质量工程学第七章质量功能展开与可靠性设计ppt课件

1、第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) 第二节 可靠性设计 第三节 失效方式与影响分析FMEA第四节 缺点树分析FAT. 第一节 质量功能展开(QFD) 主要内容：质量功能展开QFD Quality Function Deployment 的根本原理；质量屋HOQ的构成。QFD实例第七章 质量功能展开与可靠性设计.一、质量功能展开概述1、QFD的概念：质量功能展开(Quality Function Deployment, QFD)是一种立足于在产品开发过程中最大限制地满足顾客需求的系统化、用户驱动式的质量保证方法。了解顾客要求谋划成产品产品满足顾客要求QFD第七章 质量

2、功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .2、产生：QFD于60年代初来源于日本，进入80年代以后逐渐得到欧美各兴隆国家的注重并得到广泛运用。实例： QFD来源于日本三菱重工，为了保证建造复杂货轮的每一个步骤都适宜客户的详细要求。1966，赤尾洋二教授提出了QFD设计实际方法。丰田公司于70年代采用QFD后，其新产品开发本钱下降了61%，开发周期缩短了1/3，产质量量也得到了相应的改良。3、运用领域及公司：可适于各行业运用。 福特公司、通用汽车公司、克莱思勒公司、 惠普公司、麦道公司、 施乐公司、电报公司等都相继采用了QFD。第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(Q

3、FD) .二、QFD的原理1、 QFD过程原理 目前尚没有一致的QFD定义。但对QFD的一些认识是共同的。质量功能展开过程由产品规划、零件展开、过程方案和消费方案四个阶段组成。这四个阶段是一个并行过程，经过这些过程，顾客需求被逐渐展开成为设计要求、零件特性、制造作业和消费要求。 质量功能展开主要采用质量屋于House of Quality,HOQ的根本构造。利用质量屋将顾客需求逐层展开，确定提高顾客称心度的关键质量特性，确定影响关键质量特性的关键零部件，确定影响关键零部件的关键工艺过程，确定关键工艺的关键消费要求与保证手段 第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .2、

4、系统的质量功能配置过程及其特点 由前面的表达可知，产品开发各阶段质量屋的建立目的是进展需求变换。产品规划阶段：来自市场顾客的原始需求,由产品规划阶段质量屋转换成为工程特征要求，即通常意义上的工程设计目的要求；零件展开阶段：工程特征要求经零部件设计阶段质量屋转换成零部件特征要求；工艺方案阶段：零部件特征要求由过程方案阶段质量屋转换成对制造工艺的要求；消费方案阶段：制造工艺要求最后由消费方案阶段的质量屋转换成详细的消费要求。 市场顾客需求经过一系列的转换最终由消费要求来满足。这一系列的需求转换过程就是系统的QFD技术过程第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .产品规划矩阵

5、顾客需求产品技术需求产品规划零件规划矩阵产品技术需求关键零件特性零件展开工艺规划矩阵关键零件特性关键工序工艺方案工艺/质量控制矩阵关键工序关键工艺/质量控制参数消费方案第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .要求质量和质量特性之间的关系矩阵 要求质量市场竞争才干评价技术竞争才干评价质量特性质量特性之间的相关程度 方案质量要求质量重要度设计质量质量特性重要度3、质量屋的构造第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .顾客需求质量；经过市场调研得到的顾客直接的质量要求，顾客质量要求应分层，并确定权重； 质量特性：产品详细的工程质量特性；关系矩阵：用于

6、表示顾客质量要求与工程技术人员提出质量特性之间的相互关系程度； 相关矩阵：用于表示质量特性之间的相互关系程度；质量谋划/方案质量：对于顾客质量要求，比较本企业与其他竞争企业的竞争才干，从而调整顾客要求为方案质量。设计质量：对于质量特性，比较本企业与其他竞争企业的竞争才干，规定设计质量目的。关系矩阵质量谋划质量特性需求质量设计质量相关矩阵第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .4、质量屋举例第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .三、QFD在减速箱研制过程中的运用 减速箱是机械传动中很常用的一种安装，它的质量可以影响到整个设备的任务情况。下面以

