第五章设计质量控制原理及应用

主讲：孟丽丽质量控制与可靠性E_mail：mll12@163.com目录第一章质量管理概论第二章ISO9000族标准与质量认证第三章六西格玛管理第四章常用质量管理工具第六章过程质量控制原理及应用第五章设计质量控制原理及应用第七章抽样检验5.1质量功能展开QFD5.2正交试验设计5.3产品三次设计5.4可信性设计原理及应用第五章设计质量控制原理及应用【目的要求】质量功能展开的原理及质量屋的结构可信心设计原理及应用掌握可靠性的三个指标（可靠度、平均寿命、失效率）的含义及计算，系统可靠性计算（串并联）理解三次设计及其计算方法【重点】质量屋的展开原理，可靠性指标计算，三次设计方法。【难点】三次设计方法

学习目标5.1质量功能展开QFD5.1.1QFD定义质量功能展开(QualityFunctionDeployment,QFD)，即“质量功能展开”，也有国内的专家译为“质量机能展开”、“质量功能配置”、“质量机能配置”等等。它是一种立足于在产品开发过程中最大限度地满足顾客需求的系统化、用户驱动式的质量保证方法。QFD架构能够有效地将顾客的需求和主张（“顾客的声音”）转化为产品的设计要求，最终生产出高质量的产品。了解顾客要求策划成产品产品满足顾客要求QFD5.1.1QFD定义5.1质量功能展开QFD5.1.2QFD的产生与发展产生：QFD于60年代初起源于日本，进入80年代以后逐步得到欧美各发达国家的重视并得到广泛应用。实例：

1、1966年，日本三菱重工株式会社的神户造船厂针对产品的可靠性提出了质量屋的雏形，随后日本质量专家水野滋提出了狭义的质量功能展开。2、1972年，日本质量管理大师赤尾洋二教授发表了“新产品开发和质量保证-质量展开系统”的论文，首次提出了质量展开的17个步骤。3、1978年，水野滋和赤尾洋二的《质量机能展开》出版，从全公司质量管理（CWQC）的角度介绍了质量功能展开及其应用的27个步骤。5.1.2QFD的产生与发展4、丰田公司于70年代采用QFD后，其新产品:开发成本下降了61%，开发周期缩短了1/3，产品质量也得到了相应的改进。QFD引入美国后，在汽车、飞机制造业的成功应用也证明了质量功能展开的广泛前景。世界上著名的公司如:福特公司、通用汽车公司、克莱斯勒公司、惠普公司、麦道公司、施乐公司、电报电话公司、都相继采用了QFD。应用领域：从QFD的产生到现在二十年来，其应用已涉及汽车、家用电器、服装、集成电路、合成橡胶、建筑设备、农业机械、船舶、自动购货系统、软件开发、教育、医疗等各个领域。开发周期30—60%成本20—40%设计更改变动次数40—60%QFD在在冶金锯锯片行业业的应用用顾客需求求：锯齿破损损、锯片片变形、、断齿、、不方便便切割、、锯片有有划痕、、锯片有有锤点、、价格高高质量特性性：硬度、硬硬度差、、平面度度、径径向圆跳跳动、内内孔直径径、平整整度、外外径、表表面质量量、疲劳劳寿命、、材料等等。主要要针对锯锯片和刀刀块的加加工工艺艺过程。。5.1.3QFD的的基本原原理质量功能能展开过过程由产品规划划（设计计）、零零件展开开（设计计）、

