田口方法-质量工程学

服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质 PAGE PAGE1 ©中国质量协会版权所有www.CAQ口方法田口(Taguchi)参数设计目标:了解Taguchi参数设计方法、掌握如何在具体实践中应用主要内容:Sony的故事田口设计有关概念田口设计的步骤SONY电视机 70年代的故事电视机的性能指标之一：电视机的彩色浓度：y目标值：m，允许偏差为±5公差范围：{m-5,m+5}日本制造美国制造由此判定该机的彩色浓度合格，否则判为不合格两地的产品都是合格产品SONY为什么出现此种差异？SONY电视机 70年代的故事x全部合格0.3%x全部合格0.3%不合格美国制造顾客为什么喜欢日产SONY？1、优良品比率高2、在向目标值m靠近的同时，方差减小3、关注信号、减少噪音此时如何设计？田口（Taguchi）方法是什么?质量愈高 PAGE PAGE10 ©中国质量协会版权所有www.CAQ口（Taguchi）方法的基本思想设质量指标为y，目标值为m，则用户损失即产品质量度量为L K EL

y m)2(y m)2E(yEy)2(Eym)222都小。在线田口方法(下游)反馈控制前馈控制离线田口方法(上游)参数设计在线田口方法(下游)反馈控制前馈控制离线田口方法(上游)参数设计公差设计硬件软件产品/流程优化田口方法流程控制离线田口方法离线田口方法优化产品设计流程设计系统设计参数设计公差设计服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质田口产品设计的三个阶段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—— 值，又使它在各种条件下波动小，稳定性好。3、公差设计——要使产品性能接近目标值，元件的公差应是多少为宜。服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质参数设计寻找稳定性区域确定不受噪音影响的优化参数设置确定参数的重要性设计寻求避免噪音“影响”而非“控制”噪音本身寻找信噪比较小的地段，而非减小噪音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公差设计对公差、原料和部件等参数的合理操作一般在参数设计完毕以后进行确定何种公差应该严格控制、何种应该适当宽松权衡质量和成本参数设计和公差设计的比较在参数设计中:优化无需增加成本支出在公差设计中:优化经常需要增加成本支出参数设计模型1、建模策略过程输入变量有两类：可控因子、噪声因子；减少系统的波动；选出最佳设置。2、噪声因子分析噪音=偏差度噪音因子:引发系统差异的因子，我们既无法控制，或因为成本过高不去控制

值之间产生偏离产生噪音的因子外部噪音环境

内部噪音恶化

产品间噪音(制造商/用户/温度)老化 •部件间差异(加工) PAGE PAGE20 ©中国质量协会版权所有www.CAQ.010-660220263、内外表设计设计内表——根据可控因子的个数和水平数，选择合适的正交表，称为内表；（一般不考虑交互作用）设计外表——根据躁声因子的个数和水平数选择合适的正交表，称为外表；由内、外表结合确定试验组合，进行试验并记录试验结果； PAGE PAGE21 ©中国质量协会版权所有www.CAQ务民族企业 追求卓越品质内表内、外表结合例（内表L18（2X37）） 外表内表A B C D E F G 1 2 3 4 5 6 7 8N1(New)N2(Aged)MeanT1(Low)T2(High)T1(Low)T2(High)11 1 1 1 1 1 11 2 2 2 2 2 23731272331 1 3 3 3 3 3 3221812541 2 1 1 2 2 3 33835291551 2 2 2 3 3 12 3 3 1 1 2 24342403471 3 1 2 1 3 2 32524201281 3 2 3 2 1 33 3 1 3 2 1 236322822102 1 1 3 3 2 2 139301710112 1 2 1 1 3 3 23328110122 1 3 2 2 1 1 337332218132 2 1 2 3 1 3 24339280142 2 2 3 1 2 1 3312460152 2 3 1 2 3 2 133312516162 3 1 3 2 3 1 238342718172 3 2 1 3 1 2 341342321182 3 3 2 1 2 3 137362118服务民族企业 追求卓越品质内、外表结合例（

