质量工程与管理课件

品質理論第一節品質的定義一、什麼是品質（一）ISO9000：2000品質管理標準中的定義品質是：“一組固有特性滿足要求的程度”。如何理解固有特性、滿足要求的程度？第一節品質的定義一、什麼是品質（二）日本著名品質管理學家田口玄一的定義品質就是產品上市後給社會造成的損失，但是由於產品功能本身產生的損失除外。品質可量化度量第一節品質的定義一、什麼是品質（三）美國著名品質管理專家朱蘭的定義

品質就是適用性（FitnessforUse）

朱蘭是站在用戶的角度定義品質

第一節品質的定義二、品質的特性（1）動態性（2）相對性（3）可比性（4）演變性第一節品質的定義二、品質的特性1.技術性或理化性的品質特性

2.心理方面的品質特性

3.時間方面的品質特性

4.安全方面的品質特性

5.社會方面的品質特性

第一節品質的定義三、品質相關概念（一）產品品質“產品滿足明確和隱含需要的能力的特性之總和”。產品品質維度

性能、特性、可靠性、符合性、耐久性、可服務性、美感、感知品質哈佛商學院的戴維·加文提出的第一節品質的定義三、品質相關概念（二）服務品質服務品質是指服務要求得到滿足的程度。

服務品質維度

有形性、服務可靠性、相應性、保證性、移情性、可用性、專業性、適時性、完整性、愉悅性帕拉蘇拉曼、蔡特哈梅爾和貝裏第一節品質的定義三、品質相關概念（三）過程品質國際標準ISO9000：2000將過程定義為：“一組將輸入轉化為輸出的相互關聯或相互作用的活動。”過程品質可理解為過程滿足要求的程度。第一節品質的定義三、品質相關概念（三）過程品質開發設計過程品質製造過程品質使用過程品質服務過程品質從品質形成全過程考慮第一節品質的定義三、品質相關概念（四）工作品質工作品質一般是指企業生產經營中各項工作對產品和服務品質的保證程度。可用產品品質特性值定量地表現出來第二節品質形成一、品質職能品質職能(QualityFunction)是指在品質形成過程中，為實現品質目標所必須發揮的品質管理功能及其相應的品質活動。處理好品質職能與品質職責的關係第二節品質形成二、產品品質形成市場研究產品計畫設計制定產品規格制定工藝採購供應商儀器儀錶配置工序控制生產檢驗測試銷售售後服務市場研究維修保養圖1-2-1朱蘭品質螺旋曲線揭示了產品品質形成的客觀規律第二節品質形成二、產品品質形成▲產品品質形成全過程包括13個環節（品質職能）▲產品品質的形成和發展是循序漸進的螺旋式上升運動過程▲作為一個產品品質系統，其目標的實現取決於每個環節品質職能的落實和各環節之間的協調▲品質系統是一個開放系統，和外部環境有密切聯▲人是產品品質形成全過程中最重要、最具能動性的因素第二節品質形成三、服務品質▲服務品質形成過程主要包括三個過程：市場開發過程、設計過程和服務提供過程。服務需要接觸面顧客組織服務提要服務組織設計過程市場開發過程服務業績分析和改進服務提供過程服務規範服務提供規範服務控制規範顧客組織接觸面服務結果組織評定顧客評定服務需要/結果服務過程服務過程檔服務測量第三節品質管理概述一、品質管理的概念（一）品質管理的定義國際標準ISO9000：2000將品質管理定義為：“在品質方面指揮和控制組織的協調活動。”指揮和控制組織的協調工作主要包括制定品質方針和品質目標以及實施品質策劃、品質控制、品質保證和品質改進。第三節品質管理概述一、品質管理的概念（二）定義的解釋品質管理是一個組織全部管理活動的重要組成部分，其職能是負責品質方針的制定和實施；品質管理的職責應由組織的最高管理者承擔，不能推卸給其他的領導者，也不能由品質職能部門負責；品質與組織內的每一個成員相關，他們的工作都直接或間接地影響著產品或服務品質；品質管理涉及面很廣；在品質管理中必須考慮經濟因素。第三節品質管理概述二、品質管理的基本職能與原理（一）品質管理的基本職能計畫組織指揮控制監督審核第三節品質管理概述二、品質管理的基本職能與原理（二）品質管理的基本原理以顧客為關注焦點領導作用全員參與過程方法管理的系統方法持續改進基於事實的決策方法與供應商互利的關係第三節品質管理概述三、品質管理專家的品質理念（一）戴明的品質理念戴明的“品質管理的十四點”

PDCA迴圈第三節品質管理概述三、品質管理專家的品質理念（二）朱蘭的品質理念朱蘭的品質觀點朱蘭的品質管理三部曲朱蘭的品質螺旋曲線第三節品質管理概述三、品質管理專家的品質理念（三）克勞斯比的品質理論催生美國現代品質管理零缺陷管理品質成本第三節品質管理概述三、品質管理專家的品質理念（四）其他品質管理專家的品質理念休哈特田口玄一石川馨品質控制的基本原理三次設計品質管理的新七種工具第三節品質管理概述四、品質管理在世界各國的發展（一）美日品質管理的特點美國人重視品質管理理論的研究和創新日本人則更注重將引進的各種現代品質管理理論和方法本地化，並應用於生產實踐中主要內容第一節正交設計第二節三次設計第三節謝恩DOE第四節品質功能展開一、試驗設計的基本術語1.因素與水準因素是影響試驗指標的原因。因素可分為兩類，凡在試驗中人為可控制和調節的，稱為可控因素，否則稱不可控因素，不可控因素也稱雜訊因素。水準是某個因素所處的狀態、條件或取值。正交設計中的因素一般是指可控因素，是試驗中提出加以考察、比較的影響試驗指標的原因。一、試驗設計的基本術語2.主效應和交互作用某一因素的各水準在不同水準組合的實驗觀測值的平均值之間的差值，稱為該因素的主效應。一個因素的效應在另一個因素的不同水準的不同表現，稱為因素之間的交互作用。B2B1A1A2品質特性B2B1A1A2品質特性圖2-1-1圖2-1-2一、試驗設計的基本術語3.隨機化任何試驗均存在誤差，誤差可分為隨機誤差及系統誤差。為平衡抵消系統誤差，將系統誤差轉化為隨機誤差，應採取試驗順序隨機化的方法。4.相應（輸出）試驗的結果稱為回應或輸出。例題[例2.1.1]假設某過程的品質受A、B兩因素影響，A、B兩因素又各有A1、A2及B1、B2兩種水準。試驗結果品質水準與兩個因素A、B的關係下表，試確定A、B兩個因素的主效應。