5.1.3QFD的的基本原原理质量功能能展开主主要采用用质量屋（于HouseofQuality,HOQ）的基基本结构构。利用用质量屋屋将顾客需求求逐层展开开，确定定提高顾顾客满意意度的关键质量量特性，确定影响响关键质质量特性性的关键零部部件，确定影响响关键零零部件的的关键工艺艺过程，确确定关键键工艺的的关键生产要求求与保证手段段。质量屋（（HOQ）连接接着顾客客需求（（VoiceofCustomer））和技术术需求（（VoiceofEngineer））的交汇汇点。系统的质质量功能能展开过过程及其其特点产品规划划阶段：来自市市场顾客客的原始始需求由由产品规规划阶段段质量屋屋转换成成为工程程特征要要求，即即通常意意义上的的工程设设计目标标要求；；零件展开开阶段：工程特特征要求求经零部部件设计计阶段质质量屋转转换成零零部件特特征要求求，过程方案阶段段：零部件特征征要求由过程程方案阶段质质量屋转换成成对制造工艺艺的要求；生产计划阶段段：制造工艺要要求最后由生生产计划阶段段的质量屋转转换成具体的的生产要求。。市场顾客需求求通过一系列列的转换最终终由生产要求求来满足。这一系列的需需求转换过程程就是系统的的QFD技术术过程典型的QFD分解示意图图（以产成品为例例）产品规划矩阵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过程方案工艺/质量控制矩阵关键工序关键工艺/质量控制参数生产计划简化的质量屋屋的结构（HOQ）①要求质量：通过市场调研研得到的顾客客直接的质量量要求，顾客客质量要求应应分层，并确确定权重。②质量特性：产品具体的工工程质量特性性；③关系矩阵：用于表示顾客客质量要求与与工程技术人人员提出质量量特性之间的的相互关系程程度。④相关矩阵：用于表示质量量特性之间的的相互关系程程度。⑤质量策划/计计划质量：对于顾客质量量要求，比较较本企业与其其他竞争企业业的竞争能力力，从而调整整顾客要求为为计划质量。。⑥设计质量：：对于质量特特性，比较较本企业与与其他竞争争企业的竞竞争能力，，规定设计计质量目标标。关系矩阵质量策划质量特性要求质量设计质量相关矩阵要求质量和和质量特性性之间的关系系矩阵要求质量市场竞争能能力评价质量特性质量特性之间的相关关程度计划质量要求质量重重要度设计质量质量特性重重要度质量屋的结结构（HOQ）QFD质量量屋的构成成一级质量屋屋举例一次二次三次能可靠地点着火可简单地点着能单手点着一次就能点着轻轻地就能点着在哪儿都能点着雨中也能点着寒冷的地方也能点着大风中也能点着容易使用能安心使用火焰能够调整火苗安定能够长时间地点火放在哪儿都能安心容易处理扔到哪儿都没事能够安心携带拿着放心仅在必要的时候才能点着能够确切地将火苗熄灭只有打火时才往外排气能够知道何时更换能够知道气体剩余量能够一直用到气体没有能用很长时间结实能经受强烈地冲击掉到地上也能用掉到过水中也能用拿起来方便能拿在手中重量适度能放在衣服口袋里外观设计漂亮袖珍的外形外形有点圆比较薄颜色明快使用亮色颜色时髦漂亮使用单纯朴素的颜色让人爱不释手引人注目点着火时有声音火苗的颜色在变能够换外套点火声音好听看起来昂贵瘦削的外形一次性打火火机的要求求质量展开开表一次二次三次质量要素展开表要求质量展开表形状尺寸重量耐久性点火性操作性设计性话题性能可靠地点燃○◎○容易使用◎◎○可安心使用○△◎○可长期使用◎○○△外观设计良好○○◎○爱不释手△△○◎要求质量和和质量要素素矩阵表5.1.4QFD的应用案案例（减速箱研制制过程）减速箱是机机械传动中中很常用的的一种装置置，它的质质量可以影影响到整个个设备的工工作情况。。下面以减减速箱为例例，说明QFD在其其设计质量控控制中的应应用。顾客需求经过调查、、分析和整整理后减速速箱顾客需需求如图所所示。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能力大密封性好速度变化小振动噪声低价格适中传动效率高维修方便安全可靠使用寿命长效率无故障性耐用性维修性55686987维修性产品规划矩矩阵零件规划矩矩阵工艺规划矩矩阵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质量控制规规划矩阵样样表5.2正正交试验设设计5.2.1正交交试验设计计的基本方方法5.2.2多指指标的正交交试验设计计5.2.3水平平不等的正正交试验设设计5.2.4交互互因素的正正交试验设设计正交试验设设计（OrthogonalDesign））是于二十十世纪50年代初期期，由日本本质量管理理专家田口玄一（（Tachugi））博士在前人人提出的多多因素试验验设计方法法的基础上上，进一步步研究开发发出来的一一种试验设设计技术。。正交试验设设计法使用用一种规范范化的表格格（正交表））进行试验设设计，可以以用较少的的试验次数数，取得较较为准确、、可靠的优优选结论。。5.2.1正正交交试试验验设设计计的的基基本本方方法法正交交试试验验是是一一个个科科学学的的安安排排和和分分析析试试验验的的方方法法。。它它是是利利用用““均均衡衡分分散散性性””和和““整整齐齐可可比比性性””正正交交值值原原理理，，从从大大量量的的试试验验点点中中挑挑选选出出适适量量、、具具有有代代表表性性、、典典型型的的试试验验点点以以解解决决多因因素素问问题题的试试验验方方法法。。正交交试试验验的的定定义义正交交试试验验设设计计主主要要可可以以完完成成：：◆确确定定出出各各因因素素对对试试验验指指标标的的影影响响规规律律，，得得知知哪哪些些因因素素的的影影响响是是主主要要的的、、哪哪些些因因素素的的影影响响是是次次要要的的、、哪哪些些因因素素之之间间存存在在相相互互影影响响；；◆选选出出各各因因素素的的一一个个水水平平组组合合来来确确定定最最佳佳生生产产条条件件。。正交交试试验验设设计计的的基基础础是是正正交交表表。。试验验指指标标(指指标标、、试试验验结结果果)指试试验验需需要要考考察察的的效效果果数量量指指标标：：硬硬度度、、拉拉力力、、重重量量、、长长度度非数量量指标标：颜颜色、、外观观因素对试验验指标标有影影响的的参数数，用用大写写A、、B、、C………表表示可控因因素：：淬火火温度度、冷冷却时时间不可控控因素素因素水水平因素变变化的的各种种状态态和条条件，，用1、2、3………表示示。正交试试验的的有关关名词词正交的的概念念在数学上，两个向量和若满足即两向量的内积等于零，则称向量与向量正交。由于在在构造造正交交表的的过程程中使使用了了上述述原理理，因因此将将相应应的试试验设设计法法称为为正交交试验验设计计。正交表表的格格式与与特性性正交表表完全有有序元元素对对（完完全对对）设有两组元素与，它们可构成如下的元素对：称这些元素对为由元素与构成的“完全有序元素对”，简称“元素对”。若元素为数字，则称为“完全有序数字对”。例：由由数字字(1,2,3,4)和和(1,2,3)构成成的完完全有有序数数字对对为：：若在一一个矩矩阵的的任意意两列列中，，由两两列中中的对对应元元素所所构成成的数数字对对是完完全对对且每每对出出现的的次数数相等等，则则称这这两列列是均衡搭搭配，否则则就是是不均衡衡搭配配。例如如：第I列列第第II列列第第III列列第I列列与第第II列中中的对对应元元素构构成8个数数字对对：它们是是由元元素(1,2)和元元素(1,2)构成成的完完全数数字对对，每每对各各出现现两次次，因因此称称这两两列为为均衡搭搭配。而第I列与与第III列、、第II列列与第第III列列，由由于每每对出出现的的次数数不相相同，，因此此均为为不均衡衡搭配配。正交表表的定定义与与格式式定义：设A是一个的矩阵（n行k列），其中第j列元素由元素构成，若A的任意两列均衡搭配，则称A是一张正交表。例如：L4(23)正交交表2224112322121111321

