質(zhì)量工程學(xué)的三個(gè)重要方法

1、 介紹質(zhì)量工程學(xué)三個(gè)重要方法l SPC統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制l DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)l FMEA故障模式與影響分析l QFD質(zhì)量功能展開l SPC統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制在生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)品的加工尺寸的波動(dòng)是不可避免的。它是由人、機(jī)器、材料、方法和環(huán)境等基本因素的波動(dòng)影響所致。波動(dòng)分為兩種：正常波動(dòng)和異常波動(dòng)。正常波動(dòng)是偶然性因素（不可避免因素）造成的。它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響較小，在技術(shù)上難以消除，在經(jīng)濟(jì)上也不值得消除。異常波動(dòng)是由系統(tǒng)原因（異常因素）造成的。它對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，但能夠采取措施避免和消除。過(guò)程控制的目的就是消除、避免異常波動(dòng)，使過(guò)程處于正常波動(dòng)狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（簡(jiǎn)稱SPC）是一種借助數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的過(guò)程控制工具

2、。它對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，根據(jù)反饋信息與時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性因素出現(xiàn)的征兆，并采取措施消除其影響，使過(guò)程維持在僅受隨機(jī)性因素影響的受控狀態(tài)，以達(dá)到控制質(zhì)量的目的。它認(rèn)為，當(dāng)過(guò)程僅受隨機(jī)因素影響時(shí)，過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)（簡(jiǎn)稱受控狀態(tài)）；當(dāng)過(guò)程中存在系統(tǒng)因素的影響時(shí)，過(guò)程處于統(tǒng)計(jì)失控狀態(tài)（簡(jiǎn)稱失控狀態(tài)）。由于過(guò)程波動(dòng)具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，當(dāng)過(guò)程受控時(shí)，過(guò)程特性一般服從穩(wěn)定的隨機(jī)分布；而失控時(shí)，過(guò)程分布將發(fā)生改變。SPC正是利用過(guò)程波動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律性對(duì)過(guò)程進(jìn)行分析控制。因而，它強(qiáng)調(diào)過(guò)程在受控和有能力的狀態(tài)下運(yùn)行，從而使產(chǎn)品和服務(wù)穩(wěn)定地滿足顧客的要求。實(shí)施SPC的過(guò)程一般分為兩大步驟：首先用SPC工具對(duì)過(guò)程進(jìn)行分析

3、，如繪制分析用控制圖等；根據(jù)分析結(jié)果采取必要措施：可能需要消除過(guò)程中的系統(tǒng)性因素，也可能需要管理層的介入來(lái)減小過(guò)程的隨機(jī)波動(dòng)以滿足過(guò)程能力的需求。第二步則是用控制圖對(duì)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控。控制圖是SPC中最重要的工具。目前在實(shí)際量運(yùn)用的是基于Shewhart原理的傳統(tǒng)控制圖，但控制圖不僅限于此。近年來(lái)又逐步發(fā)展了一些先進(jìn)的控制工具，如對(duì)小波動(dòng)進(jìn)行監(jiān)控的EWMA和CUSUM控制圖，對(duì)小批量多品種生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制的比例控制圖和目標(biāo)控制圖；對(duì)多重質(zhì)量特性進(jìn)行控制的控制圖。（相關(guān)控制圖的介紹與應(yīng)用將在今后陸續(xù)推出）SPC源于上世紀(jì)二十年代，以美國(guó)Shewhart博士發(fā)明控制圖為標(biāo)志。自創(chuàng)立以來(lái)，即在工業(yè)和服務(wù)