因素

品質水準因素

A

A1

A2

BB1

88

96B2

94

93例題解：A有兩個水準A1、A2，A1的水準組合有A1B1與A1B2，因素間的交互作用可如下度量：兩種水準組合試驗值均值為（88+94）/2=91，A2的水準組合有A2B1與A2B2，試驗值均值為（96+93）/2=94.5因素A的主效應為94.5-91=3.5；因素B的主效應為92-93.5=-0.5。二、正交表正交表是根據均衡分散的思想，用組合數學理論在拉丁方及正交拉丁方的基礎上構造的一種表格。1.正交表的構造表的每一行對應一次試驗，每一列對應一個因素，用1，2，…，t表示該因素相應的水準二、正交表1.正交表的構造表的每一行對應一次試驗，每一列對應一個因素，用1，2，…，t表示該因素相應的水準，且滿足以下條件：(1)在任意一列中，各水準出現的次數相同，即水準1,2,3，…出現的次數相同（均衡性）；(2)任意兩列同行上水平組合的有序數對11，12，13，21，22，23，31，32，33，…出現次數相等（正交性）。二、正交表1.正交表的構造因素試驗號A1A2A3A4123456789111222333123123123123231312123312231每列的數字代表因素的水準；每行表示一種因素的水準組合，即一個試驗條件二、正交表1.正交表的構造正交表是一種規格化的表格，通常用記號Ln(tq)表示，故也稱L表。其含義是：L表示正交表，n表示試驗的次數，t表示因素的水準數，t的上標q是可安排的因素個數。Ln(tq)正交表代號安排因素個數因素的水準數行數，試驗次數二、正交表2.正交表的幾何描述通常所說的正交試驗，是指既滿足均衡性、正交性，而試驗次數n又遠小於N的試驗設計。圖2-1-3圖2-1-4二、正交表3.正交表的選擇與表頭設計(1)根據水準數選擇正交表(2)根據試驗要求選擇正交表選定正交表後，要進行表頭設計。如果因素間無交互作用，把各因素分別放在選用的正交表表頭的適當列上。如果因素間有交互作用，就需利用交互作用表例題[例2.1.2]酸的濃度、反應的時間、酸的當量及反應溫度，是影響某化工廠產品品質的主要因素。根據經驗以上因素選擇二個水準，具體數據如表2.1.3。因素水準酸的濃度A反應時間B酸的當量C反應溫度D

1293%87%

30分

13分

4535

70℃60℃例題[解]

因為每個因素只有二個水準，故選擇二水準L表。(1)只考慮A,B,C三因素常用的二水準L表，有L4(23)，L8(27)，L12(211)，L16(215)，L20(219)，L24(223)，L32(231)。因為僅考慮A，B，C三因素，L4(23)可安排三個因素，據試驗次數盡可能少的原則，可選L4(23)。因為情況較簡單，只需將因素分別放在適當的列上，即完成表頭設計如下：因素ABC列號12

3例題[解](2)考慮A,B,C,D四個因素，且希望分析A與B,C,D的交互作用，已知其他交互作用很小。當有4-7個因素時，一般選用L8(27)表。本題有A，B，C，D四個因素，如前已將A，B，C，AB，AC，BC分別安排在1，2，3，4，5，6列，故D只能安排在7列。因此，AD應在6列，BD在5列，CD在4列。由於只考慮交互作用AB，AC與AD，因此表頭設計為：列號1234567因素ABC

DA

BCB

DA

CB

CA

DD例題由於在6列有二個交互作用，為避免一列有二個交互作用，可將表頭設計改為：列號1234567因素ABC

DA

BCB

DA

CDB

CA

D由於已知交互作用CD，BD，BC很小，故如表B與CD混，C與BD混，D與BC混，不會影響結果的分析。例題[解](3)A，B，C，D四個因素及其兩兩交互作用全部考慮由上可知，因素為4時一般選擇L8(27)表。現因需考慮四個因素的兩兩交互作用，即需考慮A，B，C，D，AB，AC，AD，BC，BD，CD，L8(27)表顯然不能辦到，故選擇L16(215)表。借助L16(215)的兩列間的交互表，表頭設計為：列號123456789101112131415因素ABA

BCA

CB

CDA

DB

DC

D三、正交試驗設計的基本方法正交試驗設計的一般步驟是：(1)明確試驗的目標，確定試驗指標；(2)挑因素，選水準；(3)選用正交表；(4)表頭設計；(5)確定試驗計畫方案；(6)分析試驗結果，確定因素適宜的水準組合。例題

[例2.1.3]某廠生產彩色錄影機磁鼓組件的關鍵部件磁鼓電機。國外同類產品規定電機輸出力矩應大於210g.cm。該廠依此對電機品質進行調查，發現引力矩不合格的達到43%。為提高電機品質，希望通過試驗，得到較優的生產工藝設計。例題[解]：(1)確定試驗的指標根據國外同類產品規定，試驗的指標為電機輸出力矩大於210g.cm。(2)因素及因素水準根據技術分析，影響輸出力矩的因素有：充磁量、定位角度以及定子線圈匝數，因素水準設定如表2.1.5。因素水準

A充磁量（10-4T）

B定位角（）C定子線圈匝數（匝）123

90011001300

101112708090例題

(3)選擇正交表因為這是三因素三水準問題，根據技術分析忽略三因素間的交互作用，可採用正交表L9(34)(表2.1.6)。因素列號

1

2

3

4

123456789111222333

123123123123231312

123312231例題(4)表頭設計

L9(34)表有4列，選前3列安排因素，表頭設計如表2.1.7。因素ABC列號12

3(5)確定試驗計畫方案據表頭設計，將L9(34)表中1，2，3列換成表2.1.6相應的水準，即得試驗方案（表2.1.8），填入試驗結果。例題表2.1.8試驗方案及結果因素試驗號A1B2C3試驗結果力矩（g.cm）