列号（因素）行号（试验号）L8(4××24)正交交表21124812214712123621213511222422112322221211111154321列号（因素）行号（试验号）正交表表用符符号表表示，，其中中——正交表的代号，是LatinSquare（拉丁方格）的首字母；——正交表的列数，每一列对应着一个试验因素；——正交表的行数，表示试验的次数；——第j列中元素的个数，表示试验中第j个因素所取的水平数。若某些列中的元素个数相同，可以写成指数的形式。例如：：如表示？表示各各因素素的水平数数为2，做8次试验验，最多多考虑虑7个因素（含交交互作作用））的正交表。12339312382313（4把）721326132253212（3把）43II型刀30.47mm/r356r/min132I型刀20.7mm/r238r/min121常规刀10.6mm/r130r/min1（2把）14321孔径偏差（mm）刀具种类D（型）走刀量C（mm/r）切削速度B（r/min）刀具数量A（把）

因素

列号试验号◆任任意列列中各各水平平重复复出现现的次次数相相等。。第j列中各各水平平重复复出现现的次次数：：◆任任意两两列所所构成成的水水平对对是完完全有有序数数字对对，各各水平平对重重复出出现的的次数数相等等（均均衡搭搭配））。第i列与第第j列所构构成的的水平平对重重复出出现的的次数数：正交表表的性性质均衡分分散性性整齐可可比性性正交性性（１））每一一列中中，每每个数数字出出现的的次数数都相相等（２））任意意两列列中，，将同同一横横行的的两个个数字字看成成有序序数对对（左左边的的数在在前，，右边边的数数在后后），，按这这一次次序排排出的的数对对，每每种数数对出出现的的次数数相等等。正交表表的性性质根据正正交表表的上上述两两个性性质，，可得得到正正交表表的三三种初初等变变换：：◆列列间置置换：正交交表中中任意意两列列可以以相互互交换换；◆行行间置置换：正交交表中中任意意两行行可以以相互互交换换；◆水水平置置换：正交交表中中任意意一列列中的的水平平数字字可以以相互互交换换（例例如““3””←→→“4”））。（经过过上述述初等等变换换后的的表仍仍为正正交表表，称称变换换后的的正交交表为为原正正交表表的等等价表表）说明：：若用关关于零零对称称的数数字表表示不不同水水平（（例如如二水水平用用-1、1表示示；三三水平平用-1、、0、、1表表示；；四水水平用用-2、-1、、1、、2表表示）），则则任意意两列列元素素的内内积为为零（（正交交表由由此得得名））。◆水水平数数相同同的正正交表表（m水平正正交表表）此类正交表中，因此通常简记为，如等。此类正交表又分为两种：★标标准型型正交交表（（最常常用））：水平平数为为素数数或素素数整整数幂幂的正正交表表。例例如：：★非非标准准型正正交表表：标准准型之之外的的水平平数相相同的的正交交表。。◆水水平数数不同同的正正交表表此类正正交表表中，，某两两列（（或多多列））之间间的水水平数数不等等。例例如：：正交表表的种种类正交试试验设设计的的基本本步骤骤明确试试验目目的，，确定定指标标；2.挑因素素，选选水平平，制制定因因素水水平表表；3.选正交交表，，排表表头，确定定试验验方案案；4.排排列列试验验条件件；5.试试验验结果果分析析。直观分分析是是通过过简单单地计计算各各因素素水平平对试试验结结果的的影响响，并并用图图表形形式将将这些些影响响表示示出来来，再再通过过极差差分析析（找找出最最大值值、最最小值值），，最终终确定定出优优化的的水平平搭配配方案案（生生产方方案）），或或找出出因素素对试试验结结果的的影响响程度度。根据所考查的的试验指标的的多少，正交交试验设计可可分为单指标标正交试验设设计和多指标标正交试验设设计两种。本本节仅讨论单单指标正交试试验设计的直直观分析。正交试验设计计的结果分析析示例例：某工厂一零件件的镗孔工序序质量不稳定定，经常出现现内径偏差较较大的质量问问题。为了提提高本工序的的加工质量，，拟通过正交交试验确定影影响内径偏差差的各因素的的主次顺序，，以探求较好好的工艺条件件来改进工艺艺操作规程。。试验方案设计计设计试验方案案时，首先要要明确试验要要解决的问题题（内径偏差差过大），即即明确试验指指标——内径径偏差（越小小越好）；然然后明确影响响试验指标的的主要因素，，选取适当的的因素水平。。■明确试验验指标和影响响因素，制定定因素水平表表影响因素：试验指标：内径偏差根据以往的生生产经验和正正交试验设计计的特点，每每个因素各选选取三个水平平进行试验，，如下：A——镗孔时所用的刀具数量B——切削速度C——走刀量D——刀具种类II型刀0.475643I型刀0.73832常规刀0.63021D刀具种类（型）C走刀量（mm/r）B切削速度（r/min）A刀具数量（把）

