田口玄一方法

田口方法1、什么是田口方法田口方法是由日本質(zhì)量工程學(xué)家田口玄一博士于20世紀(jì)70年代創(chuàng)立的新的優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，主要用于技術(shù)開發(fā)，產(chǎn)品開發(fā)，工藝開發(fā)。

2、田口博士的品質(zhì)觀

田口方法是一種低成本、高效益的質(zhì)量工程方法，它強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品質(zhì)量的提高不是通過檢驗(yàn)，而是通過設(shè)計(jì)。

田口玄一博士在多年研究和實(shí)踐的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了關(guān)于質(zhì)量的定義：“所謂質(zhì)量，是指產(chǎn)品上市后給社會(huì)帶來的損失。但是功能本身所產(chǎn)生的損失除外?！?/p>

田口博士將質(zhì)量分為二類：

第一類是顧客要的，包括機(jī)能本身、外觀、產(chǎn)品種類、售價(jià)等相關(guān)議題；

第二類是顧客不要的，例如社會(huì)損失、失效、缺點(diǎn)、污染、機(jī)能變異等。

第一類的質(zhì)量與顧客個(gè)人的所得收入與價(jià)值觀有關(guān)，這方面的質(zhì)量問題不是工程師所能決定的，它是取決于公司的產(chǎn)品策略。

第二類的質(zhì)量問題正是工程師所要改善的，它對(duì)于市場(chǎng)占有率有著重要的影響，并可提升出口市場(chǎng)的競爭力。

田口方法就是要研究如何預(yù)防失效、如何降低變異、如何降低成本等問題。田口博士還進(jìn)一步提出了以質(zhì)量損失來評(píng)價(jià)質(zhì)量水平的概念和減少質(zhì)量損失的方法。在此基礎(chǔ)上，引發(fā)了以減少質(zhì)量波動(dòng)、提高產(chǎn)品健壯性為目標(biāo)的設(shè)計(jì)思想的重大變革，產(chǎn)生了極具創(chuàng)造性的以參數(shù)設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)方法為主的線外質(zhì)量管理方法，和以對(duì)質(zhì)量特性、過程反饋控制，對(duì)過程診斷、調(diào)節(jié)等方法為主的線內(nèi)質(zhì)量管理問世，田口的線內(nèi)外質(zhì)量管理方法在歐美統(tǒng)稱為“田口方法”。線外質(zhì)量工程:用于研究產(chǎn)品和工藝開發(fā)設(shè)計(jì)；線內(nèi)質(zhì)量工程：用于生產(chǎn)過程。3、田口方法的基本思想

田口方法從田口的質(zhì)量概念出發(fā)，研究了開發(fā)設(shè)計(jì)階段的線外質(zhì)量管理和生產(chǎn)制造階段的線內(nèi)質(zhì)量管理。該方法的基本思想是利用正交表安排實(shí)驗(yàn)方案，用誤差因素模擬各種干擾，以信噪比（SN比）作為衡量產(chǎn)品質(zhì)量特性穩(wěn)健性的指標(biāo)，用廉價(jià)元部件組裝質(zhì)量上乘、性能可靠的產(chǎn)品。田口博士認(rèn)為，無論設(shè)計(jì)一個(gè)新產(chǎn)品還是一種新工藝，都可以分為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)三個(gè)階段（即產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)）進(jìn)行。其中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要是系統(tǒng)地提出初始的總體設(shè)計(jì)方案；參數(shù)設(shè)計(jì)是探求最佳的參數(shù)組合，提高產(chǎn)品性能穩(wěn)定性；容差設(shè)計(jì)主要是為關(guān)鍵件確定合理的容差（公差）范圍。產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)法1、產(chǎn)品三次設(shè)計(jì)法簡述三次設(shè)計(jì)是在２０世紀(jì)７０年代由日本質(zhì)量管理專家田口玄一提出的，包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)（第一次設(shè)計(jì)）、參數(shù)設(shè)計(jì)（第二次設(shè)計(jì)）和容差設(shè)計(jì)（第三次設(shè)計(jì)）。它是一種優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要用于質(zhì)量管理前期的技術(shù)開發(fā)、產(chǎn)品開發(fā)、工藝開發(fā)，從而可提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低成本，縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期。三次設(shè)計(jì)是田口質(zhì)量管理理論體系中線外質(zhì)量控制的主要內(nèi)容。2、三次設(shè)計(jì)思想