123456789900900900110011001100130013001300101112101112101112708090809070907080

160215180168236190157205140例題

(6)試驗結果分析i．直觀分析如本例由表2.1.8，可知試驗2、5達到電機輸出力矩大於210g.cm的目標要求，試驗5的因素水準組合優於試驗2，故選擇5為一個好的條件。例題

(6)試驗結果分析ii．極差分析是目前工業試驗中比較流行的做法例題

(6)試驗結果分析iii．方差分析判斷因素的重要程度方差來源平方和自由度均方差F統計量結論充磁量1421.62710.812.23顯著定位角度5686.922843.548.94顯著定子線圈匝數427.62213.83.68不顯著誤差116.2258.1總偏差7652.28F2,2,0.05=19.0，F2,2,0.10=9.00四、有交互作用的正交實驗設計多因素試驗的結果，往往是多個因素的綜合效應，有時會發生兩個因素間的交互作用。此時，在正交試驗設計過程中，就應考慮因素間的相互影響。例題[例2.1.4]某軸承廠為提高軸承品質，降低成本，決定用正交試驗設計改進回火工藝，以改變因退火後軸承圈硬度過大，回爐率高達15%的狀況。經技術分析，影響退火後軸承圈硬度的因素及相應的水準如表2.1.13。且已知三因素兩兩之間有交互作用。試確定最佳工藝條件。

因素

水準

A上升溫度（℃）

B保溫時間（小時）

C出爐溫度（℃）

12

800825

68400300例題[解]採用合格率作為試驗指標。於這是三因素二水準問題，選用L8(27)，可安排7個因素8次試驗，即使考慮交互作用，也能滿足試驗設計的要求。表頭設計為因素

A

B

ABCACBC列號

1234567例題試驗方案與結果如表2.1.14。據各因素的極差可知，在所考慮的三因素中，保溫時間（因素B）對合格率的影響最為顯著，A，C次之。最優的工藝條件為B1A1C2五、多指標正交設計指標多於兩個的試驗，稱為多指標正交試驗。多指標問題在實際中大量存在。因指標間可能存在矛盾，需設法兼顧使之達到盡可能好的、比較滿意的工藝條件,故試驗分析比單指標複雜。常用的方法有綜合平衡法和綜合評分法。（一）綜合平衡法（二）綜合評分法（一）綜合平衡法[例2.1.5]為提高某種橡膠的品質，選定考察指標為：伸長率（%）、變形（%）和屈曲（萬次）。試用正交試驗確定最佳配方。[解](1)確定試驗指標、因素水準試驗指標為：伸長率（%）愈大愈好；變形（%）越小越好；屈曲（萬次）愈多愈好。經設計部門分析，影響品質的因素及相應水準如表2.1.16。表2.1.16因素水準表

因素水準促進劑總量

A氧化鋅總量

B促進劑D所占比例(%)C促進劑M所占比例(%)D12342.93.13.33.513572530354034.739.744.749.7（一）綜合平衡法(2)因為是四因素四水準多指標問題。故選L16(45)表來安排試驗，計畫與結果分析。(3)試驗結果分析根據極差的大小，可確定各因素相對每個指標的主次關係(表2.1.18)指標

主次好的因素水準組合伸長率

ABCDA3

B1C3D4變形CABDA1

B4C1D2屈曲ABDCA1

B1C1D4因素主次關係橡膠的最佳配方應為A1B1C1D4（二）綜合評分法在多指標試驗設計中，如根據一定的標準，對每號試驗的各指標結果，得到各號試驗的綜合分數，以綜合分數為指標，則可將多指標轉換單指標問題。這種方法稱為綜合評分法。綜合評分法的關鍵是評分，使之既能反映各項指標的要求，又能反映各指標的重要程度。1.次序評分法2.公式評分法1.次序評分法[例2.1.6]某礦為提高球團品質，達到抗壓強度、落下強度及裂紋三項指標要求。擬用正交試驗設計尋找精礦粉造球的最佳配方。[解]據有關資料及生產實際經驗，確定對水分（A）、粒度（B）、鹼度（C）、膨潤土（D）四因素進行試驗。每個因素取三個水準，有關數據如表2.1.19。因素水準水分

A粒度

B鹼度

C膨潤土

D(%)12391083060801.21.41.61.01.52.0表2.1.19精礦粉造球試驗因素水準表1.次序評分法本題是四因素三個水準問題，選用L9(34)表安排試驗，得如表2.1.20所示的試驗方案及結果。因素試驗號水分(%)A1粒度(%)B2鹼度C3膨潤土(%)D4抗壓強度(kg/個)落下強度(0.5m/次）裂紋度綜合評分

1234567891（9）1（9）1（9）2（10）2（10）2（10）3（8）3（8）3（8）1（30）2（60）3（80）1（30）2（60）3（80）1（30）2（60）3（80）1（1.2）2（1.4）3（1.6）2（1.4）3（1.6）1（1.2）3（1.6）1（1.2）2（1.4）1（1.0）2（1.5）3（2.0）3（2.0）1（1.0）2（1.5）2（1.5）3（2.0）1（1.0）11.34.410.87.07.823.69.08.013.2

1.03.54.51.01.515.01.04.520.02332102106550605565100607095K1175180235225K2220185200210K3225255185185R50755040最優配方為A3B3C1D12.公式評分法[例2.1.7]用正交試驗法尋求提高鐵水品質的工藝條件。[解]根據生產實際經驗和專業知識，試驗考察的指標為：鐵水的溫度應高於1400℃，每增高1℃加一分，降低1℃減少一分；熔化速度以5噸/h為基準，每增減0.1噸/h均減一分；總焦鐵比以1：12為基準，每高0.1加一分，低0.1減一分。影響鐵水品質的因素水準如表2.1.22。因素水準溶化帶直徑

爐缸直徑A一排風口尺寸

二排風口尺寸B風壓

C批焦鐵比1：xD123

760

620

740

550

720

650

(

40

6)

(

10

6)(30

6)

(

25

6)(20

6)

(

25

6514.512.5表2.1.22化鐵爐試驗因素水準表2.公式評分法可用正交表L9(34)安排試驗。試驗安排及結果如表2.1.23所示。因素試驗號

A1B2C3D4鐵水溫度℃熔化速度噸/h總焦鐵比

1:x綜合評分1234567891112223331231231231232313121233122311408139914091409140514121415141314195.35.25.65.24.95.15.45.35.111.713.212.311.912.513.013.312.213.52966921241233