4、等行業(yè)得到推廣應(yīng)用，自上世紀(jì)五十年代以來(lái)SPC在日本工業(yè)界的大量推廣應(yīng)用對(duì)日本產(chǎn)品質(zhì)量的崛起起到了至關(guān)重要的作用；上世紀(jì)八十年代以后，世界許多大公司紛紛在自己部積極推廣應(yīng)用SPC，而且對(duì)供應(yīng)商也提出了相應(yīng)要求。在ISO9000與QS9000中也提出了在生產(chǎn)控制中應(yīng)用SPC方法的要求。SPC非常適用于重復(fù)性生產(chǎn)過(guò)程。它能夠幫助我們1. 對(duì)過(guò)程作出可靠的評(píng)估。2. 確定過(guò)程的統(tǒng)計(jì)控制界限，判斷過(guò)程是否失控和過(guò)程是否有能力。3. 為過(guò)程提供一個(gè)早期報(bào)警系統(tǒng)，與時(shí)監(jiān)控過(guò)程的情況以防止廢品的發(fā)生。4. 減少對(duì)常規(guī)檢驗(yàn)的依賴性，定時(shí)的觀察以與系統(tǒng)的測(cè)量方法替代了大量的檢測(cè)和驗(yàn)證工作。SPC作為質(zhì)量改進(jìn)的重

5、要工具，不僅適用于工業(yè)工程，也適用于服務(wù)等一切過(guò)程性的領(lǐng)域。在過(guò)程質(zhì)量改進(jìn)的初期，SPC可幫助確定改進(jìn)的機(jī)會(huì)，在改進(jìn)階段完成后，可用SPC來(lái)評(píng)價(jià)改進(jìn)的效果并對(duì)改進(jìn)成果進(jìn)行維持，然后在新的水平上進(jìn)一步開展改進(jìn)工作，以達(dá)到更強(qiáng)大、更穩(wěn)定的工作能力。l DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任何事物都可看作是一個(gè)過(guò)程。由于輸入的變化、各種干擾因素的影響以與各波動(dòng)源之間可能存在的交互作用，使得過(guò)程的輸出變化不定。在大多數(shù)情況下，這種輸出的不穩(wěn)定會(huì)給我們帶來(lái)許多困擾，甚至損失。究竟是那些因素顯著地影響到輸出的波動(dòng)？在什么條件下輸出能夠控制在理想的圍？實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以幫助我們解開其中之謎。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)為理論基礎(chǔ)，經(jīng)濟(jì)

6、地、科學(xué)地制定實(shí)驗(yàn)方案以便對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)學(xué)理論和方法。其基本思想是英國(guó)統(tǒng)計(jì)學(xué)家R.A.Fisher在進(jìn)行農(nóng)田實(shí)驗(yàn)時(shí)提出的。他在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，環(huán)干擾因素輸入輸出境條件難于嚴(yán)格控制，隨機(jī)誤差不可忽視，故提出對(duì)實(shí)驗(yàn)方案必須作合理的安排，使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有合適的數(shù)學(xué)模型，以減少隨機(jī)誤差的影響，從而提高實(shí)驗(yàn)結(jié)論的精度和可靠度，這就是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思想。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程可以分成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析兩部分。實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)包括確定實(shí)驗(yàn)指標(biāo)、選取因素、確定因素水平、建立實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法種類很多，但為了提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性，都必須遵循三個(gè)基本原則：隨機(jī)化原則

7、、重復(fù)原則和局部控制原則。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)分析是應(yīng)用線性代數(shù)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)工具對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，包括擬合模型、對(duì)模型的檢驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量的計(jì)算以與實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)的解釋。在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可以解決如下問(wèn)題：1. 科學(xué)合理地安排實(shí)驗(yàn)，從而減少實(shí)驗(yàn)次數(shù)、縮短實(shí)驗(yàn)周期，提高經(jīng)濟(jì)效益。2. 從眾多的影響因素中找出影響輸出的主要因素。3. 分析影響因素之間交互作用影響的大小。4. 分析實(shí)驗(yàn)誤差的影響大小，提高實(shí)驗(yàn)精度。5. 找出較優(yōu)的參數(shù)組合，并通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析、比較，找出達(dá)到最優(yōu)化方案進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)的方向。6. 對(duì)最佳方案的輸出值進(jìn)行預(yù)測(cè)。在上世紀(jì)三十、四十年代，英、美、等國(guó)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行