以顧客的要求為設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)等方法優(yōu)化設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)階段做好質(zhì)量管理，把問題消除在設(shè)計(jì)階段，以最經(jīng)濟(jì)的手段獲得高質(zhì)量、高可靠性、穩(wěn)健的產(chǎn)品。3、質(zhì)量損失函數(shù)的近似表達(dá)式

質(zhì)量數(shù)據(jù)的重要特征之一是它的波動(dòng)性。由同一名工人，在同一臺(tái)機(jī)床上按照同一標(biāo)準(zhǔn)和工藝方法加工同樣的零件，其質(zhì)量特性值是有差異的。用這樣的零件組裝整機(jī)產(chǎn)品，在使用中輸出的功能特性值也是變化的。這種波動(dòng)一般稱為質(zhì)量特性值波動(dòng)，簡稱質(zhì)量波動(dòng)。引起產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)的原因稱為質(zhì)量干擾。質(zhì)量干擾分為三種：外部干擾、內(nèi)部干擾和隨機(jī)干擾。外部干擾：溫度、濕度、照明、材質(zhì)、塵埃、電壓、人的因素等的變化引起的。內(nèi)部干擾：零部件在庫存或使用中的劣化，如老化、磨損、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)改變等內(nèi)在因素引起的。隨機(jī)干擾：所謂優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品就是抗上述三種干擾的能力強(qiáng)，即在承受三種干擾的情況下，仍能保持質(zhì)量特性波動(dòng)小、穩(wěn)定性好、可靠性高。工序質(zhì)量控制通常只能減少隨機(jī)干擾引起的質(zhì)量特性的被動(dòng)，而運(yùn)用三次設(shè)計(jì)技術(shù)才能同時(shí)衰減三種干擾的影響。

質(zhì)量波動(dòng)可分為正常波動(dòng)和異常波動(dòng)。因此，質(zhì)量波動(dòng)損失，不僅包括異常波動(dòng)損失，而且還包括正常波動(dòng)的損失。進(jìn)一步說，無論產(chǎn)品質(zhì)量特性值的波動(dòng)是否超出標(biāo)準(zhǔn)界限或容許范圍，只要偏離目標(biāo)值時(shí)，都將給用戶或社會(huì)帶來損失。為了計(jì)算損失的大小。我們建立質(zhì)量波動(dòng)的損失函數(shù)，簡稱質(zhì)量損失函數(shù)。

設(shè)

為產(chǎn)品目標(biāo)值，

為容差（容差：我們把零部件產(chǎn)品的質(zhì)量特性值得容許變化范圍稱為公差，公差的一半稱為容差。），則產(chǎn)品質(zhì)量特性值的標(biāo)準(zhǔn)值為

:(1)

式(1)表明，容許產(chǎn)品質(zhì)量特性值

圍繞

有

的波動(dòng)。也就是說，只要波動(dòng)不超過

就是良品，否則就是不良品。設(shè)質(zhì)量波動(dòng)超過

作為不良品處理，給工廠帶來的損失為A元，超過

作為良品出廠或流入下道工序，給用戶或工廠帶來的損失為D元，未超過

作為良品，由于質(zhì)量波動(dòng)，使得質(zhì)量特性值Y偏離目標(biāo)值

，給用戶帶來的損失為W元。顯然，D>A>W(元)。質(zhì)量特性值為

的產(chǎn)品，出廠后給用戶造成的損失為

。若

等于目標(biāo)值

時(shí)，

為最小，設(shè)此時(shí)損失為零，即當(dāng)