因素水平■选择正交交表，设计表表头根据因素及水水平的多少，，选择四因素素、三水平的的正交表L9(34)，如下：4321列号DCBA因素■根据正交交表确定试验验方案按正交表L9(34)的内容及所所设计的表头头，将试验方方案填入正交交表中。12339312382313（4把）721326132253212（3把）43（II型刀）3（0.47mm/r）3（56r/min）132（I型刀）2（0.7mm/r）2（38r/min）121（常规刀）1（0.6mm/r）1（30r/min）1（2把）14321孔径偏差（mm）刀具种类D（型）走刀量C（mm/r）切削速度B（r/min）刀具数量A（把）

因素列试验号号按设计的试验验方案进行试试验严格按试验方方案进行试验验，将孔径偏偏差的试验结结果填入表格格中。0.315123390.050312380.2852313（4把）70.350213260.335132250.2853212（3把）40.3103（II型刀）3（0.47mm/r）3（56r/min）130.1452（I型刀）2（0.7mm/r）2（38r/min）120.3901（常规刀）1（0.6mm/r）1（30r/min）1（2把）14321孔径偏差（mm）刀具种类D（型）走刀量C（mm/r）切削速度B（r/min）刀具数量A（把）

因素列试验号号试验结果的计计算与分析试验结果的计计算与分析主主要解决以下下三个问题（（试验的目的的）：◆分清各因素对对试验指标影影响的主次顺顺序；◆找出（确定出出）优化生产产方案，即确确定出采用什什么样的因素素水平组合才才能使试验指指标达到最优优；◆分析试验因素素对试验指标标的影响趋势势；为进一步步试验指明方方向。0.315123390.050312380.2852313（4把）70.350213260.335132250.2853212（3把）40.3103（II型刀）3（0.47mm/r）3（56r/min）130.1452（I型刀）2（0.7mm/r）2（38r/min）120.3901（常规刀）1（0.6mm/r）1（30r/min）1（2把）14321孔径偏差（mm）刀具种类D（型）走刀量C（mm/r）切削速度B（r/min）刀具数量A（把）

因素列试验号号■直接分析析由试验数据可可以直接看出出，在#8号号试验（A3B2C1D3）的工艺条件件下，镗出来来的孔孔径偏偏差最小（0.05mm）。■计算分析析通过对原始试试验数据的简简单计算，确确定各因素水水平的影响程程度，最终找找出最佳生产产条件。但这种条件是是否就是因素素水平的最佳佳搭配呢？在在9种方案之之外还有没有有更好的水平平搭配呢？这这需要通过进进一步的计算算、分析得到到最佳的生产产条件。0.6450.9300.9750.550K3（水平3下的3个偏差之和）0.7800.7450.5300.970K2（水平2下的3个偏差之和）1.0400.7900.9600.845K1（水平1下的3个偏差之和）0.1320.0620.1480.106极差T=2.4650.315123390.050312380.285231370.350213260.335132250.285321240.310333130.145222120.390111114321孔径偏差（mm）刀具种类D（型）走刀量C（mm/r）切削速度B（r/min）刀具数量A（把）因素列试验号号0.2150.3100.3250.217（水平3下的偏差平均值）0.2600.2480.1770.323（水平2下的偏差平均值）0.3470.2630.3200.282（水平1下的偏差平均值）◆计算同一水平下的偏差之和（本例中）。◆计算同一水平下各偏差的平均值（本例中）。◆计算极差。◆验算。若T为9次试验的偏差之和，则。◆画出试验因素与试验指标关系的趋势图（以各因素的水平为横坐标，以相应水平下的为纵坐标；定量因素用实线表示，定性因素用虚线表示）。根据正交表的的综合可比性性，由上述计计算及趋势图图可分析得出出以下结论：：◆刀具数量以4把刀（A3）时为最好（（还可进一步步对刀具更多多的情况进行行试验）；◆切削速度以38r/min（B2）时为最好；；◆走刀量为0.7mm/r（C2）时为最好；；◆刀具类型以II型刀（D3）为最好。最佳水平组合合：A3B2C2D3为使孔径偏差差最小：■分析主次次因素●按极差计算结结果确定主次次因素（极差差越大，影响响越主要）0.1320.0620.1480.106极差0.315123390.050312380.285231370.350213260.335132250.285321240.310333130.145222120.390111114321孔径偏差（mm）刀具种类D（型）走刀量C（mm/r）切削速度B（r/min）刀具数量A（把）因素列试验号号（主）B→D→A→→C（次）●观察趋势图确确定主次因素素（点子升、、降的幅度越越大，影响越越主要）（主）B→D→A→→C（次）■直接分析析结果与计算算分析结果的的比较直接分析的的结果：A3B2C1D3计算分析的的结果：A3B2C2D3◆直接分析的的结果反映映的是正交交表中9次次试验中的的最优水平平搭配，但但不一定是是所有可能能的水平搭搭配（34=81种））中最优的的。◆为了展望或或寻求更好好的搭配，，可使用计计算分析，，通过对趋趋势的观察察，可以找找出比直接接分析结果果更好的水水平搭配。。0.315123390.050312380.2852313（4把）70.350213260.335132250.2853212（3把）40.3103（II型刀）3（0.47mm/r）3（56r/min）130.1452（I型刀）2（0.7mm/r）2（38r/min）120.3901（常规刀）1（0.6mm/r）1（30r/min）1（2把）14321孔径偏差（mm）刀具种类D（型）走刀量C（mm/r）切削速度B（r/min）刀具数量A（把）

