面向質(zhì)量的設(shè)計培訓(xùn)教程

1第二章

面向質(zhì)量的設(shè)計2內(nèi)容安排Part1田口質(zhì)量理論體系概述Part2質(zhì)量功能配置Part3參數(shù)設(shè)計Part4容差設(shè)計

Part5可信性設(shè)計

討論思考題3Part1田口質(zhì)量理論體系概述一、田口質(zhì)量體系結(jié)構(gòu)二、田口質(zhì)量觀三、質(zhì)量損失函數(shù)四、三次設(shè)計4一、田口質(zhì)量體系結(jié)構(gòu)

田口質(zhì)量理論體系

田口質(zhì)量觀、質(zhì)量損失函數(shù)、信噪比、正交試驗法

線外質(zhì)量控制

線內(nèi)質(zhì)量控制

參數(shù)設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計

容差設(shè)計

工序診斷與調(diào)整

預(yù)測與校正

檢驗與處理

圖2.1田口質(zhì)量理論體系

5二、田口質(zhì)量觀產(chǎn)品上市后給社會造成的損失，但由于產(chǎn)品功能本身產(chǎn)生的損失除外6三、質(zhì)量損失函數(shù)設(shè)產(chǎn)品輸出特性的值為y，其目標(biāo)值為m，則定義質(zhì)量損失函數(shù)為L(y)L(y)=k(y-m)2

其中，k——比例常數(shù)，可以根據(jù)已知條件定量求出

O

L(y)

y

L(y)

y

m

m-Δ0

m+Δ0

Δ0

Δ0

Δ

圖2.2質(zhì)量損失函數(shù)

7四、三次設(shè)計系統(tǒng)設(shè)計（第一次設(shè)計）參數(shù)設(shè)計（第二次設(shè)計）容差設(shè)計（第三次設(shè)計）8Part2質(zhì)量功能配置一、質(zhì)量功能配置概述二、質(zhì)量功能配置的原理和方法三、質(zhì)量功能配置的應(yīng)用9一、質(zhì)量功能配置概述質(zhì)量功能配置的定義質(zhì)量功能配置的來源質(zhì)量功能配置的作用為什么質(zhì)量功能配置能取得好的效果？10質(zhì)量功能配置的定義質(zhì)量功能配置QFD（QualityFunctionDeployment）用一定方法保證將來自顧客或市場的需求準(zhǔn)確無誤地轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品壽命循環(huán)每個階段的有關(guān)技術(shù)和措施中去11二、質(zhì)量量功能配配置的原原理和方方法QFD的基本原原理QFD的基本工工具質(zhì)量屋關(guān)系矩陣陣QFD的基本方方法12質(zhì)量屋1

5

2

3

4

6

圖2.6質(zhì)量屋13質(zhì)量屋中中各區(qū)域域內(nèi)容①是對顧客客需求和和權(quán)重的的描述，，是質(zhì)量量屋的““什么””②是對產(chǎn)產(chǎn)品的工工程技術(shù)術(shù)特性描描述，是是質(zhì)量屋屋的“如如何”③是顧客客需求和和工程技技術(shù)特性性之間的的關(guān)系矩矩陣，描描述了它它們之間間的相互互關(guān)系④是產(chǎn)品品的競爭爭性評估估，從顧顧客的角角度評估估產(chǎn)品質(zhì)質(zhì)量在市市場上的的競爭力力⑤是技術(shù)術(shù)特性之之間的相相互關(guān)系系矩陣⑥是技術(shù)術(shù)競爭性性評估、、技術(shù)特特性重要要度和目目標(biāo)值，，用來確確定應(yīng)優(yōu)優(yōu)化配置置的項目目和重點點保證的的質(zhì)量特特性14關(guān)系矩陣陣工程特性（如何）

顧客需求

（什么）

相關(guān)性：

√強正相關(guān)

/弱正相關(guān)

\弱負(fù)相關(guān)

×強負(fù)相關(guān)

⊙強相關(guān)

○中等相關(guān)

△弱相關(guān)

空白

不相關(guān)