K117323544

K236304854

K369603924

R52301330適宜的生產條件為A3B2C2D2或A3B2C2D1主要內容第一節正交設計第二節三次設計第三節謝恩DOE第四節品質功能展開一、三次設計概述即產品的功能設計，又稱一次設計，是利用專業知識和技術，確定整個系統（產品）的結構、材料、壽命及性能，以滿足產品規劃所要求的功能。（1）系統設計系統設計不僅決定產品的價值，也決定產品的穩定性，是三次設計的基礎。一、三次設計概述又稱二次設計，是在系統設計完成後，確定系統（產品）的各元器件、零部件參數的最佳值及最適宜的組合，以降低成本、提高品質。通過參數設計，使系統參數值合理搭配，而有可能用廉價的的元器件、零部件，製造出性能良好的整機。（2）參數設計參數設計是三次設計的核心一、三次設計概述（3）容差設計是在參數設計基礎上，從經濟的角度，進一步考慮各參數的允許誤差範圍。對影響大的關鍵參數給以較小的誤差範圍，次要參數的誤差範圍則可適當放寬要求二、參數設計（一）參數設計的基本思想1.品質損失函數定義品質損失函數如下：設產品品質特性值為y，目標值為m。當特性值偏離目標值，即y≠m時，則造成損失，且其差值|y-m|越大，損失越大，差值|y-m|越小，損失越小，y=m時，損失最小。

L(y)=k(y-m)2

品質損失函數：

k值也可以根據功能界限Δ0和喪失功能的損失A0確定例題[例2.2.1]某電視機電源電路的輸出電壓y的目標值m=115V，功能界限Δ0=25V,喪失功能的損失A0=300元。(1)求損失函數的係數k；(2)如果電源為不合格品時的損失A=1元，求容差Δ；(3)如果輸出電壓y0=112V，該產品是否應出廠？[解](1)元/V2

(2)V

(3)元二、參數設計（一）參數設計的基本思想2.平均損失損失函數的數學期望稱為平均損失，其值愈小，產品品質愈高。其公式為：其中：參數設計分兩步做：穩健設計、靈敏度設計二、參數設計（一）參數設計的基本思想3.信噪比田口提議用信噪比SN為評價品質特性的波動指標(1)望目特性的SN比：所謂望目特性是希望品質特性y達到或接近目標值而波動越小越好的品質特性。η=μ2

/σ2為望目特性的信噪比，簡稱SN比。分貝值的望目特性的SN比的估計公式為：二、參數設計（一）參數設計的基本思想3.信噪比(2)望小特性的SN比：望小特性是y>0,且望其越小越好，即希望y→0，同時波動越小越好的品質特性分貝值望大特性的SN比的估計公式為：若y為望大特性，則y的倒數1/y可看成望小特性。二、參數設計（一）參數設計的基本思想3.信噪比(3)望大特性的SN比：望大特性望其越大越好，即希望y→∞，同時波動越小越好的品質特性為望小特性的信噪比。分貝值望小特性的SN比的估計公式為：二、參數設計（二）參數設計的內外表法參數設計的本質是穩健性優化設計，其基本思路是：先改善系統的信噪比，使系統輸出特性的波動減少到最低的程度，然後將特性值調整到給定的目標值。田口運用內、外正交表相結合的方法進行試驗設計或計算，並以信噪比SN為評價指標，尋求最優的穩定性良好的參數組合，成功地實現以上思路。例題PyxFWD圖2-2-3氣動換向裝置示意圖[例2.2.2]氣動換向裝置的參數設計。有關技術指標是：(1)能在一定的阻力作用下，帶動90kg左右的載荷完成六個轉換動作，且動作可靠，到位衝擊力小，重量輕，體積小；(2)在1秒內完成最長距離的換向動作；(3)在0.2-0.4kgf/mm2的壓縮空氣作用下，氣耗量盡可能小。例題[解]：在六個轉換動作中，最長的轉向動作是問題的關鍵，解決這一關鍵，其他問題就迎刃而解。圖2-2-3是最長轉向動作的基本結構，據能量守恆可算出換向末速度，其力學模型為：（1）因素及分類本問題的可控因素是：換向行程、換向活塞直徑D及汽缸內氣壓P；主要誤差因素有：換向阻力、系統重量、換向行程、汽缸內壓和換向活塞直徑的變化，誤差因素是不可控因素。例題（2）確立因素水準諸因素均取三個水準，據專業知識，因素水準如表：

水準因素

123可控因素

換向行程x（mm）

525660換向活塞直徑D（mm）

222426汽缸內氣壓P（kgf/mm2）

0.220.260.30誤差因素換向行程x’x’-0.2x’x’+0.2換向活塞直徑D’D’-0.1D’D’+0.1汽缸內壓P’P’-0.02P’P’+0.02換向轉力F’=75F’-2F’F’+2系統重量N’=90N’-5N’N’+5例題（3）建立內外表（直積表）由上，可控因素是一個三因素三水準問題，選擇L9(34)表為內標；誤差因素是五因素三水準問題，選L18(2

37)為外表，進行試驗設計。構成內外表組成的直積表（表2.2.4）。例題（4）計算信噪比例題5.統計分析用內表（表2.2.5）對結果進行統計分析，方差分析表如表2.2.6。表2.2.5內表及SN比數據例題方差來源平方和自由度均方差F統計量換向行程x17.6128.801.10換向活塞直徑D93.15246.575.80汽缸內氣壓P148.14274.079.23誤差e16.0628.03總偏差274.958表2.2.6方差分析表例題⑹最優方案的確定按P→D→x的主次關係，P、D分別取最優水準P3和D3，由於x的影響可忽略，原則上可任選。因此有P3D3x1，P3D3x2和P3D3x3三種方案可供選擇，輸出特性值見表2.2.7。考慮到目標是輸出特性y盡可能接近960（mm/s），最佳設計為方案是P3D3x1，即x=52(mm)，D=26(mm)，P=0.30(kgf/mm2)，是為9種方案（試驗）中SNR最大，最接近目標的設計。（三）靈敏度分析尋找調節因素，用該因素把實驗指標值調節到接近目標值的過程，稱為靈敏度設計。靈敏度設計，可以通過分析各因素對試驗回應值y的敏感性，來確定調節因素。例題[例2.2.3]對例2.2.2作靈敏度設計。[解]⑴列表計算均值各列平方和表2.2.8均值計算表例題⑵將以上計算結果列入方差分析表（表2.2.9）。方差來源平方和自由度均方差F統計量換向行程x9392.3222524696.16110.38383932換向活塞直徑D191232.881295616.44211.4207173汽缸內氣壓P168790.29284395.15186.6089352誤差e904.5134432452.2567總偏差370320.0078