因素列试验号号计算分析的的结果有时时也可能不不如直接分分析合理，，其主要原原因可能是是：◆试验误差过过大；◆存在其它影影响因素而而未加以考考虑；◆因素水平选选取不当。。5.2.2多指标标正交试验验设计实际工作中中存在着大大量的多指指标工业试试验。在这这类试验的的设计中，，设计与分分析较单指指标要复杂杂，各指标标之间可能能会出现一一些矛盾，，如何兼顾顾这些指标标呢？多指标试验验设计常用用的方法主主要有两种种：◆综合平衡法法◆综合评分法法例：油泵柱柱塞组合件件收口强度度稳定性试试验■综合平平衡法某厂生产的油泵柱塞组合件是经过机械加工、组合收口、去应力等工序制成的。试验前产品的拉脱力波动较大，且拉脱力与转角两指标往往相互矛盾。本试验的目的是通过对产品结构尺寸的优化来达到提高产品质量的目的。为此，确定三个试验指标：拉脱力（望大）；轴向游隙（望小）；转角（望大）。

例：某厂生产的油泵柱塞组合件是经过机械加工、组合收口、去应力等工序制成的。试验前产品的拉脱力波动较大，且拉脱力与转角两指标往往相互矛盾。本试验的目的是通过对产品结构尺寸的优化来达到提高产品质量的目的。为此，确定三个试验指标：拉脱力（望大）；轴向游隙（望小）；转角（望大）。

●明确试验目目的，确定定试验指标标◆

拉脱力（，望大）◆

轴向游隙（，望小）◆

转角（，望大）●确定试验因因素，选择择因素水平平由实践经验得知，柱塞头的外径D、高度L、倒角以及收口压力p四个因素对试验指标产生主要影响，故考查这四个因素，每个因素取三水平。2.01.0×30°11.714.831.71.5×30°11.815.321.51.0×30°11.615.11收口压力p（MPa）柱塞头倒角K×β（mm×°）柱塞头高度L（mm）柱塞头外径D（mm）DCBA

因素水平●选择正交表表，设计表表头本试验属四四因素、三三水平试验验，故选用用正交表L9(34)，表头见见后。●根据正交表表设计试验验方案，进进行试验，，收集试验验数据为提高试验精度，减小试验误差的影响，对每种水平搭配进行7次重复试验，然后分别取、、的7次平均值作为试验分析的数据。为简化计算，还对原始数据进行了适当的转换。●对各指标的的试验数据据分别进行行计算（同同单指标）），并进行行直接分析析和计算分分析试验方案试验结果因素列号试验号ABCD拉脱力Fi’（N）轴向游隙δi’（mm）转角α’（°）123411(15.1)1(11.5)1(1×50°)1(1.5)-302025.5212(11.8)2(1.5×30°)2(1.7)3648-1.0313(11.7)3(1×30°)3(2.0)62717.542(15.3)123-15.6621.55223151128-10.062312-12526.573(14.8)132-682818.58321391520.5933211956-4.5T=88.5T=390T=94.5说明：、、分别为各指标7次重复试验结果数据的平均值。拉脱力F’81.5-112442-3339.517834.54060-113.51227.2-3.7814-1113.259.311.513.320-37.84T=94.5T=390T=88.5-4.55619123390.552913123818.528-682313726.525-121326-10.0128511322521.56-15.63212417.527633313-1.048362221225.520-30111114321转角α’（°）轴向游隙δi’（mm）拉脱力Fi’（N）DCBA因素列号试验号试验结果试验方案指标38.223.747.110◆计算指标拉脱力F’对应于同一因素水平的。◆计算指标拉脱力F’对应于同一因素水平的。◆计算指标拉脱力F’对应于同一因素水平的。◆依次计算指标轴向游隙和转角对应于同一因素水平的、、。转角轴向游隙8518310813610111022815920497549528.3613645.333.736.676536832.31831.739.728.75821.339.52639.514.54416-10.5381152.565.54213.28.713.24.814.75.3-3.512.73.717.521.8141◆画出趋势图图，按极差差大小排出出主次因素素。（主）B→D→C→A（次）拉脱力（主）B→D→C→A（次）轴向游隙（主）B→C→D→A（次）转角结果：对于拉脱力：（主）B→D→C→A（次）（主）B→D→C→A（次）对于轴向游隙：（主）B→C→D→A（次）对于转角：由于转角对应于因素C、D的极差相差不大，故综合考虑将二者的次序调换，将影响整个组件三个指标的主次顺序认定为（主）B→D→C→A（次）◆初选最优生生产条件。。按、、（或、、）及趋势图确定出各因素水平的最优组合.对于拉脱力