圖2.7關(guān)系矩陣陣15QFD的基本方方法（案例1）例2.1應(yīng)用質(zhì)量量功能配配置進行行汽車車車門的設(shè)設(shè)計。16問題分析析與需求求分解表2.2汽車車門門顧客需需求特性性分解一二三1.開啟關(guān)閉閉特性1.易于從外外部關(guān)閉閉2.從斜坡上上可保持持開門狀狀態(tài)3.易于從外外部開啟啟4.不反彈5.易于從內(nèi)內(nèi)部關(guān)閉閉6.易于從從內(nèi)部部開啟啟2.密封性性1.不漏雨雨2.無（或或低））公路路噪聲聲3.洗車時時不滲滲水4.無風(fēng)聲聲5.開門時時不滴滴水和和雪6.無“咯咯咯””操作性性能良良好3.扶手1.柔軟舒舒適2.在右面面位置置17顧客需需求特特性的的相對對重要要性及及顧客客的評評價表2.3顧客需需求特特性相相對重重要性性及顧顧客評評價顧客需需求特特性顧客需需求特特性分分解重要性性顧客評評價（（意見見）車門易易于開開啟關(guān)關(guān)閉易從外外部關(guān)關(guān)閉在斜坡坡上可可保持持開門門狀態(tài)態(tài)75密封性性不漏雨雨無公路路噪聲聲32○我們們的的車□對手手A的車車△對手手B的車車○

□

△

1

2

3

4

5

□

○

△

壞

壞

好

好

○

□

△

□

○

△

壞

壞

好

好

18建立立顧顧客客需需求求特特性性和和工工程程技技術(shù)術(shù)特特性性之之間間的的關(guān)關(guān)系系矩矩陣陣圖圖

開關(guān)力

密封—隔音

顧客特性

工程特性

關(guān)門動力

平地上的阻力

100斜坡上的阻力

┅

車門密封性

減少公路噪聲

┅

易于從外部關(guān)閉

7

√

×

在斜坡上可保持開門狀態(tài)

5

√

√

易于

開關(guān)

┇

不漏雨

3

√

無公路噪聲

2

∕

√

密

封

性

┇

圖2.8顧客客需需求求特特性性和和工工程程特特性性的的關(guān)關(guān)系系矩矩陣陣19關(guān)系系矩矩陣陣與與屋屋頂頂矩矩陣陣

工程

特性

相關(guān)性

√強正相關(guān)

∕弱正相關(guān)

\弱負(fù)相關(guān)

×強負(fù)相關(guān)

顧客特性

重要性

關(guān)門動力

平地上的阻力

100斜坡上的阻力

┅

車門密封性

減少公路噪聲

┅

易于從外部關(guān)閉

7

√

×

在斜坡上可保持開門狀態(tài)

5

√

√

易于

開關(guān)

┇

不漏雨

3

√

無公路噪聲

2

∕

√

密

封

性

┇

圖2.9關(guān)系系矩矩陣陣及及屋屋頂頂矩矩陣陣圖圖20客觀觀測測量量值值與與競競爭爭性性評評價價

開關(guān)力

密封—隔音

相關(guān)性

工程特性

√強正相關(guān)

∕弱正相關(guān)

\弱負(fù)相關(guān)

×強負(fù)相關(guān)

顧客特性

重要性

關(guān)門動力

平地上的阻力

100斜坡上的阻力

┅

車門密封性

減少公路噪聲

┅

顧客評價

12345

易于從外部關(guān)閉

7

√

×

在斜坡上可保持開門狀態(tài)

5

√

√

易于

開關(guān)

┇

不漏雨

3

√

無公路噪聲

2

∕

√

密

封

性

┇

○

△□

□○

△

△

□○

△□

○

測量單位

N.m

N

N

N/m

dB

我們的車

○

15

54

27

45

9

對手A的車

□

12.2

54

27

30

5

客觀測量值對手手B的車車△134931306圖2.10有競競爭爭性性評評價價的的品品質(zhì)質(zhì)屋屋擴展展的的質(zhì)質(zhì)量量屋屋

開關(guān)力

密封—隔音

相關(guān)性

工程特性

√強正相關(guān)

