài)（簡稱失控狀態(tài)）。由于過程波動具有統(tǒng)計規(guī)律性，當(dāng)過程受控時，過程特性一般服從穩(wěn)定的隨機分布；而失控時，過程分布將發(fā)生改變。SPC正是利用過程波動的統(tǒng)計規(guī)律性對過程進行分析控制。因而，它強調(diào)過程在受控和有能力的狀態(tài)下運行，從而使產(chǎn)品和服務(wù)穩(wěn)定地滿足顧客的要求。實施SPC的過程一般分為兩大步驟：首先用SPC工具對過程進行分析

3、，如繪制分析用控制圖等；根據(jù)分析結(jié)果采取必要措施：可能需要消除過程中的系統(tǒng)性因素，也可能需要管理層的介入來減小過程的隨機波動以滿足過程能力的需求。第二步則是用控制圖對過程進行監(jiān)控?？刂茍D是SPC中最重要的工具。目前在實際量運用的是基于Shewhart原理的傳統(tǒng)控制圖，但控制圖不僅限于此。近年來又逐步發(fā)展了一些先進的控制工具，如對小波動進行監(jiān)控的EWMA和CUSUM控制圖，對小批量多品種生產(chǎn)過程進行控制的比例控制圖和目標(biāo)控制圖；對多重質(zhì)量特性進行控制的控制圖。（相關(guān)控制圖的介紹與應(yīng)用將在今后陸續(xù)推出）SPC源于上世紀(jì)二十年代，以美國Shewhart博士發(fā)明控制圖為標(biāo)志。自創(chuàng)立以來，即在工業(yè)和服務(wù)

4、等行業(yè)得到推廣應(yīng)用，自上世紀(jì)五十年代以來SPC在日本工業(yè)界的大量推廣應(yīng)用對日本產(chǎn)品質(zhì)量的崛起起到了至關(guān)重要的作用；上世紀(jì)八十年代以后，世界許多大公司紛紛在自己部積極推廣應(yīng)用SPC，而且對供應(yīng)商也提出了相應(yīng)要求。在ISO9000與QS9000中也提出了在生產(chǎn)控制中應(yīng)用SPC方法的要求。SPC非常適用于重復(fù)性生產(chǎn)過程。它能夠幫助我們1. 對過程作出可靠的評估。2. 確定過程的統(tǒng)計控制界限，判斷過程是否失控和過程是否有能力。3. 為過程提供一個早期報警系統(tǒng)，與時監(jiān)控過程的情況以防止廢品的發(fā)生。4. 減少對常規(guī)檢驗的依賴性，定時的觀察以與系統(tǒng)的測量方法替代了大量的檢測和驗證工作。SPC作為質(zhì)量改進的重

5、要工具，不僅適用于工業(yè)工程，也適用于服務(wù)等一切過程性的領(lǐng)域。在過程質(zhì)量改進的初期，SPC可幫助確定改進的機會，在改進階段完成后，可用SPC來評價改進的效果并對改進成果進行維持，然后在新的水平上進一步開展改進工作，以達到更強大、更穩(wěn)定的工作能力。l DOE實驗設(shè)計任何事物都可看作是一個過程。由于輸入的變化、各種干擾因素的影響以與各波動源之間可能存在的交互作用，使得過程的輸出變化不定。在大多數(shù)情況下，這種輸出的不穩(wěn)定會給我們帶來許多困擾，甚至損失。究竟是那些因素顯著地影響到輸出的波動？在什么條件下輸出能夠控制在理想的圍？實驗設(shè)計可以幫助我們解開其中之謎。實驗設(shè)計是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計為理論基礎(chǔ)，經(jīng)濟