：（望大）A3B2C1D3A1B1C1D3对于轴向游隙：（望小）对于转角：（望大）A1B1C1D2◆综合平衡，，选取最优优生产条件件。A3B2C1D3A1B1C1D3A1B1C1D2因素C：因素B：因素D：因素A：对三个指标标来说均是是C1最好，故选选C1；对三个指标标来说B均均为主要因因素（极差差最大），，一般情况况下倾向于于选B1，但因F是该部件的的主要参数数，故实际际选用B2；对转角来说说，D是较较次要因素素，故D2将改选为D3，综合平衡衡后选D3；对三个指标标来说A皆皆为次要因因素，按多多数倾向选选取A1。综上所述，，试验后确确定出如下下的优化生生产条件：：A1B2C1D3柱塞头上口外径

柱塞头高度柱塞头上口倒角收口压力■综合评评分法对多指标一一一进行测测试后，按按照具体情情况确定评评分标准，，对这些指指标进行综综合评分，，将多指标标问题转化化为单指标标问题，进进而得到多多指标试验验的结论。。综合评分分方法主要要有：●排队综合评评分法●加权综合评评分法●公式综合评评分法5.2.3水平数数不同的正正交试验设设计某些试验，，由于受设设备、原材材料等试验验及生产条条件的限制制，某些因因素的水平平的选择只只能取某些些特定的值值，造成各各因素水平平的不同。。此外，有有时为重点点考察试验验中的某个个因素，通通常要对该该因素多取取几个水平平。因此，，在试验设设计中经常常遇到水平平数不同的的多因素试试验设计问问题。对于水平数数不同的试试验设计，，主要使用用以下两种种方法。■使使用用混混合合型型正正交交表表例：：某钢钢厂厂生生产产的的某某种种牌牌号号的的钛钛合合金金，，在在冷冷加加工工工工艺艺中中需需进进行行一一次次退退火火热热处处理理，，以降降低低硬硬度度，便便于于校校直直、、冷冷拉拉。。要要求求根根据据冷冷加加工工变变形形量量，，在在该该合合金金的的技技术术要要求求的的范范围围内内，，硬度度越越低低越越好好。试验验指指标标：：合金金的的洛洛氏氏硬硬度度（（HRC））试验验目目的的：：寻找找降降低低硬硬度度的的退退火火工工艺艺参参数数试验验因因素素及及水水平平：：见下下表表。。本试试验验有有一一个个四四水水平平因因素素和和两两个个二二水水平平因因素素，，故故选选用用正正交交表表L8(41×24)。。82047903水27602空气1730154321EDC冷却介质B保温时间（h）A退火温度（℃）因素列号

水平T=250.2030.3031.0030.0030.0021124833.0034.0032.0033.0012214（820）731.0032.0030.0031.0012123631.2031.0031.0031.5021213（790）530.5031.0030.0030.5011222431.6032.0031.0031.8022112（760）331.0032.0030.0033.00222（水）2（2）1231.6031.0031.0033.00111（空气）1（1）1（730）1平均值第3次第2次第1次54321硬度值（HRC）EDC冷却介质B保温时间（h）A退火温度（℃）因素列号试验号试验结果试验方案63.3062.20125.70122.8062.10124.50127.4062.600.431.630.380.301.150.6031.6531.1031.4030.7031.0531.1331.8531.30试验验方方案案及及试试验验结结果果的的计计算算分分析析:两点点注注意意：：⑴同水平试验结果平均值的计算◆因素素A的的水水平平重重复复数数为为2，，而而因因素素B、、C的的水水平平重重复复数数为为4。。◆由于水平数不同，因此因素A需计算四个及，而因素B、C则只需计算两个及。⑵极极差差的的计计算算当水平数完全相同时，因素的主次顺序完全取决于极差。但当水平数不同时，考虑到水平数多的因素极差可能大些，因此通常要对极差进行合理的修正再做比较。修正后的极差为r———水水平平的的重重复复次次数数；；d———折折算算系系数数。。水平重复次数r2345678910折算系数d0.710.520.450.400.370.350.340.320.31本例例中中，，对对应应于于因因素素A、、B、、C修修正正后后的的极极差差分分别别为为：：（水平数为4，重复次数为2）