7、减速箱为例，阐明QFD在其设计质量控制中的运用。第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .经过调查、分析和整理后的减速箱顾客需求4功能要求经济性可靠性9结 构性 能价 格外形尺寸小承载才干大密封性好速度变化小振动噪声低价钱适中传动效率高维修方便平安可靠运用寿命长效 率无缺点性耐用性维修性55686987维修性第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .1、产品规划矩阵.2、零件规划零件规划矩阵仅包括了矩阵的几个根本组成部分，即技术需求、关键零件特性、关系矩阵和关键零件特性目的值。 零件规划矩阵的开发过程同产品规划矩阵根本一样。值得留意的是：由于QF

8、D的分解过程同产品设计的相关过程是并行交叉进展的，关键零件特性只需在产品设计方案确定之后才干确定。因此，在进展零件规划之前先应选择能满足顾客需求的产品最正确设计方案。第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .零件规划矩阵.3、工艺规划矩阵 工艺规划矩阵的开发步骤同零件规划矩阵也是根本类似，从零件规划矩阵是选择的关键零件特性被配置到工艺规划矩阵中，成为工艺规划矩阵的输入。 第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .工艺规划矩阵包含以下两个条件的工艺特性：(1)它们是关键工艺过程中的一些工艺特性；(2)它们是直接针对工艺规划矩阵的关键零件特性而设置的

9、。 但在实践运用时，当企业在进展工艺规划时，它们能够希望对整个工艺进展研讨，而不局限于上述范围。 第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .工艺规划矩阵.4、质量控制规划 从目前的国外运用实际来看，各个企业在质量控制规划阶段所采用的QFD矩阵差别很大，几乎没有构成一个比较规范的格式。出现这种情况其实也是正常的，由于企业消费产品类型、消费规模、技术力量、设备情况以及其它各种要素的影响，其质量控制方法和体系也就大不一样。 质量控制规划矩阵样表第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) 关键工艺步骤关键工艺参数控制点控制方法样本容量检验方法. 实践上，QF

10、D的矩阵构造与分解方式可以是多种多样的。因此，与其说QFD是一种方法，倒不如说它是一种思想，是一种在产品开发过程中，将用户的呼声转换为质量特性、产品构型、设计参数和技术特性及制造过程参数等的一种思想。QFD涉及到多方面的实际与方法，如设计、测试、制造、本钱、可靠性以及市场学等。同时QFD还涉及企业管理方式、企业文化甚至地域文化习惯等。在企业中要开展QFD，除了技术、设备及人力资源的配备外，还需求进展企业文化的变卦以及对企业全体员工的宣传教育。企业在运用QFD后，一定会收到良好的收益。 第七章 质量功能展开与可靠性设计第一节 质量功能展开(QFD) .第二节 可靠性设计主要内容：可靠性根本概念；

11、可靠性目的；系统可靠性设计。第七章 质量功能展开与可靠性设计.表1-1 复杂性对系统可靠性的影响组成系统部件个数单个部件可靠性99.999%99.99%99.9%99.0%系统可靠性10100250500100010000100000100000099.99%99.90%99.75%99.50%99.01%90.48%36.79%0.1%99.90%99.01%97.53%95.12%90.48%36.79%0.1%0.1%99.80%90.48%77.87%60.64%36.77%0.1%0.1%0.1%90.44%36.60%8.11%0.66%0.1%0.1%0.1%0.1%第七章 质量

12、功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计一、可靠性概念.可靠性定义：指产品包括零件和元器件、整机设备、系统在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的才干。可靠性涉及产品、规定条件、规定时间、规定功能和才干五种要素，但中心是规定的时间。必需明确产品可靠性所规定的条件 必需明确所规定的时间 必需明确产品所需完成规定的功能 必需明确产品可靠性研讨的对象 第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.二、可靠性目的衡量产品可靠性的目的很多，各目的之间有着亲密联络，其中最主要的有四个，即：可靠度R (t)、不可靠度(或称缺点概率)F (t)、缺点密度函数f (t)平均寿命MTTF( 可修复产品MTB

13、F)缺点率(t)。 第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计. 1可靠度可靠度：产品在一定条件下和一定时间t内不发生缺点而完成规定功能的概率称为产品的可靠度，记为R(t)。假设用随机变量T表示产品从开场任务到发生失效或缺点的时间，假设用t表示某一指定时辰。显然：可靠度函数R(t)可以看作事件“Tt的概率， R(t)P (T t)第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.可靠度R(t)可以用统计方法来估计。设有N个产品在规定的条件下开场运用。 令开场任务的时辰 t取为0，到指定时辰t时已发生失效数n(t), 亦即在此时辰尚能继续任务的产品数为N-n(t)， 那么可靠度的估计值