∕弱正相關(guān)

\弱負(fù)相關(guān)

×強負(fù)相關(guān)

顧客特性

重要性

關(guān)門動力

平地上的阻力

100斜坡上的阻力

開門動力

最大關(guān)門力

車門密封性

車窗隔音性

減少公路噪聲

防水性

┅

顧客評價

12345

易于從外部關(guān)閉

7

√

√

×

斜坡上可保持開門狀態(tài)

5

√

√

易于從外部開啟

3

不反彈

3

∕

∕

\

易于

開關(guān)

┇

不漏雨

3

√

√

無公路噪聲

2

∕

∕

√

密

封

性

┇

○

△□

□○

△

△○

□

△

□○

△□

○

測量單位

N.m

N

N

N.m

N

N/m

—

dB

Bar

我們的車

○

15

54

27

3.6

80

45

0.1

9

4.8

對手A的車

□

12.2

54

27

2.2

58

30

0.1

5

4.1

客觀測量值

對手B的車

△

13

49

31

15

62

30

0.1

6

4.1

技術(shù)難度

4

5

1

1

3

1

3

3

5

重要性

10

6

4

9

1

6

2

4

3

估計成本

5

2

2

9

5

6

6

9

2

目標(biāo)值

10

N.m

40

N

27

N10N.m54N45N/m0.19dB4.8Bar圖2.11有競競爭爭性性評評價價的的品品質(zhì)質(zhì)屋屋√﹨×22QFD的基基本本方方法法（案案例例1）設(shè)置置目目標(biāo)標(biāo)值值本案案例例中中關(guān)門門動動力力的的新新的的目目標(biāo)標(biāo)值值為為：：10N.m“減少少公公路路噪噪聲聲””和和““車車窗窗隔隔音音性性””的的技技術(shù)術(shù)指指標(biāo)標(biāo)不不改改變變23三、質(zhì)質(zhì)量功功能配配置的的應(yīng)用用質(zhì)量功功能配配置的的進一一步展展開質(zhì)量功功能配配置的的典型型應(yīng)用用質(zhì)量功功能配配置在在其它它方面面的應(yīng)應(yīng)用質(zhì)量功功能配配置用用于策策略規(guī)規(guī)劃24質(zhì)量功功能配配置的的進一一步展展開①產(chǎn)品規(guī)規(guī)劃階階段將將顧客客需求求轉(zhuǎn)換換成產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計需需求；；②零件件設(shè)計計階段段將產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)設(shè)計要要求轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成零件件特性性；③工藝藝設(shè)計計階段段將零零件特特性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成工序序參數(shù)數(shù)；④制造造計劃劃階段段將工工序參參數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成成零件件或產(chǎn)產(chǎn)品制制造要要求25Part3參數(shù)設(shè)設(shè)計一、參參數(shù)設(shè)設(shè)計的的含義義二、質(zhì)質(zhì)量波波動及及干擾擾因素素三、望望目特特性的的參數(shù)數(shù)設(shè)計計四、望小特特性參參數(shù)設(shè)設(shè)計五、望大特特性的的參數(shù)數(shù)設(shè)計計26一、參參數(shù)設(shè)設(shè)計的的含義義參數(shù)設(shè)設(shè)計——運用正正交試試驗法法或優(yōu)優(yōu)化方方法確確定零零部件件參數(shù)數(shù)的最最佳組組合，，使系系統(tǒng)在在內(nèi)、、外因因素作作用下下，所所產(chǎn)生生的質(zhì)質(zhì)量波波動最最小，，即質(zhì)質(zhì)量最最穩(wěn)定定