8、了進(jìn)一步的研究，并將其逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，在冶金、建筑、紡織、機(jī)械、醫(yī)藥等行業(yè)都有應(yīng)用。二戰(zhàn)期間，英美等國(guó)在工業(yè)試驗(yàn)中采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法取得了顯著效果，戰(zhàn)后，日本將其作為管理技術(shù)之一從英美引進(jìn)，對(duì)其的經(jīng)濟(jì)復(fù)起到了促進(jìn)作用。今天，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)已成為日本企業(yè)界人士、工程技術(shù)人員、研究人員和管理人員必備的一種通用技術(shù)。五十年代，田口玄一博士借鑒實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法提出信噪比實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并逐步發(fā)展為以質(zhì)量損失函數(shù)、三次設(shè)計(jì)為基本思想的田口方法。八十年代，田口方法進(jìn)入美國(guó)，得到了普遍關(guān)注。如今，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的工業(yè)過(guò)程改進(jìn)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)疇，廣泛地滲透到商業(yè)布局、商業(yè)列、廣告設(shè)計(jì)與產(chǎn)品包裝的應(yīng)用之中。

9、我國(guó)在六十年代就曾對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和推廣，八十年代又引入了田口方法，取得了一定成效。但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作為一種質(zhì)量改進(jìn)的有力武器，還尚未發(fā)揮出它的全部威力。l FMEA故障模式與影響分析在設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品時(shí)，通常有三道控制缺陷的防線：避免或消除故障起因、預(yù)先確定或檢測(cè)故障、減少故障的影響和后果。FMEA正是幫助我們從第一道防線就將缺陷消滅在搖籃之中的有效工具。FMEA是一種可靠性設(shè)計(jì)的重要方法。它實(shí)際上是FMA（故障模式分析）和FEA（故障影響分析）的組合。它對(duì)各種可能的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)、分析，以便在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上消除這些風(fēng)險(xiǎn)或?qū)⑦@些風(fēng)險(xiǎn)減小到可接受的水平。與時(shí)性是成功實(shí)施FMEA的最重要因素之一，它

10、是一個(gè)“事前的行為”，而不是“事后的行為”。為達(dá)到最佳效益，F(xiàn)MEA必須在故障模式被納入產(chǎn)品之前進(jìn)行。FMEA實(shí)際是一組系列化的活動(dòng)，其過(guò)程包括：找出產(chǎn)品/過(guò)程中潛在的故障模式；根據(jù)相應(yīng)的評(píng)價(jià)體系對(duì)找出的潛在故障模式進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)量化評(píng)估；列出故障起因/機(jī)理，尋找預(yù)防或改進(jìn)措施。由于產(chǎn)品故障可能與設(shè)計(jì)、制造過(guò)程、使用、承包商/供應(yīng)商以與服務(wù)有關(guān)，因此FMEA又細(xì)分為設(shè)計(jì)FMEA、過(guò)程FMEA、使用FMEA和服務(wù)FMEA四類。其中設(shè)計(jì)FMEA和過(guò)程FMEA最為常用。設(shè)計(jì)FMEA（也為d- FMEA）應(yīng)在一個(gè)設(shè)計(jì)概念形成之時(shí)或之前開始，并且在產(chǎn)品開發(fā)各階段中，當(dāng)設(shè)計(jì)有變化或得到其他信息時(shí)與時(shí)不斷地修改，

