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质量工程学家田口玄一博士于20世纪70年代创立的新的优化设计技术，主要用于技术开发，产品开发，工艺开发。

2、田口博士的品质观

田口方法是一种低成本、高效益的质量工程方法，它强调产品质量的提高不是通过检验，而是通过设计。

田口玄一博士在多年研究和实践的基础上，创造性地提出了关于质量的定义：“所谓质量，是指产品上市后给社会带来的损失。但是功能本身所产生的损失除外。”

田口博士将质量分为二类：

第一类是顾客要的，包括机能本身、外观、产品种类、售价等相关议题；

第二类是顾客不要的，例如社会损失、失效、缺点、污染、机能变异等。

第一类的质量与顾客个人的所得收入与价值观有关，这方面的质量问题不是工程师所能决定的，它是取决于公司的产品策略。

第二类的质量问题正是工程师所要改善的，它对于市场占有率有着重要的影响，并可提升出口市场的竞争力。

田口方法就是要研究如何预防失效、如何降低变异、如何降低成本等问题。田口博士还进一步提出了以质量损失来评价质量水平的概念和减少质量损失的方法。在此基础上，引发了以减少质量波动、提高产品健壮性为目标的设计思想的重大变革，产生了极具创造性的以参数设计、容差设计方法为主的线外质量管理方法，和以对质量特性、过程反馈控制，对过程诊断、调节等方法为主的线内质量管理问世，田口的线内外质量管理方法在欧美统称为“田口方法”。线外质量工程:用于研究产品和工艺开发设计；线内质量工程：用于生产过程。3、田口方法的基本思想

田口方法从田口的质量概念出发，研究了开发设计阶段的线外质量管理和生产制造阶段的线内质量管理。该方法的基本思想是利用正交表安排实验方案，用误差因素模拟各种干扰，以信噪比（SN比）作为衡量产品质量特性稳健性的指标，用廉价元部件组装质量上乘、性能可靠的产品。田口博士认为，无论设计一个新产品还是一种新工艺，都可以分为系统设计、参数设计和容差设计三个阶段（即产品三次设计）进行。其中，系统设计主要是系统地提出初始的总体设计方案；参数设计是探求最佳的参数组合，提高产品性能稳定性；容差设计主要是为关键件确定合理的容差（公差）范围。产品三次设计法1、产品三次设计法简述三次设计是在２０世纪７０年代由日本质量管理专家田口玄一提出的，包括系统设计（第一次设计）、参数设计（第二次设计）和容差设计（第三次设计）。它是一种优化设计，主要用于质量管理前期的技术开发、产品开发、工艺开发，从而可提高产品设计质量，降低成本，缩短设计开发周期。三次设计是田口质量管理理论体系中线外质量控制的主要内容。2、三次设计思想

以顾客的要求为设计目标，采用系统设计、参数设计、容差设计等方法优化设计，在设计阶段做好质量管理，把问题消除在设计阶段，以最经济的手段获得高质量、高可靠性、稳健的产品。3、质量损失函数的近似表达式

质量数据的重要特征之一是它的波动性。由同一名工人，在同一台机床上按照同一标准和工艺方法加工同样的零件，其质量特性值是有差异的。用这样的零件组装整机产品，在使用中输出的功能特性值也是变化的。这种波动一般称为质量特性值波动，简称质量波动。引起产品质量波动的原因称为质量干扰。质量干扰分为三种：外部干扰、内部干扰和随机干扰。外部干扰：温度、湿度、照明、材质、尘埃、电压、人的因素等的变化引起的。内部干扰：零部件在库存或使用中的劣化，如老化、磨损、内部组织结构改变等内在因素引起的。随机干扰：所谓优质产品就是抗上述三种干扰的能力强，即在承受三种干扰的情况下，仍能保持质量特性波动小、稳定性好、可靠性高。工序质量控制通常只能减少随机干扰引起的质量特性的被动，而运用三次设计技术才能同时衰减三种干扰的影响。

质量波动可分为正常波动和异常波动。因此，质量波动损失，不仅包括异常波动损失，而且还包括正常波动的损失。进一步说，无论产品质量特性值的波动是否超出标准界限或容许范围，只要偏离目标值时，都将给用户或社会带来损失。为了计算损失的大小。我们建立质量波动的损失函数，简称质量损失函数。