6、地、科學(xué)地制定實驗方案以便對實驗數(shù)據(jù)進行有效的統(tǒng)計分析的數(shù)學(xué)理論和方法。其基本思想是英國統(tǒng)計學(xué)家R.A.Fisher在進行農(nóng)田實驗時提出的。他在實驗中發(fā)現(xiàn)，環(huán)干擾因素輸入輸出境條件難于嚴(yán)格控制，隨機誤差不可忽視，故提出對實驗方案必須作合理的安排，使實驗數(shù)據(jù)有合適的數(shù)學(xué)模型，以減少隨機誤差的影響，從而提高實驗結(jié)論的精度和可靠度，這就是實驗設(shè)計的基本思想。實驗設(shè)計過程可以分成實驗方案的設(shè)計和實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)分析兩部分。實驗方案的設(shè)計包括確定實驗指標(biāo)、選取因素、確定因素水平、建立實驗指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計實驗方案。實驗設(shè)計的方法種類很多，但為了提高實驗的準(zhǔn)確性和可靠性，都必須遵循三個基本原則：隨機化原則

7、、重復(fù)原則和局部控制原則。實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)分析是應(yīng)用線性代數(shù)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學(xué)工具對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，包括擬合模型、對模型的檢驗、實驗統(tǒng)計量的計算以與實驗經(jīng)過的解釋。在實際應(yīng)用中，實驗設(shè)計可以解決如下問題：1. 科學(xué)合理地安排實驗，從而減少實驗次數(shù)、縮短實驗周期，提高經(jīng)濟效益。2. 從眾多的影響因素中找出影響輸出的主要因素。3. 分析影響因素之間交互作用影響的大小。4. 分析實驗誤差的影響大小，提高實驗精度。5. 找出較優(yōu)的參數(shù)組合，并通過對實驗結(jié)果的分析、比較，找出達到最優(yōu)化方案進一步實驗的方向。6. 對最佳方案的輸出值進行預(yù)測。在上世紀(jì)三十、四十年代，英、美、等國對實驗設(shè)計方法進行

8、了進一步的研究，并將其逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，在冶金、建筑、紡織、機械、醫(yī)藥等行業(yè)都有應(yīng)用。二戰(zhàn)期間，英美等國在工業(yè)試驗中采用實驗設(shè)計法取得了顯著效果，戰(zhàn)后，日本將其作為管理技術(shù)之一從英美引進，對其的經(jīng)濟復(fù)起到了促進作用。今天，實驗設(shè)計已成為日本企業(yè)界人士、工程技術(shù)人員、研究人員和管理人員必備的一種通用技術(shù)。五十年代，田口玄一博士借鑒實驗設(shè)計法提出信噪比實驗設(shè)計，并逐步發(fā)展為以質(zhì)量損失函數(shù)、三次設(shè)計為基本思想的田口方法。八十年代，田口方法進入美國，得到了普遍關(guān)注。如今，實驗設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的工業(yè)過程改進和產(chǎn)品設(shè)計疇，廣泛地滲透到商業(yè)布局、商業(yè)列、廣告設(shè)計與產(chǎn)品包裝的應(yīng)用之中。

9、我國在六十年代就曾對實驗設(shè)計進行了研究和推廣，八十年代又引入了田口方法，取得了一定成效。但實驗設(shè)計作為一種質(zhì)量改進的有力武器，還尚未發(fā)揮出它的全部威力。l FMEA故障模式與影響分析在設(shè)計和制造產(chǎn)品時，通常有三道控制缺陷的防線：避免或消除故障起因、預(yù)先確定或檢測故障、減少故障的影響和后果。FMEA正是幫助我們從第一道防線就將缺陷消滅在搖籃之中的有效工具。FMEA是一種可靠性設(shè)計的重要方法。它實際上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影響分析）的組合。它對各種可能的風(fēng)險進行評價、分析，以便在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上消除這些風(fēng)險或?qū)⑦@些風(fēng)險減小到可接受的水平。與時性是成功實施FMEA的最重要因素之一，它