（水平数为2，重复次数为4）

（水平数为2，重复次数为4）

T=250.2030.3031.0030.0030.0021124833.0034.0032.0033.0012214（820）731.0032.0030.0031.0012123631.2031.0031.0031.5021213（790）530.5031.0030.0030.5011222431.6032.0031.0031.8022112（760）331.0032.0030.0033.00222（水）2（2）1231.6031.0031.0033.00111（空气）1（1）1（730）1平均值第3次第2次第1次54321硬度值（HRC）EDC冷却介质B保温时间（h）A退火温度（℃）因素列号试验号试验结果试验方案63.3062.20125.70122.8062.10124.50127.4062.600.431.630.380.301.150.6031.6531.1031.4030.7031.0531.1331.8531.30结论论：：◆各因因素素对对试试验验指指标标的的影影响响次次序序是是：：（主主））B→→C→→A（（次次））◆直接分析得出的最优生产条件是：◆计算分析得出的最优生产条件是：经实践验证，生产条件为（退火温度为760°、保温时间为2h、冷却介质为空气）时效果最好，即硬度较低。■使使用用拟拟水水平平法法若在在混混合合型型正正交交表表中中找找不不到到合合适适的的，，或或能能找找到到但但试试验验次次数数较较多多，，此此时时可可使使用用拟拟水水平平法法，，即即为为水水平平数数较较少少的的因因素素虚虚拟拟出出若若干干水水平平，，使使之之能能安安排排在在水水平平数数相相等等的的正正交交表表中中进进行行试试验验设设计计。。例：为提高某产品的转化率，除考虑温度（因素A）、时间（因素B）、和用碱量（因素C）外，还要考虑搅拌速度（因素D）的影响。试验中对前三个因素拟选用三水平，但由于搅拌机只有快、慢两档速度，因此因素D只能选取二水平。虽然可选正交表，但需做18次试验。为减少试验次数，选用正交表。但因素D只有两个水平，为此为其凑了一个水平3（快速），该水平就称为“拟水平”，因素D所在的列称为“拟水平列”。改造后的因素及水平如下：快速（拟水平）7%150903慢速6%120852快速5%90801D搅拌速度C用碱量B时间（min）A温度（℃）因素水平因素素D的的K1为水平1和水水平3的6个个试验数据之之和1.5128204848615157554849.545474114414418315317116514429713514112364123396231238572313（90）742213264913225533212（85）4383（快速）3（7%）3（150）13542（慢速）2（6%）2（120）12311（快速）1（5%）1（90）1（80）14321转化率（%）D搅拌速度C用碱量B时间（min）A温度（℃）因素列试验号号最优生产条件件：A3B2C2D2因素影响的主主次顺序:（主）A→C→B→D（（次）5.2.4交交互因素的的正交试验设设计在许多试验中中，不仅因素素对试验指标标单独产生影影响，某些因因素之间还会会联合搭配起起来对试验指指标产生影响响。因素对试试验指标的总总影响等于各各因素单独对对试验指标的的影响与因素素搭配对试验验指标的影响响之和。因素之间的联联合搭配作用用称为对试验验指标的交互互作用。有交互作用时时的正交试验验设计应注意意：◆交互作用作为为单独的一列列来处理，但但不是一个因因素，是两因因素的联合搭搭配。◆要尽量避免交交互作用与因因素作用的混混杂。◆交互作用只用用于试验结果果分析，此时时把交互作用用作为一个因因素来对待。。◆有时因素的作作用不明显，，但因素与其其他因素的交交互作用对试试验指标的影影响却非常大大（此时应特特别注意优化化水平的确定定，否则将对对试验指标产产生重大的影影响）。正交试验作业业题技术人员为了了改善某种刚刚才热处理的的强度，依据据已有技术信信息选择的因因素极其水平平：淬火温度度Ａ：A1=840oC,A2=850oC,A3=860oC;回火温度度：B1=410oC,B2=430oC,B3=450oC;回火时间间：C1=40min,C2=60min,C3=80min;试验结果如如下，试考察察淬火温度、、回火温度、、回火时间对对钢材强度的的影响。1)、计算并并填充表格中中的空缺项；；2)、试用极极差分析法确确定最佳的工工艺条件，并并把个因素的的主次顺序排排列出来。5.3产品品三次设计第一次设计———系统设计计(或功能设设计)第二次设计———参数设计计(或质量最最优化设计)第三次设计———容差设计计(质量损失失函数法)核心思想：在产品设计阶阶段进行质量量控制，用最最低的成本生生产出满足客客户要求的、、对社会造成成损失最小的的产品。三三次设计理论论是由日本著著名质量管理理专家田口玄一博士20世纪纪70年代提提出的一种系系统优化设计计方法。田口质量保证体系田口质量观、、质量损失函函数、信噪比、正交交试验设计法法系统设计容差设计参数设计线外质量控制线内质量控制工序诊断与调整预测与校正检验与处理■质量波动动与质量干扰扰在产品质量的的形成过程中中，质量特性性值由于受4M1E（人人员、材料、、机器设备、、方法、环境境）因素的影影响而发生波波动，称为质质量波动。引起产品质量量波动的原因因称为质量干干扰（或质量量噪声），它它可分为以下下几类。●质量波动●质量干扰◆外部干扰扰产品在使用或或运行过程中中，由于受到到温度、湿度度、尘埃、电电源电压、人人等外界环境境因素的变化化而影响质量量特性的稳定定性，称这些些影响因素为为外部干扰。。