F0.95(2,2)=19.00表2.2.9均值的方差分析表例題因為F統計量臨界值F2,2,0.05=9.00，故換向活塞直徑D及汽缸內氣壓P均是顯著因素（見表2.2.10）。當最優水準組合的品質特徵值y沒有達到目標值時，可以通過調整因素——活塞直徑進行調整。因素指標因素名稱信噪比η靈敏度β

換向活塞直徑D*調整因素汽缸內氣壓P**穩健因素由於因素活塞直徑D各水準的特徵值y的均值分別是507.8，703.78及864.29，最接近目標值960的水準是D3。三、綜合雜訊法綜合雜訊法是：不管有多少雜訊因素，也不管雜訊因素有多少個水準，把諸雜訊因素綜合成一個二水準的“綜合雜訊因素”的方法。並記此綜合雜訊因素為N。它的兩個水準分別是：N1：負側最壞水準，使產品性能指標達到最小值的各雜訊因素水準的組合N2：正側最壞水準，使產品性能指標達到最大值的各雜訊因素水準的組合例題[例2.2.4]氣動換向裝置參數設計的綜合雜訊因素法。[解]：（1）確定因素水準

水準因素

123可控因素

換向行程x（mm）

525660換向活塞直徑D（mm）

222426汽缸內氣壓P（kgf/mm2）

0.220.260.30誤差因素N1(負側最壞水準)N2(正側最壞水準)換向行程x’-0.2

+0.2換向活塞直徑D’-0.1+0.1汽缸內壓P’-0.02+0.02換向阻力F’=75+2－2系統重量N’=90+5－5例題（2）安排試驗根據可控因素及其水準，內表仍採用L9表。由於綜合雜訊因素水準N1與N2要依賴可控因素在內表中的水準，具體的試驗安排如表2.2.12：試驗號N1N2x’D’P’F’N’x’D’P’F’N’151.821.90.20739552.222.10.247785251.823.90.24739552.224.10.287785351.825.90.28739552.226.10.327785455.821.90.24739556.222.10.287785555.823.90.28739556.224.10.327785655.825.90.20739556.226.10.247785759.821.90.28739560.222.10.327785859.823.90.20739560.224.10.247785959.825.90.24739560.226.10.287785例題（3）計算信噪比例題（4）穩健性設計根據信噪比最大的原則，從各水準信噪比均值來看，最穩健的因素水準組合應該是x1D3p3。採用以信噪比SN為回應變數做方差分析，結果如表2.2.14。

各水準信噪比均值方差來源因素水準1水準2水準3平方和自由度均方差F統計量換向行程x18.5316.1916.1710.98625.4930.960換向活塞直徑D8.0916.9525.85472.8562236.42841.338汽缸內氣壓P6.1316.2328.52754.4682377.23465.957偏差904.512452.2511.43925.719總偏差370320.0181249.758F0.95(2,2)=19.00表2.2.14各因素水準信噪比均值和方差分析表例題為回應變數，進行方差分析。（4）靈敏度設計。分析各因素對試驗回應值y影響的敏感性，以表2.2.13中的輸出回應值的均值各水準試驗回應均值方差來源因素水準1水準2水準3平方和自由度均方差F統計量換向行程x636.42700.00724.1912331.9226165.963.24換向活塞直徑D493.88702.09864.64207228.032103614.0254.52汽缸內氣壓P500.95709.72849.94185040.16292520.0848.69誤差e1900.312950.16總偏差406500.4228F0.95(2,2)=19.00表2.2.15各因素對試驗回應值y均值和方差分析表最優水準組合應是：P3D3x1四、容差設計三次設計的目的是使企業生產出“價廉質優物美”的產品。參數設計給出了各參數最佳中心值，為“質優物美”提供保證。容差設計則是在此基礎上，從經濟的角度，進一步考慮各參數的允許誤差範圍。對影響大的關鍵參數給以較小的誤差範圍，次要參數的誤差範圍則可適當放寬要求。四、容差設計容差設計的步驟一般是：

(1)誤差因素設計。包括：確定誤差因素水準表，外設計、方差分析及貢獻率分析；(2)建立品質損失函數；(3)驗證試驗；(4)容差確定。主要內容第一節正交設計第二節三次設計第三節謝恩DOE第四節品質功能展開第三節謝恩DOE謝恩DOE的基礎就建立在帕累托定律基礎上。謝恩將必須解決的問題（輸出或回應）稱為綠Y，第一位或最主要的原因稱為紅X,占綠Y的50%以上；第二位的原因稱為粉紅X，占綠Y的20~30%；第三位的原因稱為淺粉紅X，占綠Y的10~15％(見圖2-3-1)。第三節謝恩DOE重要的幾個原因紅X粉紅X淺粉紅X原因個數50%不重要的幾個原因綠Y總影響的百分比圖2-3-1怕累托定律：綠Y和紅X第三節謝恩DOE謝恩DOE組合多變量圖等10種不同的DOE工具（或技術），各種工具可以單獨使用，也可組合使用。20～1000個變數思路創新工具多變量部件搜索成對比較產品/過程搜索集中圖變數搜索全析圖Bvs.C散佈圖回應曲面法預控制正向控制交互影響表現無交互影響5~20個變數4個或更少變數識別根本原因確認優化保證安全過程確認正式實驗設計工具轉換到統計過程控制圖2-3-2減少變數框圖第三節謝恩DOE圖2-3-3搜索紅X：解決問題的路徑問題緑Y測量系統解析度：準確度；偏移；精密度