14、又称阅历可靠度为：当N足够大时，就可以把频率作为概率的近似值，同时可见可靠度是时间t的函数。不可靠度不可靠度：在规定任务时间t内，在规定的条件下，产品丧失规定功能的概率。称为不可靠度，用F(t)表示：第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.F (t)可以看作事件“Tt的概率，即产品的失效分布函数： 缺点密度函数f(t) ：假设寿命T是延续型随机变量，那么产品在0 内任一时辰附近的单位时间发生缺点的概率f(t)称为缺点密度函数，因此：第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计. 3)概率方法计算可靠度R(t)、F(t)式中，t：规定的时间 T：产品的寿命 f(t)：缺点密度函

15、数F(t):表示产品实践寿命T小于规定时间t的概率可靠度：R(t):表示产品实践寿命T大于规定时间t的概率不可靠度：.R(t)与F(t)的关系10tR(t)F(t) t=0 R(t)=1 绝对可靠 t= R(t)=0 绝对不可靠 R(t)是一个非增函数 R(t)+F(t)=1R(t)值的特点： t=0 F(t)=0 绝对可靠 t= F(t)=1 绝对不可靠 F(t)是一个非减函数 F(t)值的特点：.4平均寿命对于不可修复产品而言： 平均寿命是指产品失效前的平均任务时间，记为MTTF(Meat Time to Failure)对于可修复产品而言： 平均寿命是指产品的平均无缺点任务时间，记为MT

16、BF(Meat Time Between Failure)第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计. 对于产品寿命为离散型随机变量ti，即有限个产品的平均寿命为寿命 的数学期望均值： ni为第i组产品的个数， ti为第i组产品的寿命。 ni为第i组产品的个数， ti为第i组产品两次缺点之间的任务时间。当每组产品个数都为1个即ni =1，产品总数为N时，那么有：对于寿命为延续型随机变量t时， MTTF和MTBF均为寿命t的数学期望均值，所以有： 第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.5服从指数分布的平均寿命在可靠性实际中，指数分布是最根本、最常用的分布，适宜于失效率为常数

17、的情况。它不但在电子元器件偶尔失效期普遍运用，而且在复杂系统和整机方面以及机械技术的可靠性领域也得到运用。指数分布常用于描画由于偶尔要素冲击，引起系统失效的失效规律. 第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.假设产品的寿命或某一特征值 t的缺点密度为:,那么称t服从参数为的指数分布可靠度平均寿命MTBF所以有：MTBFMTTF与MTBF表达式一样那么不可靠度：第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.6)失效率缺点率定义 ：任务到t时辰尚未失效的产品，在该时辰后单位时间内发生失效的概率称之为产品的失效率。失效率普通用 表示。第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设

18、计.重点时间内失效的产品Ttt=0N件可靠的产品可靠的产品：缺点密度函数.讨论指数分布函数的可靠性目的例：设某电子产品的寿命服从 的指数分布，求该产品的可靠度和失效率。解：重点不可靠度：可靠度：失效率：.当产品寿命服从指数分布时失效率 常用单位是“ 和“ .而对于可靠性高的产品常用“ 为单位，计一个“菲特Fit。1Fit= ，其意义：1000个产品任务十万小时，只需一个能够发生失效。 第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.对于指数分布的可靠性的衡量目的那么有：缺点密度函数 ： (t0) 不可靠度： (t0) 可靠度： (t0) 失效率： 平均寿命：重点 指数分布失效率为常数 平均

19、寿命与失效率互为倒数 指数分布的“无记忆性结论.tR(t)tt指数分布的f(t)、R(t)与 曲线(t)对于由指数分布的零部件组成的产品，能否用以新零件换旧零件的方法来提高产品的可靠度？缺点密度函数可靠度失效率.失效率曲线特点 失效率曲线也称“浴盆曲线，由此曲线可知产品从投入任务可经过三个阶段：早期失效期、偶尔失效期、耗损失效期。t时间早期失效期耗损失效期(t)失效率规定的失效率运用寿命AB偶尔失效期.产品失效率曲线特点早期失效期：磨合阶段，缘由是产品本身不合格或工艺质量低，应在设计制造方面找缘由，使失效率稳定下来。偶尔失效期：是产品正常任务时期，此时产品的失效率是随机的，失效率根本正常，接近