時(shí)

(2)同時(shí)，當(dāng)

時(shí)，由于

的值取極小值，所以這時(shí)損失函數(shù)導(dǎo)數(shù)也為零，即

(3)當(dāng)質(zhì)量特性值

偏差達(dá)到

時(shí)，由于

(4)圍繞目標(biāo)值

，對(duì)損失函數(shù)作泰勒展開可得(5)

由

可知，若將三次以上的微分項(xiàng)忽略，又令

，則上式可近似地表示為：(6)式(6)稱為質(zhì)量波動(dòng)的損失函數(shù)表達(dá)式。式（6）稱為質(zhì)量波動(dòng)的損失函數(shù)表達(dá)式，由于

是不依賴于y的常數(shù)，那么質(zhì)量損失函數(shù)在

附近近似地等于一條二次拋物線，如右圖所示。式（6）中的

和

的求法如下：

由式(4)和式（6)可得(7)對(duì)于大量生產(chǎn)來說，

可用觀測(cè)值

與目標(biāo)值

之差的平方和之平均計(jì)算：(8)其中，

為方差，表示產(chǎn)品質(zhì)量特性值分散的情況。由式（6）和式（8）(9)對(duì)于單件小批生產(chǎn)來說，可用觀測(cè)值與目標(biāo)值之差的平方計(jì)算：(10)由上式得(11)式(8)和式(11)與通常所用的的計(jì)算式不同，(12)式(12)著眼于觀測(cè)值與樣本平均值之偏差，而式(8)和式(11)著眼于本觀測(cè)值與目標(biāo)值之偏差。4、信噪(SN)比及其定義式

一信噪比的提出

信噪(SN)比是一個(gè)通信學(xué)中的一個(gè)概念，是指接收到的信號(hào)（其中含有噪聲）之中，有用信號(hào)的功率同噪聲功率的比值即：

信噪比越大越好。信噪比試驗(yàn)設(shè)計(jì)是正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的新發(fā)展，是尋找較優(yōu)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、較好的工藝參數(shù)搭配和最宜生產(chǎn)條件的一種現(xiàn)代試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法和質(zhì)量管理優(yōu)化技術(shù)。

信噪比設(shè)計(jì)是日本的田口玄一博士首先提出的，他把信噪比的概念引入試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)，用于系統(tǒng)或產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、計(jì)量測(cè)試的誤差分析、動(dòng)態(tài)特性的評(píng)價(jià)以及工藝設(shè)計(jì)中的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)等，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中取得顯著的實(shí)效，解決了很多實(shí)際問題。

二信噪比的定義式在測(cè)量過程中，測(cè)量質(zhì)量特性值較大的產(chǎn)品，其絕對(duì)誤差較大；測(cè)量質(zhì)量特性值較小的產(chǎn)品，其絕對(duì)誤差較小。

標(biāo)準(zhǔn)偏差或極差，反映質(zhì)量特性值波動(dòng)的絕對(duì)值大小，而實(shí)際測(cè)量中，還應(yīng)考慮質(zhì)量特性值相對(duì)波動(dòng)大小。事實(shí)上，方差是隨著平均值的變化而變化的，為了表示方差的這種相對(duì)變化量，對(duì)于非負(fù)量（如重量、強(qiáng)度等），采用變異系數(shù)CV來表示：

上式中，

是由于試驗(yàn)或測(cè)量中，誤差因素存在而產(chǎn)生的表征數(shù)據(jù)的分散度的統(tǒng)計(jì)特征值故稱為誤差標(biāo)準(zhǔn)差，其方差則稱為誤差方差。