11、并在圖樣加工完成之前結(jié)束。其評(píng)價(jià)與分析的對(duì)象是最終的產(chǎn)品以與每個(gè)與之相關(guān)的系統(tǒng)、子系統(tǒng)和零部件。需要注意的是，d- FMEA在體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖的同時(shí)還應(yīng)保證制造或裝配能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。因此，雖然d- FMEA不是靠過(guò)程控制來(lái)克服設(shè)計(jì)中的缺陷，但其可以考慮制造/裝配過(guò)程術(shù)的/客觀的限制，從而為過(guò)程控制提供了良好的基礎(chǔ)。進(jìn)行d- FMEA有助于：1. 設(shè)計(jì)要求與設(shè)計(jì)方案的相互權(quán)衡。2. 制造與裝配要求的最初設(shè)計(jì)。3. 提高在設(shè)計(jì)/開發(fā)過(guò)程中考慮潛在故障模式與其對(duì)系統(tǒng)和產(chǎn)品影響的可能性。4. 為制定全面、有效的設(shè)計(jì)試驗(yàn)計(jì)劃和開發(fā)項(xiàng)目提供更多的信息。5. 建立一套改進(jìn)設(shè)計(jì)和開發(fā)試驗(yàn)的優(yōu)先控制系統(tǒng)。6. 為

12、將來(lái)分析研究現(xiàn)場(chǎng)情況、評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)的更改以與開發(fā)更先進(jìn)的設(shè)計(jì)提供參考。過(guò)程FMEA（也為p- FMEA）應(yīng)在生產(chǎn)工裝準(zhǔn)備之前、在過(guò)程可行性分析階段或之前開始，而且要考慮從單個(gè)零件到總成的所有制造過(guò)程。其評(píng)價(jià)與分析的對(duì)象是所有新的部件/過(guò)程、更改過(guò)的部件/過(guò)程與應(yīng)用或環(huán)境有變化的原有部件/過(guò)程。需注意的是，雖然p- FMEA不是靠改變產(chǎn)品設(shè)計(jì)來(lái)克服過(guò)程缺陷，但它要考慮與計(jì)劃的裝配過(guò)程有關(guān)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)特性參數(shù)，以便最大限度地保證產(chǎn)品滿足用戶的要求和期望。p- FMEA一般包括下述容：1. 確定與產(chǎn)品相關(guān)的過(guò)程潛在故障模式。2. 評(píng)價(jià)故障對(duì)用戶的潛在影響。3. 確定潛在制造或裝配過(guò)程的故障起因，確定減少故

13、障發(fā)生或找出故障條件的過(guò)程控制變量。4. 編制潛在故障模式分級(jí)表，建立糾正措施的優(yōu)選體系。5. 將制造或裝配過(guò)程文件化。FMEA技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展十分迅速。上個(gè)世紀(jì)五十年代初，美國(guó)第一次將FMEA思想用于一種戰(zhàn)斗機(jī)操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析上，到六十年代中期，F(xiàn)MEA技術(shù)正式用于航天工業(yè)（APOLLO計(jì)劃）。1976年，美國(guó)國(guó)防部頒布了FMEA的軍用標(biāo)準(zhǔn)，但僅限于設(shè)計(jì)方面。70年代末，F(xiàn)MEA技術(shù)開始進(jìn)入汽車工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域。80年代初，進(jìn)入微電子工業(yè)。80年代中期，汽車工業(yè)開始應(yīng)用過(guò)程FMEA確認(rèn)其制造過(guò)程。到了1988年，美國(guó)聯(lián)邦航空局發(fā)布咨詢通報(bào)要求所有航空系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析都必須使用FMEA。19

14、91年，ISO-9000推薦使用FMEA提高產(chǎn)品和過(guò)程的設(shè)計(jì)。1994年，F(xiàn)MEA又成為QS-9000的認(rèn)證要求。目前，F(xiàn)MEA已在 工程實(shí)踐中形成了一套科學(xué)而完整的分析方法。l QFD質(zhì)量功能展開在“用戶就是上帝”的今天，不斷滿足用戶的需求已成為各公司致力的目標(biāo)，QFD正是一種以市場(chǎng)為導(dǎo)向、以用戶需求為依據(jù)的強(qiáng)有力的計(jì)劃方法。曾有人這樣評(píng)價(jià)QFD：“一種系統(tǒng)的方法，它保證產(chǎn)品特性、特征和規(guī)的開發(fā)、以與工藝設(shè)備、方法和控制的選擇與制訂都是由用戶或市場(chǎng)的要求來(lái)驅(qū)動(dòng)的?！盦FD可以看成由設(shè)計(jì)、零部件、工序、生產(chǎn)四個(gè)階段組成的過(guò)程，該過(guò)程是通過(guò)一系列矩陣和圖表來(lái)完成，這些矩陣和圖表依據(jù)“下道工序是上