20、于常数.在这期间内产品发生缺点大多出于偶尔要素，如忽然过载、碰撞等。损耗失效期：经过长时间的任务，产品已进入猛烈磨损或疲劳形状，表现为失效率迅速上升，直到报废。改善磨损失效的方法在于不断提高零部件、元器件的运用寿命。.指数分布例题例：一元件寿命服从指数分布，其平均寿命()为2000小时，求缺点率及求可靠度R (100)=? R(1000)=? 解： 此元件在100小时时的可靠度为0.95，而在1000小时时的可靠度为0.50。 .例：设某元件的寿命服从指数分布，他的平均寿命MTBF为5000h，试求其失效率和运用125小时后的可靠度。解：1求失效率：当寿命服从指数分布时 MTBF= 失效率 2

21、求运用125h后的可靠度 当 较小时有近似式：R(t)= =1- 而 =125 所以有 R(125h)= 1- =1-0.025=0.975.三、系统可靠性设计1、串联络统可靠性 组成系统的一切单元中任一单元正常任务事件记为Ai整个系统正常任务事件记为A，组成系统的任何单元出现缺点时，系统就不能正常任务的系统叫串联络统，其逻辑框图如下图：123n系统A正常任务事件发生等于系统各单元正常任务事件Ai同时发生:当各单元之间相互独立时，那么系统正常任务的概率为：第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计所以，系统可靠度为：.系统可靠性模型(串联模型)根据串联络统的定义及逻辑框图，其数学模型为

22、： R (t)系统的可靠度； Ri (t)第i个单元的可靠度。 .系统可靠性模型(串联模型)假设各单元的寿命分布均为指数分布，即 式中 s系统的缺点率； i各单元的缺点率。 .系统可靠性模型2、并联络统可靠性 组成系统的一切单元中任一单元正常任务事件记为 ，那么单个单元出现缺点事件记为 ，整个系统正常任务事件记为A，整个系统出现缺点事件记为 ，组成系统的一切单元都出现缺点时，系统才不能正常任务的系统叫并联络统，其逻辑框图如下图： 12n图 并联模型上式阐明：缺点事件 都发生，整个系统才不能正常任务，即缺点事件 发生时。当各单元之间相互独立时，那么并联络统出现缺点的概率为：所以，系统不可靠度为：

23、 .系统可靠性模型(并联模型) 根据并联络统定义逻辑框图，其数学模型为 式中 F(t)系统的不可靠度； Fi(t)第i个单元的不可靠度。 .3、串并混合系统可靠性 可靠性逻辑框图如下图。 第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.如下图亿个系统网络图，图中知R1=0.8，R2=0.7，R3=0.6，R4=0.8，R5=0.8，试求系统网络的可靠度为多少？答：R1.2= R1. R2=0.8X0.7=0.56 R1.2.3= R1.2+ R3- R1.2xR3=0.56+0.6-0.56X0.6=0.82 R4.5= R4XR5=0.8X0.8=0.64 R1.2.3.4.5= R1.

24、2.3 XR4.5=0.82X0.64=0.53 R2=0.7 R1=0.8 R3=0.6R4=0.8 R5=0.8.串并联混合模型例 某系统由7个单元串并联组成，如下图，知这7个单元的可靠度为R1R2R3R4R5R6R70.91，试求该系统的可靠度。解：首先计算U2和U3、U4和U5组成的串联子系统U23和U45的可靠度分别为.串并联混合模型然后计算U23和U45再并联的子系统U2345以及U6和U7组成的并联子系统U67的可靠度分别为整个系统就由单元U1、U2345和U67串联组成，故得整个系统的可靠度为.例 某系统由7个单元串并联组成，如下图，知这7个单元的可靠度为R1R2R3R4R5R

25、6R70.91，试求该系统的可靠度。解：首先计算U2和U3、U4和U5组成的串联子系统U23和U45的可靠度分别为第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.然后计算U23和U45再并联的子系统U2345以及U6和U7组成的并联子系统U67的可靠度分别为整个系统就由单元U1、U2345和U67串联组成，故得整个系统的可靠度为第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计.知某元件的寿命服从指数分布，其平均寿命MTBF=6000小时，试计算：1、其失效率为多少？2、400小时、2000小时和4500小时后的可靠度各为多少？ 解：1 =1/MTBF=1/6000=1.67 2R400=