符合度5：1準確度已知變數族多變量單元到單元部件搜索時間到時間單元內容拆卸/重裝緑Y的常數連續拆卸部件拆卸/重裝連續拆卸連續拆卸變數搜索/完全析因

B與C比較回應曲面法散佈圖正向控制過程確認預控制確定紅X交互影響否儀錶內部儀錶與儀錶之間操作員與操作員之間屬性的利克特度量尺度/散佈圖/多變量圖是是否否是是否主要內容第一節正交設計第二節三次設計第三節謝恩DOE第四節品質功能展開一、什麼是品質機能展開1．品質機能展開的含義品質機能展開（QFD）就是將顧客的要求轉換成品質特性，保證顧客的關鍵需求以及企業的核心技術系統地展開到產品的各功能部件、過程變數等品質特性，從而形成滿足顧客要求的產品品質。品質機能展開通過定義“做什麼”（即顧客要求）和“如何做”（即品質特性），識別關鍵的品質特性，將顧客定義的品質要素注入產品或服務。一、什麼是品質機能展開2．品質機能展開的內容品質機能展開（QFD）以用戶需求為依據，經過技術展開、可靠性展開和成本展開，保證專案一覽表和作業標準，明確要解決的問題，並回饋到有關部門，成為品質改進的出發點和突破口。一、什麼是品質機能展開3．品質屋的原理及構成1988年，美國學者J.R.Hauser和DonClausing提出品質屋（TheHouseofQuality），也稱品質表（QualityChart或QualityTable）的概念。它用矩陣為工具，將顧客需求如下逐層展開：⑴產品設計要求（涉及規格或規範）；⑵分系統、零部件的設計要求；⑶生產要求等。然後，採用加權評分的方法，評定設計、工藝要求的重要性，通過量化計算，找出產品的關鍵單元、關鍵部件、關鍵工藝，為優化設計這些“關鍵”提供方向，採取有力措施。3.品質屋的原理及構成本產品國內對手改進後國外對手

1

m市場競爭力Mi

12……n

關係度（3）（2）（5）（6）（4）（7）（1）顧客需求重要度Ki圖2-4-1品質屋結構圖工程措施重要度本產品改進後國外對手國內對手3.品質屋的原理及構成組成品質屋的基本表格有5種，它們是：（1）顧客需求展開表顧客需求展開表位於品質屋的左牆。具體內容是調查獲得的顧客需求資訊分析、整理，加工、提煉，形成系統的、有層次、前瞻性顧客需求展開，用如下表格（表2.4.1）表示。顧客需求準則層指標層

B1C1

B1C11C12…B2C21C22…

……

BjCjiCj2…表2.4.1顧客需求展開3.品質屋的原理及構成組成品質屋的基本表格有5種，它們是：（2）關鍵顧客需求確定表關鍵顧客需求確定表位於品質屋的右牆。是將顧客需求按重要程度排序填入如表2.4.2所示的關鍵顧客需求確定表。顧客需求重要度比較分析改進目標關鍵顧客需求顧客…平均本公司其他改進目標水準提高率商品特性點絕對權重權重值B1…C1…表2.4.2關鍵顧客需求確定表3.品質屋的原理及構成組成品質屋的基本表格有5種，它們是：（3）技術要求展開表技術要求（又稱工程措施）展開表，位於品質屋的天花板。技術要求展開表列出與各項顧客需求相應的技術需求，採用聚類法（KJ）分類，計算或測量“品質特性”填入技術要求展開表（表2.4.3）。技術要求間的對應關係，則在屋頂的對稱矩陣中表示。技術要求展開技術要求指標一級A1A2An二級特性值表2.4.3技術要求展開表3.品質屋的原理及構成組成品質屋的基本表格有5種，它們是：（4）品質表品質表位於品質屋的房間，是QFD的核心。它將顧客需求排序，確定關鍵顧客特性，揭示他們與技術要求之間的關係，把顧客需求變換成輸出品質特性，用於品質設計。3.品質屋的原理及構成組成品質屋的基本表格有5種，它們是：（5）輸出品質特性確定表輸出品質特性確定表位於品質屋的地板和地下室。是經過品質表轉換，明確改進後的設計品質要求，隨之確定關鍵輸出品質特性，結果如表2.4.4。表2.4.4輸出品質特性確定表