15、道工序的用戶”的原則，將用戶需求和有關(guān)的技術(shù)要求從產(chǎn)品規(guī)劃和產(chǎn)品設(shè)計(jì)展開至工藝計(jì)劃和車間級(jí)的工作。設(shè)計(jì)階段：在設(shè)計(jì)階段，通過(guò)質(zhì)量屋矩陣將用戶要求轉(zhuǎn)化為對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)要求或服務(wù)要求，并找出相對(duì)重要的要求。質(zhì)量屋矩陣是一個(gè)用于描述用戶需求、相關(guān)的設(shè)計(jì)要求、目標(biāo)值和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力評(píng)估的產(chǎn)品規(guī)劃矩陣，由于其形狀象個(gè)房屋，故被稱為質(zhì)量屋。質(zhì)量屋包括以下幾個(gè)部分：1. 相關(guān)矩陣：表明各方式間的相關(guān)性。2. 方式：實(shí)現(xiàn)用戶要求的設(shè)計(jì)方法。3. 預(yù)期目標(biāo)：決定一個(gè)方式是否可量化的預(yù)先的篩選標(biāo)準(zhǔn)。4. 用戶要求：由用戶確定的產(chǎn)品或服務(wù)的特性。5. 重要性分值：對(duì)用戶的各項(xiàng)要求進(jìn)行定量評(píng)分，以反映該項(xiàng)目對(duì)用戶的相對(duì)重要

16、性。6. 關(guān)系矩陣：描述用戶要求與實(shí)現(xiàn)這一要求的方法之間的關(guān)系程度。7. 用戶競(jìng)爭(zhēng)性評(píng)估：衡量用戶對(duì)競(jìng)爭(zhēng)性產(chǎn)品或服務(wù)的看法。8. 技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)性評(píng)估：對(duì)公司采用的各種方法的工程技術(shù)規(guī)格以與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)規(guī)格的評(píng)估。9. 可能性因素：表明公司采取每種方法的難易程度或價(jià)值。10. 絕對(duì)數(shù)：根據(jù)關(guān)系矩陣中確定的相關(guān)性，對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)要求的加權(quán)評(píng)分。11. 相對(duì)數(shù)：根據(jù)絕對(duì)數(shù)對(duì)各種方法進(jìn)行排序。零部件階段：在此階段，根據(jù)第一階段所確定的重要的設(shè)計(jì)要求確定對(duì)零部件的要求。這些要求與用戶定義的產(chǎn)品要求有強(qiáng)烈的關(guān)系。過(guò)程設(shè)計(jì)階段：根據(jù)對(duì)零部件的要求確定過(guò)程。本階段所確定的過(guò)程將最佳地實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)產(chǎn)品的特定要求。生產(chǎn)階段：根據(jù)過(guò)程要求形成生產(chǎn)要求。這一過(guò)程決定的生產(chǎn)方法能夠使公司生產(chǎn)。QFD作為一種強(qiáng)有力的工具被廣泛用于各領(lǐng)域，如設(shè)計(jì)、戰(zhàn)略計(jì)劃、質(zhì)量改進(jìn)、產(chǎn)品與服務(wù)的拓展。它帶給我們的最直接的益處是縮短周期、降低成本、提高質(zhì)量。更為重要的是，它改變了傳統(tǒng)的質(zhì)量管理思想，即從后期的反應(yīng)式的質(zhì)量控制向早期的預(yù)防式質(zhì)量控制的轉(zhuǎn)變。你還會(huì)發(fā)現(xiàn)，它能幫助我