CV大小由標(biāo)準(zhǔn)差與均值的比值決定。產(chǎn)品特性值越分散，即越大，則CV值也越大，說明產(chǎn)品質(zhì)量越差；反之，則CV值越小，說明產(chǎn)品質(zhì)量越好。因此，變異系數(shù)CV是衡量產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)劣程度的一個(gè)指標(biāo)。若采書變異系數(shù)CV的倒數(shù)，即

越大，產(chǎn)品的質(zhì)量分散度越小，質(zhì)量越好。反之，質(zhì)量越差。變異系數(shù)CV表示產(chǎn)品質(zhì)量特性值的不穩(wěn)定程度，或者說不良程度；表示產(chǎn)品質(zhì)量特性值的穩(wěn)定程度，或者說優(yōu)良程度。在正交試驗(yàn)中，n種試驗(yàn)條件下，測(cè)得試驗(yàn)數(shù)據(jù)為y1、y2、…yn則其平均值及方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差的計(jì)算式為:定義：為信噪比試驗(yàn)中的信噪比（即SN比）,這是因?yàn)闃颖酒骄凳强傮w均值的一個(gè)估計(jì)，其中有誤差的存在，上式定義只是為了更加方便、準(zhǔn)確地對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。實(shí)際上通常采用分貝值來表示信噪比，即：信噪比計(jì)算式的幾種類型

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，一般把產(chǎn)品的質(zhì)量特性值分為如下幾種：

1．望目特性值：質(zhì)量特性值存在固定的目標(biāo)值m0。()，希望特性值圍繞目標(biāo)值波動(dòng)且波動(dòng)越小越好。例如，零件的幾何尺寸，穩(wěn)壓電源的輸出電源等。

2．望小特性值：質(zhì)量特性值不取負(fù)值，希望特性值越小越好，且波動(dòng)越小越好。其期望值為0，如測(cè)量誤差等。

3．望大特性值：質(zhì)量特性值不取負(fù)值，希望特性值越大越好，且波動(dòng)越小超好。其期望值無限大，即E(m0)＝。例如，材料的強(qiáng)度，電視機(jī)壽命等。上述望目、望小、望大特性值統(tǒng)稱為靜態(tài)特性值。

4．動(dòng)態(tài)特性值：

質(zhì)量特性值存在可變的目標(biāo)值，當(dāng)施以信號(hào)時(shí)，目標(biāo)值隨之改變希望特性值盡可能同目標(biāo)值吻合且偏差越小越好。例如，司機(jī)有了轉(zhuǎn)彎的念頭并確定目標(biāo)值后，就操縱方向盤轉(zhuǎn)彎，方向盤的轉(zhuǎn)向角是信號(hào)因素，轉(zhuǎn)彎半徑就是動(dòng)態(tài)特性值。在SN比試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，針對(duì)產(chǎn)品要求不同的質(zhì)量特性值，SN比計(jì)算式將采取不同的表達(dá)式。望目特征值的SN比的計(jì)算設(shè)產(chǎn)品質(zhì)量特性值y是一個(gè)隨機(jī)變，的無偏估計(jì)分別是但不是的無偏估計(jì)，兩者之間有誤差。經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)理論的一系列推導(dǎo)，可以得出：

若令：則：

式中：

代入SN計(jì)算公式有（望目特性值SN比計(jì)算式）：

二望小、望大特性值的SN比計(jì)算式望小特征值的SN比為：

望大特征值的SN比的計(jì)算式：5、產(chǎn)品設(shè)計(jì)的三個(gè)階段三次設(shè)計(jì)即三階段設(shè)計(jì)：1、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

——

對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行整體的系統(tǒng)和整個(gè)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，

——

主要由專業(yè)技術(shù)人員完成。

2、參數(shù)設(shè)計(jì)

——

決定系統(tǒng)中各參數(shù)的選擇，使產(chǎn)品的性能就既能達(dá)到目標(biāo)值，又使它在各種條件下波動(dòng)小，穩(wěn)定性好。

3、容差設(shè)計(jì)