) )内表外表内表外表L18A1B2C3D4E5F6G7H8N1(New)N2(Aged)T1(Low)T2(High)T1(Low)T2(High)111111111211222222311333333412112233512223311612331122713121323813232131913313212102113322111212113321221322113132212313214222312131522312321162313231217232131231823321231服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质4、响应变量目标设置形式指定目标值（望目）越小越好（望小越大越好（望大）燃料功效分类特征好/坏A/B/C/D5、信躁比计算y2yS i望目特性：

N

log( 2)sis其中：

2 1 ,s2

n jn

(yij yi)nyyinij nyyinj1

n1（ ）信躁比计算望小特性：

log(

1 2ny)in i1ny)i望大特性：

10 1 1 )服务民族企业 追求卓越品质niyin i1 2服务民族企业 追求卓越品质niyi由数据（信躁比）的方差分析确定关于S/N的显著因子和优化的因子水平组合。服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质参数设计的8个步骤试验设计

确定项目范围确定因变量制定噪音控制战略确定可控因子及其水平进行实验/模拟并搜集数据进行数据分析以实现优化进行确认实施并记录结果参数设计范例（望目）步骤1:确定项目范围步骤2:确定因变量系统: 多功能离合器系统因变量: y=扭矩(目标值40)服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质参数设计步骤3: 制定噪音表（或称外设计或外表）1、乘积法：对于控制表中的每个因子都完成一个噪声表的运行，试验次数最多。2、综合误差法：代表性的试验结果作为全部试验误差的代表，大大节省试验次数。3、最不利综合误差法：在噪声表中只选择2点最不利情况（最大，一个负偏最大）作为全部试验误差的代表，试验次数更少。噪音因子Level-1Level-2T温度低高N老化前后服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质参数设计步骤4: 确定可控因子及其水平可控因子Level-1Level-2Level-3A表面光洁度低高B原料S1S2S3C润滑油干半干油DC.E.半径0.060.090.12E指针半径6F齿轮角度354555G齿轮高度2.02.53.0H齿轮厚度低中高 PAGE PAGE30 ©中国质量协会版权所有www.CAQ务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质实验设计方案8L18A B C D E F G 1 2 3 4 5 6 7 8N1(New)N2(Aged)T1(Low)T2(High)T1(Low)T2(High)11 1 1 1 1 1 1 121 1 2 2 2 2 2 231 1 3 3 3 3 3 3L18A B C D E F G 1 2 3 4 5 6 7 8N1(New)N2(Aged)T1(Low)T2(High)T1(Low)T2(High)11 1 1 1 1 1 1 121 1 2 2 2 2 2 231 1 3 3 3 3 3 341 2 1 1 2 2 3 351 2 2 2 3 3 1 161 2 3 3 1 1 2 2因71 3 1 2 1 3 2 3y=81 3 2 3 3 191 3 3 1 3 2 1 2102 1 1 3 3 2 2 1112 1 2 1 1 3 3 2122 1 3 2 2 1 1 3132 2 1 2 3 1 3 2142 2 2 3 1 2 1 3152 2 3 1 2 3 2 1162 3 1 3 2 3 1 2172 3 2 1 3 1 2 3182 3 3 2 1 2 3 1前提是：所有的交互作用均忽略，如AB交互较大，则将A定为常值，观察B的影响大小服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质L18的正交阵列表正交性1234512345678111111111Result-1211222222Result-2311333333Result-3412112233Result-4512223311Result-5612331122Result-6713121323Result-7813232131Result-8913313212Result-91021133221Result-101121211332Result-111221322113Result-121322123132Result-131422231213Result-141522312321Result-151623132312Result-161723213123Result-171823321231Result-18