（或或最健健壯））穩(wěn)定性性——指產(chǎn)品品在各各種干干擾因因素作作用下下，其其輸出出特性性能穩(wěn)穩(wěn)定地地保持持在一一個盡盡可能能小的的范圍圍（波波動很很小））27二、質(zhì)質(zhì)量波波動及及干擾擾因素素質(zhì)量波波動性性的定定義即使在在完全全相同同的生生產(chǎn)條條件下下生產(chǎn)產(chǎn)出來來的產(chǎn)產(chǎn)品，，其質(zhì)質(zhì)量特特性也也是參參差不不齊的的，具具有波波動性性質(zhì)量波波動性性的干干擾因因素分分類參數(shù)設(shè)設(shè)計的的內(nèi)容容28質(zhì)量波波動性性的干干擾因因素分分類①可控因因素②標(biāo)示示因素素③區(qū)組組因素素④信號號因素素⑤誤差差因素素29三、望望目特特性的的參數(shù)數(shù)設(shè)計計望目特特性的的定義義望目特特性的的信噪噪比（（SN比）公公式可計算算場合合參數(shù)數(shù)設(shè)計計不可計算場場合參數(shù)設(shè)設(shè)計30望目特性的的定義望目特性指產(chǎn)品的質(zhì)質(zhì)量特性y服從正態(tài)分分布N(μ,σσ2)，且存在固固定的目標(biāo)標(biāo)值m，此時的y即為望目特特性31望目特性的的信噪比（（SN比）公式設(shè)由n件樣品測得得望目特性性y的數(shù)據(jù)為y1，y2，┅，yn，根據(jù)數(shù)理統(tǒng)統(tǒng)計知識32望目特性的的信噪比（（SN比）公式令則有定義信噪比比借用通信理理論，得到到33可計算場合合參數(shù)設(shè)計計可計算場合合參數(shù)設(shè)計計指輸出目標(biāo)標(biāo)值與設(shè)計計參數(shù)值之之間有確定定的函數(shù)關(guān)關(guān)系條件下下的參數(shù)設(shè)設(shè)計34可計算場合合參數(shù)設(shè)計計（案例3）例2.3根據(jù)需要，，設(shè)計—種驅(qū)動器，，專業(yè)人員員經(jīng)過分析析，決定采采用機械驅(qū)驅(qū)動方式。。設(shè)驅(qū)動器器的設(shè)計輸輸出為：其中，F(xiàn)為無量綱驅(qū)驅(qū)動力，K=π/2為常數(shù)，J=1.16為常數(shù)，A、B、C、D、E、I、G、H為部件參數(shù)數(shù)無量綱驅(qū)動動力F是望目特性性，其目標(biāo)標(biāo)值為m=F0=4.5要求選擇A、B、C、D、E、I、G、H等參數(shù)，使使系統(tǒng)在參參數(shù)有波動動（誤差））的條件下下，能穩(wěn)定定地達到輸輸出特性F的要求35可計算場合合參數(shù)設(shè)計計步驟①區(qū)分可控因因素及誤差差因素②確定可控控因素水平平③內(nèi)設(shè)計④確定誤差差因素水平平⑤外設(shè)計⑥計算信噪噪比⑦內(nèi)表的統(tǒng)統(tǒng)計分析⑧確定最佳佳參數(shù)組合合36②確定可控因因素水平在本例中，，工程設(shè)計計人員所確確定的第二二水平為：：A=650，B=20，C=2，D=8，E=0.7，G=1.31，I=0.57按等差數(shù)列列來確定第第一、三水水平，得到到可控因素素水平表（（如表2.4所示）

表2.4可控因素水平表

水平1

水平2

水平3

A

600

650

700

B

10

20

30

C

1

2

3

D

4

8

12

E

0.4

0.7

1

I

0.47

0.57

0.67

G

0.88

1.31

1.74

37③內(nèi)設(shè)計此例中可控控因素比較較多，利用用正交表L36（313）安安排排試試驗驗方方案案。。其其中中，，L表示示正正交交表表，，36表示示有有36個試試驗驗方方案案，，3表示示每每個個參參數(shù)數(shù)有有三三個個水水平平，，13表示示正正交交表表有有13列表頭頭設(shè)設(shè)計計如如下下，，空空列列作作為為誤誤差差列列38做內(nèi)內(nèi)設(shè)設(shè)計計的的內(nèi)內(nèi)表表（（節(jié)節(jié)選選））表2.5內(nèi)表及信噪比數(shù)據(jù)