輸出品質特性重要度評價

Ai比較分析對手技術難度設計輸出特性（特性值）二、品質機能展開的程式（一）顧客需求展開需求分析也稱為收集“顧客的聲音”（VoiceoftheCustomer，縮寫為VOC），主要分析顧客需求及其需求類型，是品質機能展開的關鍵環節。圖2-4-2Kano模型（不充足）（充足）基本需求（通常隱含的）（不滿意）顧客滿意程度（滿意）特性需求（明示的）品質特性（前瞻性的）激動人心的需求1.顧客需求分析二、品質機能展開的程式（一）顧客需求展開2.顧客需求分析(1)確定研究和分析的對象(2)顧客需求收集、整理(3)顧客需求陳述(4)顧客需求的展開二、品質機能展開的程式（二）關鍵品質需求展開（1）重要度Ki確定各項顧客需求在顧客心目中的重要程度。重要度的確定，可採用李克特五級評分，在對顧客的調查時，請顧客對某項需求按影響滿意程度的大小，在“5”、“4”、“3”、“2”、“1”中選擇一個數為評價值“5”表示影響大（非常關注）；“4”表示有影響（關注）；“3”表示一般（無所謂）；“2”表示沒有影響（不關注）；“1”表示完全無影響（很不關注）。二、品質機能展開的程式（二）關鍵品質需求展開（2）比較分析比較分析就是對企業產品的滿意度評價。評價也可採用李克特五級評分，分值含義與重要度評級類似，“5”表示非常滿意，“1”表示非常不滿意，逐級遞減。二、品質機能展開的程式（二）關鍵品質需求展開（3）改進目標①改進目標。根據重要度（認知品質）及比較研究（感知品質）的評價結果，結合專案目標，制定改進目標。②水準提高率。③商品特性點。“◎”表示特別重要的商品特性點；“○”表示比較重要的商品特性點；“空白”表示一般的商品特性點。二、品質機能展開的程式（二）關鍵品質需求展開（4）關鍵顧客需求計算顧客需求的絕對權重換算成顧客需求的權值絕對權重=重要度（平均）×水準提高率×商品特性點權值（Qj）=絕對權重/各個需求絕對權重之和×100%商品特性點“◎”之值為1.5；“○”之值為1.2；一般為1二、品質機能展開的程式（二）關鍵品質需求展開（5）市場競爭能力分析市場競爭能力Mi(i=1,2,…,m)。可取5個數值1：表示無競爭力可言，產品積壓，無銷路；2：表示競爭力低下，市場佔有份額低減；3：表示可以進入市場，但並不擁有優勢；4：表示在國內市場競爭中擁有優勢；5：表示在國內市場競爭中擁有較大優勢，也可參與國際市場競爭，佔有一定的國際市場份額二、品質機能展開的程式（三）技術需求展開技術需求（最終產品特性），由顧客的需求推演而來的一系列具體的“可測量的”技術需求指標（工程措施），是用標準化的形式表述以滿足顧客需求的手段，是對顧客需求的回應。技術需求展開有以下幾個步驟：（1）由顧客需求的各項目中，抽出技術（品質）要素；（2）用KJ法聚類，將抽出的類似的技術指標放在一起，然後求出高一級科目，並確定其名稱；（3）根據聚類編制展開表二、品質機能展開的程式（四）編制品質表品質表是品質屋的本體部分，用於描述技術需求（產品特性）對各個顧客需求的貢獻和影響程度的關係矩陣。品質屋的關係矩陣是，建議採用關係度1，3，5，7，9等關係度等級。二、品質機能展開的程式（五）關鍵品質特性確定（1）特性重要度評價計算技術要求（工程措施）重要度hj，（2）比較分析比較分析需要分析各項技術要求的技術水準Tj（技術難度）以及對手的情況。然後可計算綜合競爭能力指數C。例題[例4.1.1]某種型號的PECVD設備開發的品質機能展開（QFD）。[解]（一）顧客需求展開。專案組收集有關顧客提供的資訊，經過整理、加工、提煉，形成顧客需求6條，填入顧客需求展開表（表2.4.5）。顧客需求準則層B指標層C顧客滿意生產性能B11.沉澱的薄膜品質好C112.對有害氣體防護好C123.可靠性高且便於維修C13顧客滿意外形B24.可比國內同型號設備大C215.美觀且與生產線其他設備和諧C22顧客滿意經濟性B36.價格適中C31表4.2.5顧客需求展開表例題（二）PECVD設備的關鍵品質展開。專案組經調查後，確認各項品質需求的認知品質重要度依次為“5”，“5”，“4”，“2”，“1”，“2”；本產品實際感受（感知品質）依次為“4”，“3”，“3”，“3”，“3”，“4”。分別將認知品質重要度和感知品質、感知品質填入表2.4.6，計算各項顧客需求的水準提高率、絕對權重和權值，結果見表2.4.6表2.4.6關鍵顧客品質需求確定表例題技術需求技術指標控制系統設計真空系統設計氣路系統設計推拉舟裝置及其他系統設計RF電源設可靠性、維修性設計成本特徵值特徵值特徵值特徵值特徵值特徵值特徵值（三）進行技術特性描述。提出的技術要求展開成表2.4.7。

表2.4.7技術要求展開對技術要求之間作相關分析，相關影響度可按如下表2.4.8分類。表2.4.8影響度劃分表影響程度符號影響程度符號強正影響正影響負影響◎○

×強負影響無影響

#

空白例題根據專業人員分析，技術要求之間的相關影響程度如圖2-4-3。圖2-4-3相關影響控制系統設計真空系統設計氣路系統設計RF電源的設計推拉舟裝置及其他系統設計可靠性、維修性設計成本例題（四）計算各項技術要求（工程措施）重要度hj

=∑Kirij

表2.4.9品質表及技術要求（工程措施）重要度計算表例題（五）關鍵品質特性確定。經過進一步分析，控制系統的設計主要是主機和功能單元的電路設計；真空系統的技術要求是泵的抽氣速率達標及能排除副產品；氣路設計要求氣密性達到要求；推拉舟的設計要求晶片舟進出反應平穩；RF電源的設計要求射頻電源與負載之間阻抗匹配良好；可靠性、維修性分別為MTBF=250h及MTTR=6h；控制成本使售價不超過100萬圓人民幣。由上可知關鍵措施應是氣密型設計及可靠性維修性設計。各項指標的技術水準如表2.4.9。三、QFD的發展及在製造業外的應用（一）QFD在服務業中的應用雖然服務業與製造業有所不同，但運用QFD的步驟與方法基本相同。以服務的要素（可稱為品質要素）為品質屋的左牆，以服務功能為天花板。明確為達到顧客的要求而應開展的業務及其所提供的服務的具體內容，確定重要業務，為服務的改進和提高指明方向。還應進行服務過程分析，找出提供服務所需的必要技術，確定重點技術，評估競爭範圍內的技術水準現狀，設定企業的技術水準目標，以便把對業務的要求貫徹到服務活動中。三、QFD的發展及在製造業外的應用（二）QFD在軟體開發中的應用QFD是軟體開發的一個得力的工具，特別是對大型軟體系統更為有效。運用QFD是軟體開發的一個得力的工具，特別是對大型軟體系統更為有效。運用QFD，通過對顧客的廣泛深入調查，找出顧客對軟體的要求，以便確定軟體功能需求、介面需求、數據需求、軟/硬體環境需求、人機介面需求等，作為軟體設計的依據。摩托羅拉公司下屬的蘭德（land）移動產品部生產的過程控制軟體，是一個大型的軟體系統,它覆蓋了八個主要模式，從工程開發數據、市場計畫、採購和存貨控制、庫房原料控制、生產數據計畫、系統化的工廠管理、裝運、財會，以及一些必要的附屬功能。為在新一代MCS開發中更好地滿足顧客需求，公關小組應用了QFD方法主要內容第一節可靠性的概念第二節可靠性常用分佈第三節可靠性設計第四節可靠性實驗一、可靠性的定義可靠性（reliability）是消費者對產品的滿意程度或對企業的信賴程度，國標GB/T3187-94將可靠性定義為：產品在規定的條件下和規定的時間內完成規定功能的能力。規定的時間：是指產品完成規定功能的預計時間。規定的功能：是指產品預期的要求，包括：①要求產品做什麼（任務描述）；②產品進行工作的指標要求（水準描述）。規定的條件：是指環境條件和使用條件。二、可靠性指標（一）可靠度可靠度是指規定功能的可能性的大小，可用產品在規定時間t內不發生故障的概率來度量。1.可靠度與故障分佈函數假定產品規定的時間為t，隨機變數X的分佈函數為：