——

要使產(chǎn)品性能接近目標(biāo)值，元件的容差應(yīng)是多少為宜。系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一次設(shè)計(jì)）

系統(tǒng)設(shè)計(jì)也稱為一次設(shè)計(jì)，即傳統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的在于選擇一個(gè)基本模型系統(tǒng)，確定產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品達(dá)到所要求的功能。它包括材料、元件、零件的選擇以及零部件的組裝系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：1.系統(tǒng)選擇。考慮具有相同功能的各種系統(tǒng)，從中選擇與功能目標(biāo)一致的系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)可以是已經(jīng)存在的系統(tǒng)，也可能是新開發(fā)的系統(tǒng)。選擇時(shí)要特別注意研究產(chǎn)品規(guī)劃中所確定的產(chǎn)品的功能、價(jià)格和壽命等要求，如果會(huì)導(dǎo)致人身安全和重大財(cái)產(chǎn)損失，還應(yīng)考慮安全設(shè)計(jì)。2.把功能目標(biāo)轉(zhuǎn)化成可以進(jìn)行設(shè)計(jì)的具體要求。根據(jù)功能目標(biāo)要求，確定產(chǎn)品的質(zhì)量特性、質(zhì)量特性目標(biāo)值。3.產(chǎn)品總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括產(chǎn)品各組成部分，即系統(tǒng)、分系統(tǒng)、組件、零部件的設(shè)計(jì)，以保證產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)。參數(shù)設(shè)計(jì)（二次設(shè)計(jì)）

參數(shù)設(shè)計(jì)又稱為二次設(shè)計(jì)。參數(shù)設(shè)計(jì)的基本思想是，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所確定的所有參數(shù)，通過正交表來安排實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用誤差因素來模擬各種干擾，運(yùn)用信噪比和靈敏度來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過多因素的優(yōu)選方法，來考察三種干擾（內(nèi)干擾、外干擾和產(chǎn)品間波動(dòng)）對(duì)系統(tǒng)質(zhì)量特性的影響，尋求最佳的參數(shù)組合，以求得抗干擾性最佳的設(shè)計(jì)方案，使系統(tǒng)質(zhì)量特性波動(dòng)小、穩(wěn)健性好、而且價(jià)格低廉。參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是運(yùn)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是整個(gè)設(shè)計(jì)過程中的核心階段。參數(shù)設(shè)計(jì)的步驟：

1.明確問題，篩選出主要的影響因素，并估計(jì)其交互作用，列出不可控因素，選擇因素水平；

2.控制因素選用正交表設(shè)計(jì)，確定試驗(yàn)方案；

3.將不可控因素作為干擾條件進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)；

4.進(jìn)行數(shù)據(jù)分析；

5.確定性能優(yōu)良同時(shí)能抗干擾參數(shù)最佳組合方案。參數(shù)設(shè)計(jì)的益處：克服缺乏產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性衡量指標(biāo)的缺點(diǎn)確定影響品質(zhì)穩(wěn)定性的關(guān)鍵參數(shù)，制定優(yōu)化參數(shù)的戰(zhàn)略不增加成本的情況下提高品質(zhì)穩(wěn)定性容差設(shè)計(jì)（三次設(shè)計(jì)）

容差設(shè)計(jì)又稱公差設(shè)計(jì)，它是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)后，完成了最佳參數(shù)組合的選擇，并決定了參數(shù)組合的中心值，以各參數(shù)水平的波動(dòng)范圍和誤差因素去決定容差的設(shè)計(jì)過程。其主要方法仍然采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)法。

容差設(shè)計(jì)的任務(wù)．是針對(duì)主要的誤差因素，選擇波動(dòng)較小的優(yōu)質(zhì)元器件、零部件以減少質(zhì)量持性的波動(dòng)，對(duì)非主要誤差因素，選用低質(zhì)元件，以降低成本。但這將會(huì)導(dǎo)致成本提高。所以，只有當(dāng)參數(shù)設(shè)計(jì)后