◆内部干扰扰产品在使用或或存储过程中中，随着时间间的推移而发发生老化、劣劣化、磨损、、应力变化、、内部组织结结构变化等内内在因素变化化，从而使产产品质量特性性发生变化，，称这些影响响因素为内部部干扰。◆随机干扰扰产品在制造及及使用过程中中，由于4M1E因素的的微小随机变变化而导致质质量特性波动动，称这些影影响因素为随随机干扰。所谓优质产品品，就是抵抗抗上述三种干干扰能力强的的产品，即它它们在受到干干扰时，可以以具有比较小小的质量波动动，因此质量量稳定性好、、可靠性高。。工序质量控制制只能减小随随机干扰引起起的质量波动动，而在产品品的设计阶段段采用三次设设计法能同时时控制这三种种干扰的影响响。5.3产产品三次设计计5.3.1概概述■田口的质质量保证体系系田口质量保证证体系的理论论基础是田口质量观、质量损失函数数、信噪比和正交交试验设计法法。田口将产品品质量控制分分为线内质量控制制和线外质量控制制。线外质量控控制就是采用用三次设计法法对产品进行行质量设计。。线内质量控控制侧重于制制造过程中对对产品质量进进行控制。在田口的理论论体系中，核核心是他提出出的新质量观，这种质量观观的特点是将质量与经济济性紧密地联联系在一起，，这种联系用用质量损失函函数来表示。。所以，质量损损失函数是田田口质量理论论的一个重要要内容。三次设计理论是田口于于20世纪70年代创立立的一种系统统化设计方法法，其核心思思想是在产品品设计计阶段段就进进行质质量控控制，，试图图用最最低的的制造造成本本生产产出满满足顾顾客要要求的的、对对社会会造成成损失失最小小的产产品。。与传统统的产产品设设计概概念不不同，，田口口将产产品的的设计计过程程分成成三个个阶段段，即即系统设设计、、参数数设计计、容容差设设计。。三次设设计的的重点点在参参数设设计（（国外外称为为稳健健设计计或鲁鲁棒设设计，，RobustDesign））。信信噪比比和正正交试试验法法是参参数设设计的的重要要方法法。■三三次设设计（（三段段设计计，Three-StageDesign））的内内容●系统设计计（第一一次设计计）系统设计计是指根据产品品规划所所要求的的功能，，利用专专业知识●参数设计计（第二二次设计计）三次设计计的重点点是参数数设计（（稳健设设计）。。利用参参数设计计可以使使用公差差范围较较宽的廉廉价元件件组装出出高质量量的产品品，其实实质是利利用产品品输出特特性和元元件参数数水平之之间的非非线性效效应。同样的容差范围下，显然因此，应应将元件件的参数数选择在在x2附近更好好。参数设计计的主要要任务之之一就是是采用一定定的技术术（如正正交试验验设计技技术、信信噪比试试验设计计技术等等），确确定系统统中有关关的参数数值及其其最优组组合，其其目的是是提高质质量和降降低成本本。通过参参数设计计，使系系统的参参数值合合理搭配配，从而而有可能能用廉价价的元器器件组装装出性能能良好的的整机。。此外，，通过选选择最佳佳参数值值，还可可使系统统输出特特性对各各种干扰扰不敏感感。在产产品使用用过程中中，即使使存在各各种干扰扰，产品品的输出出特性值值的波动动依然可可控制在在某一允允许的范范围内。。这样的的产品稳稳定性好好，抗干干扰能力力强。●容差设计计（第三三次设计计）参数设计计完成后后，就可可开始确确定零部部件的容容差（公公差）。。容差设设计的目目的是确定各个个参数容容许误差差的大小小。在一个系系统中，，由于结结构不同同，各个个参数对对系统输输出特性性的影响响大小就就不同，，它取决决于误差差的传递递路线。。容差设设计的基基本思想想是对影影响大的的参数给给予较小小的公差差值，对对影响小小的参数数给予较较大的公公差值，，从而在在保证质质量的前前提下使使系统的的总成本本为最小小。对于于容差设设计，田田口建议议采用损损失函数数（模型型）法，，但最近近十多年年来，人人们开始始采用优优化设计计法结合合公差成成本模型型进行容容差设计计，取得得了较好好的效果果。■质量波动动损失产品质量特性性的波动是不不可避免的。。产品质量特特性值有波动动就会带来损损失，称为质量波动损失失。质量波动损失失包括三部分分：厂家损失失、用户损失失、社会损失失。具体可分分为两大类：：◆异常波动动损失产品特性值的的波动超出了了容差范围而而造成废品，，或因废品流流入市场而给给厂家、用户户、社会带来来的损失。◆正常波动动损失产品的质量特特性值虽未超超出容差范围围，但这种在在容差范围内内的波动也会会使特性值偏偏离目标值从从而造成损失失。偏离量较较大时就可能能会有维修费费用的发生。。■质量损失失函数田口认为，产产品质量就是是产品给社会会带来的损失失。损失越大大，质量越差差。为定量描描述质量的高高低，田口提提出用质量损损失函数计算算质量波动损损失。设产品质量特特性的目标值值为m0，质量特性值值为y时的质量波动动损失为L(y)，则有（y=m0时视为无质量波动损失）（y=m0时L(y)取得极小值）将L(y)在y=m0处按泰勒级数数展开，得忽略上式中二次以上的微分项并注意到，得式中为一常数。设产品质量特性的公差范围为，特性值达到允许的极限值或时带来的损失为D，则因此为质量波动损失函数。由于k是不依赖于y的常数，因此质量损失函数在范围内近似为一抛物线关系。称※质量损失失函数的计算算◆k的计算◆

的计算表示质量特性值偏离目标值的程度，因此可用特性值的方差来表示。这样，质量损损失函数可表表示为大批量生产：单件小批量生产：■示例

日本国内SONY公司和美国加州圣地亚哥SONY公司生产同一型号的SONY彩电，两家使用相同的图纸，其中色彩均匀度的设计目标值均为。70年代后期，经过比较和市场调查后发现，美国生产的产品不如日本生产的产品受欢迎。【分析】美国的质量管管理理念：产品的特性值值落在公差范范围内的就是是合格品。日本的质量管管理理念：产品的特性值值越接近目标标值越好（给给用户带来的的损失越小））。在上述管理理念指导下，美国在生产过程中的质量控制使产品