一个六西格玛项目中的容差设计案例

1、一个六西格玛项目中的容差设计案例点击（2668） 评论（1） 类别（六西格玛） 发表于2006-10-11 12:55:09 注：本文主要介绍了一个六西格玛项目中的容差设计案例，原文从isixsigma的一篇文章翻译而来。 Six Sigma 项目中的容差设计By Liem FerryantoDPMO，即百万机会缺陷数是评估Six Sigman 项目，包括DMAIC和Six Sigmane 设计（DFSS）最常用的度量指标之一。这个度量方法是指产品中缺陷数占全部机会数的比例，并且机会数被标准化为百万机会。其中，缺陷是指未能满足产品或过程的规格标准或容差要求。容差应该在产品（或过程）的开发阶段确

2、定下来.，从而使产品（或过程）的装配组合更容易,并且能够以最小的调整实现它们应有的功能。合理的容差设计能够减小DPMO。而过紧的容差规格能确保实现功能要求，但会增加成本。过松的容差规格会带来低效的装配过程，为了达到要求不得不频繁返工。 容差的确定有两种：一种是传统的方法，依靠设计者的经验和感觉；另一种是依靠基于劣质成本的质量损失函数。质量损失函数法也被称为容差优化法。下面以一个隔圈放置的简单例子说明这两种方法的运用。问题陈述无线通讯PCB上的某些电子元件需要隔圈防护，并且防护隔圈必须放置在电子元件四周的金色线上，以免碰触或撞击元件。一旦碰到，将会干扰影响电子元件系统的功能。元件的防护效果取决于

3、： 防护隔圈定位于底板的位置变差 元件与四周金线的最小间距 PCB底板本身的位置偏移Figure 1: Modeling the Shield Gasket Issue在上图中，A表示设计意图：防护隔圈恰好位于金线中间，未碰到基带元件。B表示PCB底板相对防护圈发生位置偏移的情况。C表示防护隔圈定位的波动与B情况同时发生。在此例中，偏斜不被考虑。模型中的术语： XC-GT 基带元件与金线之间的间距； XH-GT 金线宽度的一半； XH-SG 防护隔圈宽度的一半； DPCB-SPCB底板的偏离位移； DSG 防护隔圈自身的偏离位移；理想的隔圈与元件间的间距应是，电子元件与金线的间距加上金线宽度与

4、隔圈宽度的差值的一半，即：X = XC-GT + (XH-GT XH-SG )而隔圈位置的偏离等于PCB相对防护圈的偏离位移加上防护隔圈自身的偏离位移，即：Deviation = DSG + DPCB-S如果隔圈位置的偏离小于等于X，防护隔圈就不会碰到基带原件，假设 X = 0.5 mm，则Deviation可近似定为0.5 mm传统方法：传统方法对于容差的确定是计算一个代数和(线性形式).Deviation = DSG + DPCB-S这个方程是很多传统容差设计方法的一般表达式，包括平方和开根法（RSS），极差法，等等。当Deviation 和deltas用方差代替, 这个方程即转化为RSS

5、方法。当 Deviation 和deltas用极差代替, 这个方程即转化为极差法。如果方程中各项的分布可以估计, 则可用Monte Carlo 仿真得到Deviation的统计量。在反复实验的基础上，现在的容差设计按以下几步进行：1. 在正常的生产条件下，某项容差将会分配到各个组成部分。在此例中，当隔圈定位位置的容差 (DSG)定为0.3 mm ，则根据上述方程，PCB底板的位移容差 (DPCB-S) 应等于 (0.5-0.3) mm ，即 0.2 mm； 2. 如果这种累加满足合理可行的标准，则设计完成； 3. 否则，需要对容差的分配进行修改。例如，根据实际生产过程的变差， DSG 小于0.

6、3 mm，而DPCB-S 大于0.2 mm； 4. 将各部分容差重新计算，然后累加；或是将总的容差重新分配到各个组成部分； 5. 如果这种累加满足标准，则完成容差的设计。上述程序取决于设计者考虑了哪些制约零件设计尺寸的变差来源，例如 加工过程能力 (零件间的变差)，老化趋势/周期，客户使用或工作周期，外部操作环境，以及内部运行环境/与内部其他零件系统的相互作用。损失函数法运用田口损失函数，可计算得到各部分的容差，如下式所示(see, e.g., Tolerance Design: A Handbook for Developing Optimal Specifications by C. M.

7、 Creveling, 1997, pages 237-238 and 229-232):隔圈定位位置偏移的容差：PCB底板偏离位移的容差：在上面公式中： DSG 隔圈自身位置偏移的容差； DPCB-S PCB底板偏离位移的容差； DDeviation 基带元件与PCB边线之间的最小间距； LDeviation 当元件与PCB边线之间的最小间距小于0.5mm时的损失；可能是安全问 题； LSG 当隔圈自身偏离位移在置信区间（隔圈偏移目标值+/- Dg）之外时的损失； LPCB-S 当PCB底板偏离位移在置信区间（PCB底板偏移目标值+/- Dg）之外时的损失； bSG ，bPCB-S DSG

8、，DPCB-S 分别对DDeviation的贡献率；如果能够确定LDeviation, LSG, L PCB-S,bSG 和bPCB-S ，则可利用上述方程确定容差DSG 和DPCB-S。 LDeviation 可看作防护圈碰触到元件时带来的安全问题以及相应的劣质成本；LSG 为隔圈不合格及返工带来的劣质成本；LPCB-S 为返工带来的劣质成本。bSG andbPCB-S可从生产或工程过程的历史数据中得到，如果找不到任何依据，可定为1。如果缺乏历史数据来估计bSG 和 bPCB-S，可通过基本的物理原理，或是利用实验设计的响应曲面来得出DSG 和DPCB-S 对DDeviation 的贡献率。可应用田口容差设计法(see, e.g., Quality Engineering Using Robust Design by M. S. Phadke, 1989, pages 202-205) 估计贡献率，把DSG 和DPCB-S 看作影响 DDeviation 的可变因子，而DDeviation 即为响应变量