10、是一個“事前的行為”，而不是“事后的行為”。為達到最佳效益，F(xiàn)MEA必須在故障模式被納入產(chǎn)品之前進行。FMEA實際是一組系列化的活動，其過程包括：找出產(chǎn)品/過程中潛在的故障模式；根據(jù)相應(yīng)的評價體系對找出的潛在故障模式進行風(fēng)險量化評估；列出故障起因/機理，尋找預(yù)防或改進措施。由于產(chǎn)品故障可能與設(shè)計、制造過程、使用、承包商/供應(yīng)商以與服務(wù)有關(guān)，因此FMEA又細(xì)分為設(shè)計FMEA、過程FMEA、使用FMEA和服務(wù)FMEA四類。其中設(shè)計FMEA和過程FMEA最為常用。設(shè)計FMEA（也為d- FMEA）應(yīng)在一個設(shè)計概念形成之時或之前開始，并且在產(chǎn)品開發(fā)各階段中，當(dāng)設(shè)計有變化或得到其他信息時與時不斷地修改，

11、并在圖樣加工完成之前結(jié)束。其評價與分析的對象是最終的產(chǎn)品以與每個與之相關(guān)的系統(tǒng)、子系統(tǒng)和零部件。需要注意的是，d- FMEA在體現(xiàn)設(shè)計意圖的同時還應(yīng)保證制造或裝配能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計意圖。因此，雖然d- FMEA不是靠過程控制來克服設(shè)計中的缺陷，但其可以考慮制造/裝配過程術(shù)的/客觀的限制，從而為過程控制提供了良好的基礎(chǔ)。進行d- FMEA有助于：1. 設(shè)計要求與設(shè)計方案的相互權(quán)衡。2. 制造與裝配要求的最初設(shè)計。3. 提高在設(shè)計/開發(fā)過程中考慮潛在故障模式與其對系統(tǒng)和產(chǎn)品影響的可能性。4. 為制定全面、有效的設(shè)計試驗計劃和開發(fā)項目提供更多的信息。5. 建立一套改進設(shè)計和開發(fā)試驗的優(yōu)先控制系統(tǒng)。6. 為

12、將來分析研究現(xiàn)場情況、評價設(shè)計的更改以與開發(fā)更先進的設(shè)計提供參考。過程FMEA（也為p- FMEA）應(yīng)在生產(chǎn)工裝準(zhǔn)備之前、在過程可行性分析階段或之前開始，而且要考慮從單個零件到總成的所有制造過程。其評價與分析的對象是所有新的部件/過程、更改過的部件/過程與應(yīng)用或環(huán)境有變化的原有部件/過程。需注意的是，雖然p- FMEA不是靠改變產(chǎn)品設(shè)計來克服過程缺陷，但它要考慮與計劃的裝配過程有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計特性參數(shù)，以便最大限度地保證產(chǎn)品滿足用戶的要求和期望。p- FMEA一般包括下述容：1. 確定與產(chǎn)品相關(guān)的過程潛在故障模式。2. 評價故障對用戶的潛在影響。3. 確定潛在制造或裝配過程的故障起因，確定減少故

13、障發(fā)生或找出故障條件的過程控制變量。4. 編制潛在故障模式分級表，建立糾正措施的優(yōu)選體系。5. 將制造或裝配過程文件化。FMEA技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展十分迅速。上個世紀(jì)五十年代初，美國第一次將FMEA思想用于一種戰(zhàn)斗機操作系統(tǒng)的設(shè)計分析上，到六十年代中期，F(xiàn)MEA技術(shù)正式用于航天工業(yè)（APOLLO計劃）。1976年，美國國防部頒布了FMEA的軍用標(biāo)準(zhǔn)，但僅限于設(shè)計方面。70年代末，F(xiàn)MEA技術(shù)開始進入汽車工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域。80年代初，進入微電子工業(yè)。80年代中期，汽車工業(yè)開始應(yīng)用過程FMEA確認(rèn)其制造過程。到了1988年，美國聯(lián)邦航空局發(fā)布咨詢通報要求所有航空系統(tǒng)的設(shè)計與分析都必須使用FMEA。19