A

B

C

D

E

I

G

e

e

e

e

e

e

No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

η/dB

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

3

1

2

3

1

1

2

3

1

2

3

3

1

2

1

2

3

2

3

1

1

2

3

1

2

3

2

3

1

2

3

1

1

2

3

2

3

1

3

1

2

1

2

3

2

3

1

3

1

2

1

2

3

3

1

2

1

2

3

1

2

3

3

1

2

2

3

1

1

2

3

3

1

2

2

3

1

1

2

3

3

1

2

3

1

2

1

1

1

1

1

1

1

1

1

6.192

6.158

6.216

6.607

6.372

5.996

5.866

9.134

6.144

┆

35

36

┆

2

3

┆

1

2

┆

2

3

┆

3

1

┆

1

2

┆

3

1

┆

1

2

┆

2

3

┆

3

1

┆

3

1

┆

1

2

┆

2

3

┆

3

3

┆

6.123

6.575

39④確定定誤誤差差因因素素水水平平本例例中中誤誤差差因因素素取取三三個個水水平平，，A~G的第第二二水水平平值值由由內(nèi)內(nèi)表表中中No.3方案案給給出出，，H由設(shè)設(shè)計計人人員員給給出出（（給給定定值值1.5）。。第第一一、、三三水水平平由由±10%波動動計計算算得得出出。。第一一水水平平=中心心值值-中心心值值×l0%=0.9××中心心值值第二二水水平平=中心心值值第三三水水平平=中心心值值+中心心值值×l0%=1.1××中心心值值40④確定定誤誤差差因因素素水水平平對應(yīng)應(yīng)于于內(nèi)內(nèi)表表第第三三號號試試驗驗方方案案的的水水平平值值見見表表2.6，對應(yīng)于內(nèi)表表其它各次試試驗的誤差因因素水平表依依此類推由于內(nèi)設(shè)計中中共有n=36個方案，所以以有36張誤差因素水水平表表2.6內(nèi)表中No.3方案的誤差因因素水平表因素第一水平第二水平第三水平A＇B＇C＇D＇E＇I＇G＇H＇630272.710.80.90.601.571.357003031210.671.741.5770333.313.21.10.741.911.6541⑤外設(shè)計本例中，我們們選用L36（313）正交表進行行外設(shè)計。不不失一般性，，我們把A‘、B’、C‘、D’、E‘、I’、G‘、H’八個誤差因素素依次排列在在正交表L36（313）中的第一列列至第八列上上，其余為空空列以內(nèi)表中No.3的條件為例，，根據(jù)表2.6，得到相應(yīng)的的外表如表2.7所示。按相應(yīng)應(yīng)的外表，可可計算出36個特征值（驅(qū)驅(qū)動力F），將計量值值減目標(biāo)值m（m=4.5），得到偏差差值y，即y=F-4.5，這些y值填人表2.7中42外表及偏差值值（節(jié)選）表2.7內(nèi)表中No.3條件的外表及偏差值