26、1- t=1-1.67200=0.97 R2000=1- t=1-1.672000=0.67 R4500=1- t=1-1.674500=0.25 第七章 质量功能展开与可靠性设计第二节 可靠性设计. FMEA属于“由下而上的归纳法。FMEA是从零件缺点到系统缺点，即在分析系统每个零件的一切缺点方式根底上，再分析部件的各种缺点方式，由部件缺点再分析系统缺点，是一种定性分析方法。第七章 质量功能展开与可靠性设计 第三节 失效方式与影响分析FMEA.一、失效方式与影响分析FMEA (Failure Mode Effect Analysis)概念经过分析产品、系统或消费过程中存在潜在失效的零部件、环

27、节等，分析其对产品、系统或消费过程的影响的程度，找出薄弱环节，采取措施，提高产品、系统或过程的可靠性。资料阐明这种方法是很有效的，在工程上很有价值。这种方法是找出设计上的潜在缺陷的手段，是设计审查中必需注重的资料之一，是设计者和消费者必需完成的义务。第七章 质量功能展开与可靠性设计第三节 失效方式与影响分析FMEA.经过分析产品一切能够的缺点方式来确定每一缺点对人员和系统平安、义务胜利、系统性能、维修性、维修要求等的潜在影响，并按其影响的严重程度及其发生概率，确定其危害度，找出薄弱环节，以便采取有效的措施消除或减轻这些影响。2、FMEA主要分为三种：设计失效方式及影响分析DFMEA系统失效方式

28、及影响分析SFMEA过程失效方式及影响分析PFMEA第七章 质量功能展开与可靠性设计第三节 失效方式与影响分析FMEA.二、设计失效方式DFMEA 因设计不合理而使产品存在潜在的缺点，常见的设计失效方式如：疲劳断裂、腐蚀、松动、蜕变、硬化、泄露、变形、剥落、退色、烧伤、振动、过早磨损等第七章 质量功能展开与可靠性设计第三节 失效方式与影响分析FMEA.三、DFMEA的义务(1) 列出全部部件的缺点方式。(2)分析对系统功能呵斥的影响和后果。(3)判别每种缺点方式的危害度大小。估计危害度发生的概率。(4)提出相应对策和建议，进展更改设计、冗余设计，把潜在的、危害大的缺点消灭在设计阶段。 第七章

29、质量功能展开与可靠性设计第三节 失效方式与影响分析FMEA.四、DFMEA表的计算分析 风险概率Risk Priority Number,缩写RPN RPN=P*S*D 发生概率P：失效发生的概率大小，0=p=1 严重度S：失效发生对零部件功能影响程度大小1=S=10 不易发现度D：失效发生后被发现的难易程度，D值越大阐明越不易被发现 1=D=10 经过计算失效方式的RPN值，并与RPN的目的值比较，可判别失效方式对产品的影响程度大小，并可判别改良后的效果。第七章 质量功能展开与可靠性设计第三节 失效方式与影响分析FMEA.规范的FMEA的格式 .改进设计前改进设计后项目功能潜在失效模式潜在失

30、效后果严重度S潜在失效机理发生概率P设计控制不易发现度D风险数RPN建议措施责任目标值RPN采取措施严重度S发生概率P不易发现度D风险数RPN车门车门内板腐蚀锈蚀7蜡层较薄0.4整车试验8蜡层试验15厚度增加50.36功能下降8边角缺蜡0.5喷蜡试验7改进喷头18改进喷头70.4722.428919.6.车门锈蚀项：919.618，未到达目的值，但有所下降，需继续改良。 .一、缺点树分析概述缺点树分析Fault Tree Analysis是可靠性和平安性分析的另外一种技术，是平安系统工程的主要分析方法之一，它能对各种系统的危险性进展辨识和评价，不仅可以分析出缺点的直接缘由，而且可以深化地提示出

31、缺点的潜在缘由。缺点树分析法就是把所分析系统的最不希望发生的缺点方式作为缺点分析的目的，然后找出直接导致这一缺点发生的全部要素，再找出呵斥下一级事件发生的全部直接要素，自上而下的层层查找，直到找到原始的、且缺点缘由机理或概率分布知而不用再深究的要素为止。第七章 质量功能展开与可靠性设计第四节 缺点树分析FTA.古樟树分析自上而下的分析方法缺点树是一种特殊的倒立树状逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号描画系统中各种事件之间的因果关系。 “底事件是导致其事件的缘由事件，位于所讨论缺点树底端。 “结果事件是由其它事件或事件组合所导致的事件。它总是位于某个逻辑门的输出端。缺点树的构造 古樟树是由各种事件及逻辑门构成的一组树状逻