14、91年，ISO-9000推薦使用FMEA提高產(chǎn)品和過程的設(shè)計。1994年，F(xiàn)MEA又成為QS-9000的認(rèn)證要求。目前，F(xiàn)MEA已在 工程實踐中形成了一套科學(xué)而完整的分析方法。l QFD質(zhì)量功能展開在“用戶就是上帝”的今天，不斷滿足用戶的需求已成為各公司致力的目標(biāo)，QFD正是一種以市場為導(dǎo)向、以用戶需求為依據(jù)的強有力的計劃方法。曾有人這樣評價QFD：“一種系統(tǒng)的方法，它保證產(chǎn)品特性、特征和規(guī)的開發(fā)、以與工藝設(shè)備、方法和控制的選擇與制訂都是由用戶或市場的要求來驅(qū)動的。”QFD可以看成由設(shè)計、零部件、工序、生產(chǎn)四個階段組成的過程，該過程是通過一系列矩陣和圖表來完成，這些矩陣和圖表依據(jù)“下道工序是上

15、道工序的用戶”的原則，將用戶需求和有關(guān)的技術(shù)要求從產(chǎn)品規(guī)劃和產(chǎn)品設(shè)計展開至工藝計劃和車間級的工作。設(shè)計階段：在設(shè)計階段，通過質(zhì)量屋矩陣將用戶要求轉(zhuǎn)化為對產(chǎn)品的設(shè)計要求或服務(wù)要求，并找出相對重要的要求。質(zhì)量屋矩陣是一個用于描述用戶需求、相關(guān)的設(shè)計要求、目標(biāo)值和產(chǎn)品競爭力評估的產(chǎn)品規(guī)劃矩陣，由于其形狀象個房屋，故被稱為質(zhì)量屋。質(zhì)量屋包括以下幾個部分：1. 相關(guān)矩陣：表明各方式間的相關(guān)性。2. 方式：實現(xiàn)用戶要求的設(shè)計方法。3. 預(yù)期目標(biāo)：決定一個方式是否可量化的預(yù)先的篩選標(biāo)準(zhǔn)。4. 用戶要求：由用戶確定的產(chǎn)品或服務(wù)的特性。5. 重要性分值：對用戶的各項要求進行定量評分，以反映該項目對用戶的相對重要

16、性。6. 關(guān)系矩陣：描述用戶要求與實現(xiàn)這一要求的方法之間的關(guān)系程度。7. 用戶競爭性評估：衡量用戶對競爭性產(chǎn)品或服務(wù)的看法。8. 技術(shù)競爭性評估：對公司采用的各種方法的工程技術(shù)規(guī)格以與競爭對手的技術(shù)規(guī)格的評估。9. 可能性因素：表明公司采取每種方法的難易程度或價值。10. 絕對數(shù)：根據(jù)關(guān)系矩陣中確定的相關(guān)性，對各個設(shè)計要求的加權(quán)評分。11. 相對數(shù)：根據(jù)絕對數(shù)對各種方法進行排序。零部件階段：在此階段，根據(jù)第一階段所確定的重要的設(shè)計要求確定對零部件的要求。這些要求與用戶定義的產(chǎn)品要求有強烈的關(guān)系。過程設(shè)計階段：根據(jù)對零部件的要求確定過程。本階段所確定的過程將最佳地實現(xiàn)用戶對產(chǎn)品的特定要求。生產(chǎn)階段：根據(jù)過程要求形成生產(chǎn)要求。這一過程決定的生產(chǎn)方法能夠使公司生產(chǎn)。QFD作為一種強有力的工具被廣泛用于各領(lǐng)域，如設(shè)計、戰(zhàn)略計劃、質(zhì)量改進、產(chǎn)品與服務(wù)的拓展。它帶給我們的最直接的益處是縮短周期、降低成本、提高質(zhì)量。更為重要的是，它改變了傳統(tǒng)的質(zhì)量管理思想，即從后期的反應(yīng)式的質(zhì)量控制向早期的預(yù)防式質(zhì)量控制的轉(zhuǎn)變。你還會發(fā)現(xiàn)，它能幫助我