A1A1A2B1B2B3C1.NumberofReplicatesNumberofReplicatesA1A2B1B2B3C1C2C3D1D2D3E1E2E3F1F2F3G1G2G3H1H2H3WithinA1--333333333333333333333WithinA2--333333333333333333333WithinB133222222222222222222WithinB233222222222222222222WithinB333222222222222222222WithinC133222222222222222222WithinC233222222222222222222WithinC333222222222222222222::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::::WithinH133--2222222222222222WithinH233--2222222222222222WithinH333--2222222222222222Total99666666666666666666666参数设计步骤5: 进行实验并搜集数据,y=38.538.511.90步骤6: 进行数据分析(S/N计算),L18S/NL18S/NStat>DOE>Taguchi>AnalyzeTaguchiDesign>Option–NominalisBest:42,40,33,23 (n=#Data=4)yi1 34.5 yinn2S/N10log( y )n-1i1 8.58 (yy)22nn1in1(dB)23334042No.1ofL18T2T1T2T1)N2老)N1(12.1服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质参数设计Stat>DOE>Taguchi>AnalyseTaguchiDesign>Storage–Mean,S/N,StdDev服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质参数设计S/N通过计算偏离平均值的差异率（%）来测量“偏差程度”s 通过计算偏离平均值的绝对值来测量“偏差程度”在评估和能量有关的功能“偏差程度”时，最好采用S/NS/N增加20dB相当于将偏差程度降低了10倍S/N增加6dB相当于将偏差程度减半:sS/NA19101110.01.020.0A290100110100.010.020.0A399100101100.01.040.0A4900100011001000.0100.020.0A540.0990100010101000.010.0A6999100010011000.01.060.0A79.910.010.110.00.140.0A899.9100.0100.1100.00.160.0A9999.91000.01000.11000.00.180.0参数设计— 因变量数据表Stat>DOE>AnalyseTaguchiDesign>Terms-A~HStat>DOE>AnalyseTaguchiDesign>Analysis–Mean,S/NStat>DOE>AnalyseTaguchiDesign>Graphs–Mean,S/NS/N(dB)16.014.012.010.08.06.04.0(In-lbs)36.034.032.030.028.026.024.022.020.0H3H2H3H2H1H1G3G3G2G2G1G1F3F3F2F2F1F1E3E3E2E2E1E1D3D3D2D2D1S/N(dB)16.014.012.010.08.06.04.0(In-lbs)36.034.032.030.028.026.024.022.020.0H3H2H3H2H1H1G3G3G2G2G1G1F3F3F2F2F1F1E3E3E2E2E1E1D3D3D2D2D1D1C3C2C3C2C1C1B3B3B2B2B1B1A2A2A1A1参数设计－指定最佳值优化的两个步骤两步优化步骤-1:降低差异性根据最高选择S/N值，选定控制因子标准步骤-2:调整平均值的控制因子-1A1B3C3D3/D2/D1E2F1G2H1/H2-2 PAGE PAGE40 ©中国质量协会版权所有www.CAQ过累加法来预测ttt