设

为产品目标值，

为容差（容差：我们把零部件产品的质量特性值得容许变化范围称为公差，公差的一半称为容差。），则产品质量特性值的标准值为

:(1)

式(1)表明，容许产品质量特性值

围绕

有

的波动。也就是说，只要波动不超过

就是良品，否则就是不良品。设质量波动超过

作为不良品处理，给工厂带来的损失为A元，超过

作为良品出厂或流入下道工序，给用户或工厂带来的损失为D元，未超过

作为良品，由于质量波动，使得质量特性值Y偏离目标值

，给用户带来的损失为W元。显然，D>A>W(元)。质量特性值为

的产品，出厂后给用户造成的损失为

。若

等于目标值

时，

为最小，设此时损失为零，即当

时

(2)同时，当

时，由于

的值取极小值，所以这时损失函数导数也为零，即

(3)当质量特性值

偏差达到

时，由于

(4)围绕目标值

，对损失函数作泰勒展开可得(5)

由

可知，若将三次以上的微分项忽略，又令

，则上式可近似地表示为：(6)式(6)称为质量波动的损失函数表达式。式（6）称为质量波动的损失函数表达式，由于

是不依赖于y的常数，那么质量损失函数在

附近近似地等于一条二次抛物线，如右图所示。式（6）中的

和

的求法如下：

由式(4)和式（6)可得(7)对于大量生产来说，

可用观测值

与目标值

之差的平方和之平均计算：(8)其中，

为方差，表示产品质量特性值分散的情况。由式（6）和式（8）(9)对于单件小批生产来说，可用观测值与目标值之差的平方计算：(10)由上式得(11)式(8)和式(11)与通常所用的的计算式不同，(12)式(12)着眼于观测值与样本平均值之偏差，而式(8)和式(11)着眼于本观测值与目标值之偏差。4、信噪(SN)比及其定义式

一信噪比的提出

信噪(SN)比是一个通信学中的一个概念，是指接收到的信号（其中含有噪声）之中，有用信号的功率同噪声功率的比值即：

信噪比越大越好。信噪比试验设计是正交试验设计的新发展，是寻找较优的系统设计、产品设计、较好的工艺参数搭配和最宜生产条件的一种现代试验设计方法和质量管理优化技术。

信噪比设计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试验设计技术，用于系统或产品的开发设计、计量测试的误差分析、动态特性的评价以及工艺设计中的稳定性设计等，在工业生产和科学研究中取得显著的实效，解决了很多实际问题。

二信噪比的定义式在测量过程中，测量质量特性值较大的产品，其绝对误差较大；测量质量特性值较小的产品，其绝对误差较小。

标准偏差或极差，反映质量特性值波动的绝对值大小，而实际测量中，还应考虑质量特性值相对波动大小。事实上，方差是随着平均值的变化而变化的，为了表示方差的这种相对变化量，对于非负量（如重量、强度等），采用变异系数CV来表示：

上式中，

是由于试验或测量中，误差因素存在而产生的表征数据的分散度的统计特征值故称为误差标准差，其方差则称为误差方差。

CV大小由标准差与均值的比值决定。产品特性值越分散，即越大，则CV值也越大，说明产品质量越差；反之，则CV值越小，说明产品质量越好。因此，变异系数CV是衡量产品质量优劣程度的一个指标。若采书变异系数CV的倒数，即

越大，产品的质量分散度越小，质量越好。反之，质量越差。变异系数CV表示产品质量特性值的不稳定程度，或者说不良程度；表示产品质量特性值的稳定程度，或者说优良程度。在正交试验中，n种试验条件下，测得试验数据为y1、y2、…yn则其平均值及方差、标准偏差的计算式为:定义：为信噪比试验中的信噪比（即SN比）,这是因为样本平均值是总体均值的一个估计，其中有误差的存在，上式定义只是为了更加方便、准确地对试验结果进行评价。实际上通常采用分贝值来表示信噪比，即：信噪比计算式的几种类型