F(t)=P{X≤t},t≥0F(t)是產品失效的概率函數，稱為故障分佈函數，也稱故障概率，失效函數或不可靠度，（一）可靠度1.可靠度與故障分佈函數產品在規定時間t內不發生故障的概率為：

P{X＞t}=1-F(t)=(t)

通常稱其為無故障概率，或稱可靠度函數，簡稱可靠度，記為R(t)。可靠度和故障分佈函數的關係tF(t)F(t)R(t)0圖3-1-1F(t)、R(t)與t的關係（一）可靠度根據概率論，連續型隨機變數的分佈規律還可用其分佈密度函數表示。可靠度可表為：1.可靠度與故障分佈函數在實際問題中，通常不知道產品壽命的分佈密度函數，若產品的批量相當大時，則可採用經驗可靠度（一）可靠度實際工作中，還需要研究產品在正常運行一定時間後再正常運行一段時間的可靠度。這類問題的可靠度，實際上是計算在已正常工作時間t的條件下再正常工作時間Δt的條件概率。也就是1.可靠度與故障分佈函數當N0相當大時，可採用經驗可靠度（一）可靠度2.故障分佈密度函數據概率論，故障分佈函數的導數是故障分佈密度函數，即時刻t後單位時間發生故障的概率如果已知故障數據，且產品數N相當大，則可求出間隔Δt內的故障數Δr(t)，從而得到平均經驗故障密度對於不知道分佈密度函數的產品，可通過繪製經驗故障密度直方圖，來分析故障數據的分佈及失效規律。例題[例3.1.3]根據測得某型號的N＝110（個）積體電路塊的失效時間（從開始工作到失效之間的時間）數據，繪製經驗故障密度直方圖。16020026030035039045046048050051053054056058060060061063064065065067069070071073073075077077078079080081083084084085086087088090092092093094095097098099010001000101010301040105010701070108011001100113011301140115011801180119012001200121012201230124012401260126012701290129013401350139014051430147014951505152015301550157015901640170017301750179018001820187018902050207021802250238027503100例題[解]表3.3.1為從小到大的順序排序的集成塊失效時間，將110個分成10組，為簡便取等長區間，區間長度Δt為為便於計算，取區間長為Δt=300。計算結果如表3.1.2。例題畫出直方圖(圖3-1-2)。051015202530159.5459.5759.51059.51359.51659.51959.52259.52559.52859.5圖3-1-2經驗故障密度直方圖①分佈範圍是從159.5h到3159.5h；②分佈集中在900h左右；③每個小的區間所占整個分佈的比例不等。平均經驗故障密度成為故障密度函數，即若組數分得更多、組距更小，相鄰矩形的高度差別就會愈小，最後折線就趨於一條光滑的曲線（一）可靠度3.故障密度函數、可靠性函數及故障分佈函數間的關係故障密度函數f(t)是故障分佈函數F(t)的微分，即

P(t≤X＜t+dt)=f(t)dt=dF(t)F(t)是故障密度曲線f(t)在區間[0，t)所圍的面積

F(t)+R(t)≡1可靠度函數R(t)與故障分佈函數F(t)是互為對立事件二、可靠性指標（二）失效率產品工作到t時刻後，在單位時間失效的概率，稱為失效率(FailureRate)，又稱故障率。1.失效率函數產品在正常工作到t時刻後在Δt時間內失效的條件概率為（二）失效率1.失效率函數t時刻後在單位時間失效的平均概率為其中ξ∈(t，t+Δt)，當Δt0時，有失效率也稱失效率函數

例題[例3.1.4]在例3.1.2中，t=1600h,Δt=800h，Ns(t)＝Ns(1600)=116，Ns(t＋Δt)＝Ns(2400)＝88，求[1600，2400）時間內的故障率。[解]時間間隔(t，t+Δt]內的故障率，即失效的平均概率又故有例題[例3.1.5]假設產品壽命服從指數分佈，試求其失效率。[解]因產品壽命服從指數分佈故其可靠度為其失效率為這表明壽命為指數分佈的產品的失效率與時間無關，即指數分佈具有無記憶性，或稱為無後效性。例題[例3.1.6]試求故障密度函數為的產品的失效率。[解]因為失效函數為故產品失效率等於（二）失效率2.失效率函數與可靠度的關係因為於是所以（二）失效率3.失效率函數曲線失效率函數λ(t)的曲線形如圖3-1-5，通常稱為浴盆曲線（Bath-TubCurve）。偶然失效期使用壽命耗損失效期早期失效期規定的失效率時間tλ(t)圖3-1-5失效率曲線（二）失效率4.失效率的基本形式（1）遞減型。失效率隨時間的推移而減少，其特點是開始時容易發生故障，到後來發生故障的可能性減小，早期失效期就屬於這一類型。（2）恒定型。故障的發生純粹是隨機的。失效率λ(t)表現在故障發生無法預測，因此更換零件是無效的。（3）遞增型。故障發生的可能性隨時間的推移而逐漸增加，因而在故障發生前更改零件便可預防故障發生。二、可靠性指標（三）壽命產品的壽命是指產品失效前的工作（或儲存）時間或工作次數。1.平均壽命“平均壽命”是產品壽命的平均值，或壽命的數學期望（通常記為E(t)），是產品從投入運行到發生失效的平均無故障工作時間。（三）壽命1.平均壽命對於不可修復產品，產品的平均壽命也稱為產品失效前的平均時間，記為MTTF（Meantimetofailure）對於可修復產品，產品的平均壽命也稱產品平均失效間隔，記為MTBF（Meantimebetweenfailure）若子樣較大，即N較大，可用分組處理，平均壽命為平均壽命也可用例題[例3-1-7]測得18臺某種電子設備從工作開始到初次失效的時間數據（單位：h）如下：16，29，50，68，100，130，140，190，210，270，280，340，410，450，520，620，800，1100試求18臺電子設備的平均壽命（MTBF）。[解]例題[例3-1-8]已知某產品總體的故障密度為均勻分佈，試求其平均壽命。[解]均勻分佈密度為平均壽命為例題[例3-1-9]如果產品的壽命服從指數分佈①求平均壽命θ；②求產品工作時間等於平均壽命的1/10，1/2及平均壽命時的可靠度。[解]①②