T(1T)(3T)3T)(3T)(2T)(1T)2T)(1T)25.4dBlT2T)2T)2T)2T)2T)2T)2T)2T)9.4dBopt

T(1T)(3T)(3T)(3T)(2T)(1T)(2T)(1T)2.7(3.2)2.7(3.2)44.2(in-lbs)47.5服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质nalT(2T)(2T)(2T)(2T)(2T)(2T)(2T)(2T)(2.7)(in-lbs)28.7S/N平均值初始设计9.4S/N平均值初始设计9.4最佳设计成果-预计差异性可降低16.0Db，相当于将差异范围缩小了80%.服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质参数设计步骤7: 进行确认实验N1(New)N2(Aged)SigmaS/NT1T2T1T2初始322921157.71924.259.9最佳424038352.98638.7522.3预测确认S/NS/N9.479.924.37.74522.338.83.0提高0--12.4-12.4dB!04812162024280481216202428323640444804812162024283236404448步骤8: 记录和实施InitialDesignInitialDesignPerformance12108642BeforeAgeAfterAge0OptimumDesignPerformance12108642BeforeAgeAfterAge0参数设计范例--越小越好（望小）优化钛合金磨削工艺参数，降低表面粗糙度钛合金被誉为“未来的钢铁”，目前已广泛应用于航空、航天、造船、化工等工业部门。但是，钛合金的导热系数小、黏附性强、抗氧化能力低，致使磨削性能极差。即使采用特制的砂轮磨削钛合金，其表面粗糙度也只能达到Ra>0.6（微米）。为了进一步降低表面粗糙度，请用稳健参数设计的方法优化钛合金的磨削工艺参数。步骤1:确定项目范围/重点优化钛合金磨削工艺参数，将表面粗糙度降至0.2µ m以下。步骤2：确定需要衡量的因变量表面粗糙度y，望小特性步骤3:确定综合误差因子及其水平本例质量特性表面粗糙度y是不可计算的，只能通过试验测出其值。为了减少试验次数，外设计采用最不利综合误差因子法。对于望小特性，综合误差因子N’取如下两种水平：N’1：标准条件N’2:正侧最坏条件噪音因素水平1水平2环境条件标准最坏步骤4:建立可控因子和水平铁合金磨削工艺试验的可控因子水平表因子水平A（转/分）B（mm/转）C（mm/转）D（mm）11120.030.820.00521600.063.30.00253800.091.650.00125选用三水平正交表进行9次试验。服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质步骤5:进行实验-收集数据钛合金磨削工艺实验结果数据表ABCDy1y211110.162ABCDy1y211110.1620.18412220.2590.31313330.1780.20621230.2040.21122310.2260.24423120.1670.17831320.2130.22832130.1570.18833210.2380.271 PAGE PAGE48 ©中国质量协会版权所有www.CAQ骤6:进行数据分析-因变量数据信噪比用如下公式进行计算：10

lg(ini

nni1

y2)一旦计算出信噪比，就可以完成因变量表，然后进行分析。服务民族企业 追求卓越品质步骤6:进行数据分析— 因变量效应图Signal-to-noise:Smallerisbetter321Signal-to-noise:Smallerisbetter3213211514131232D132C115141312MainEffectsPlot(datameans)forSNratiosA B32132132D132C1BAMeanofSNratios

均值主效应图MeanofMeans因变量图以图表形式来展示每个因子对表面粗糙度的主要影响。最佳搭配选A2B1C1D3MeanofMeans服务民族企业 追求卓越品质服务民族企业 追求卓越品质 PAGE PAGE50 ©中国质量协会版权所有www.CAQ骤6:进行数据分析-预测S/NRatioMeanStDevLog(StDev)16.58580.1368330.0044783-4.98404步骤7: 进行确认试验按工艺参数A2B1C1D3作5次验证实验，测得其表面粗糙度为：0.138,0.139,0.159,0.145,0.166,粗糙度都在0.2µ m以下,其平均值为0.149µm,S/N值为16.49(dB)步骤8：记录和实施结果参数设计范例--越大越好（望大）开发微波电路板的焊接程序步骤1: 确定项目范围/重点一位微波电路板的制造商试图开发一个焊接程序，它能够在芯片焊接到电路板上之后，提供可接受的结合强度。步骤2:确定需要衡量的因变量研究的目的是确定一个流程工艺参数，使焊接的拉强度最大，同时对噪音条件不敏感。步骤3:制定噪音战略水平噪音因子 1 2N:基板的类型 铜 黄金基于以往经验,实验者决定把基板材料的类型按噪音因子处理步骤4:建立可控因子和水平经过头脑风暴会议，实验者把上述的可控因子确定为影响拉强度的潜在因素步骤5:进行实验-收集数据在每个试验组合/每种噪音条件下，对四个焊接线路进行强度测量步骤6:进行数据分析-计算信噪比对于L18每个试验组合，可由下面的公式计算出信噪比:=10logMSD