在产品设计中，一般把产品的质量特性值分为如下几种：

1．望目特性值：质量特性值存在固定的目标值m0。()，希望特性值围绕目标值波动且波动越小越好。例如，零件的几何尺寸，稳压电源的输出电源等。

2．望小特性值：质量特性值不取负值，希望特性值越小越好，且波动越小越好。其期望值为0，如测量误差等。

3．望大特性值：质量特性值不取负值，希望特性值越大越好，且波动越小超好。其期望值无限大，即E(m0)＝。例如，材料的强度，电视机寿命等。上述望目、望小、望大特性值统称为静态特性值。

4．动态特性值：

质量特性值存在可变的目标值，当施以信号时，目标值随之改变希望特性值尽可能同目标值吻合且偏差越小越好。例如，司机有了转弯的念头并确定目标值后，就操纵方向盘转弯，方向盘的转向角是信号因素，转弯半径就是动态特性值。在SN比试验设计中，针对产品要求不同的质量特性值，SN比计算式将采取不同的表达式。望目特征值的SN比的计算设产品质量特性值y是一个随机变，的无偏估计分别是但不是的无偏估计，两者之间有误差。经数理统计理论的一系列推导，可以得出：

若令：则：

式中：

代入SN计算公式有（望目特性值SN比计算式）：

二望小、望大特性值的SN比计算式望小特征值的SN比为：

望大特征值的SN比的计算式：5、产品设计的三个阶段三次设计即三阶段设计：1、系统设计

——

对产品进行整体的系统和整个结构的设计，

——

主要由专业技术人员完成。

2、参数设计

——

决定系统中各参数的选择，使产品的性能就既能达到目标值，又使它在各种条件下波动小，稳定性好。

3、容差设计

——

要使产品性能接近目标值，元件的容差应是多少为宜。系统设计（一次设计）

系统设计也称为一次设计，即传统的功能设计。系统设计的目的在于选择一个基本模型系统，确定产品的基本结构，使产品达到所要求的功能。它包括材料、元件、零件的选择以及零部件的组装系统。系统设计的内容包括：1.系统选择。考虑具有相同功能的各种系统，从中选择与功能目标一致的系统。这个系统可以是已经存在的系统，也可能是新开发的系统。选择时要特别注意研究产品规划中所确定的产品的功能、价格和寿命等要求，如果会导致人身安全和重大财产损失，还应考虑安全设计。2.把功能目标转化成可以进行设计的具体要求。根据功能目标要求，确定产品的质量特性、质量特性目标值。3.产品总体结构设计。包括产品各组成部分，即系统、分系统、组件、零部件的设计，以保证产品功能的实现。参数设计（二次设计）

参数设计又称为二次设计。参数设计的基本思想是，根据系统设计中所确定的所有参数，通过正交表来安排实验方案，运用误差因素来模拟各种干扰，运用信噪比和灵敏度来进行统计分析，通过多因素的优选方法，来考察三种干扰（内干扰、外干扰和产品间波动）对系统质量特性的影响，寻求最佳的参数组合，以求得抗干扰性最佳的设计方案，使系统质量特性波动小、稳健性好、而且价格低廉。参数设计实质上是运用试验设计技术进行的优化设计，是整个设计过程中的核心阶段。参数设计的步骤：

1.明确问题，筛选出主要的影响因素，并估计其交互作用，列出不可控因素，选择因素水平；

2.控制因素选用正交表设计，确定试验方案；

3.将不可控因素作为干扰条件进行多次实验；

4.进行数据分析；

5.确定性能优良同时能抗干扰参数最佳组合方案。参数设计的益处：克服缺乏产品品质稳定性衡量指标的缺点确定影响品质稳定性的关键参数，制定优化参数的战略不增加成本的情况下提高品质稳定性容差设计（三次设计）

容差设计又称公差设计，它是在系统设计、参数设计后，完成了最佳参数组合的选择，并决定了参数组合的中心值，以各参数水平的波动范围和误差因素去决定容差的设计过程。其主要方法仍然采用试验设计法。

容差设计的任务．是针对主要的误差因素，选择波动较小的优质元器件、零部件以减少质量持性的波动，对非主要误差因素，选用低质元件，以降低成本。但这将会导致成本提高。所以，只有当参数设计后