A＇

B＇

C＇

D＇

E＇

I＇

G＇

e

e

e

e

e

e

No.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

y=F-4.5

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

1

2

3

2

3

1

2

3

1

1

2

3

1

2

3

3

1

2

1

2

3

2

3

1

1

2

3

1

2

3

2

3

1

2

3

1

1

2

3

2

3

1

3

1

2

1

2

3

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19.018

27.781

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35

36

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22.206

43⑥計算信噪比對于內(nèi)表中的的每個試驗方方案，均可以以設(shè)計出相應(yīng)應(yīng)的外表，并并由輸出特性性計算式求得得36個驅(qū)動力，求求出相應(yīng)的36個y1，y2，…，y36然后再再由這這36個偏差差值求求出一一個信信噪比比η求出內(nèi)內(nèi)表對對應(yīng)的的所有有外表表的信信噪比比η，結(jié)果果添入入“內(nèi)內(nèi)表及及信噪噪比數(shù)數(shù)據(jù)表表”中中，見見表2.544⑦內(nèi)表的的統(tǒng)計計分析析首先計計算出出每個個因素素（A~G共七個個因素素）各各水平平（三三個水水平））下η的合計計值（（即各各列中中與各各個水水平相相應(yīng)的的η值之和和）及及平均均值結(jié)果見見表2.8（方差差分析析輔助助表））45方差分分析輔輔助表表表2.8方差分分析輔輔助表表因素水平1ABCDEIG1T2T3T75.38177.83479.90385.03773.35574.72575.37478.51779.22783.47174.18475.46373.63680.49378.98877.35977.44278.31775.38180.72877.0091T2T3T6.2826.4496.6597.0866.1136.2276.2816.5436.6026.9566.1826.2896.1366.7056.5826.4476.4546.5266.2826.7276.41746⑦內(nèi)表的的統(tǒng)計計分析析然后計計算各各種波波動平平方和和與自自由度度總波動動ST為各方方案所所對應(yīng)應(yīng)信噪噪比與與平均均信噪噪比之之差的的平方方和，，其自自由度度fT為各因因素中中能獨獨立變變化因因素的的個數(shù)數(shù)Si為i因素取取不同同水平平所引引起的的波動動平方方和，，其自自由度度fi為能獨獨立變變化因因素的的個數(shù)數(shù)47⑦內(nèi)表的的統(tǒng)計計分析析各種因因素的的波動動Si（i=1，2，…，7）為：：可控因因素A的波動動S1為：仿此可可算得得：SB=6.7934，fB=2，SC=0.6973，fC=2，SD=4.2234，fD=2，SE=2.1646，fE=2，SI=0.04697，fI=2，SG=1.2521，fG=248⑦內(nèi)表的統(tǒng)統(tǒng)計分析析最后，用用分解公公式計算算誤差波波動平方方和Se及自由度度fe。Se為由誤差差引起的的波動平平方和，，其值為為總波動動的平方方和減去去各因素素不同水水平所引引起的波波動平方方和，其其自由度度fe為誤差項項自由度度49⑦內(nèi)表的統(tǒng)統(tǒng)計分析析然后，將將上述結(jié)結(jié)果整理理為方差差分析表表（見表表2.9）其中Vi為平均平平方或方方差，F(xiàn)i為i因素的F檢驗值，，當(dāng)F值大于時，稱i因素高度度顯著，，標(biāo)示““**”；當(dāng)F值大于時，稱i因素顯著著，標(biāo)示示“*”。否則則因素i影響不顯顯著。從方差分分析表2.9可以看出出因素B和D高度顯著著，因素素E顯著，因因素A、C、I、G不顯著50方差分析析表表2.9參數(shù)設(shè)計計內(nèi)表的的方差分分析35.3)05.0(227=F，4.5)01.0(227=F來源SfVFABCDEIGe（e）T0.85396.79340.69734.22342.16460.0470Δ1.25215.23051Δ6.828721.2622Δ22Δ222Δ221Δ（27）350.42703.39670.34872.11171.08230.02350.626050.2491（0.2529）13.43**8.35**4.28*2.47551⑧確定最佳佳參數(shù)組組合本例中，，由“觀觀察”法法：得到到參數(shù)組組合：A2，B2，C2，D2，E2，I2，G2，對應(yīng)信信噪比為為ηmax=9.134dB，即八號號方案“計算””法：A、C、I、G因素不顯顯著，其其水平可可自由選選??；顯顯著因素素和高度度顯著因因素B、D和E的水平由由來η選取由η求（穩(wěn)健健性）參參數(shù)組合合得到滿足足穩(wěn)健性性的一組組參數(shù)AB1CD1E2IG取不顯著著因素水水平為A2C3I3G3，相應(yīng)的的無量綱綱驅(qū)動力力為52⑧確定最佳佳參數(shù)組組合再由不顯顯著因素素求（一一致性））參數(shù)組組合據(jù)專業(yè)知知識，驅(qū)驅(qū)動力F與因素G成線性關(guān)關(guān)系，且且對信噪噪比影響響不大，，因此G可作為調(diào)調(diào)整因素素。其調(diào)調(diào)整值為為得到滿足足“穩(wěn)健健性”和和“一致致性”的的參數(shù)組組合，即即最佳條條件為A=650，B=10，C=3，D=4，E=0.7，G=2.59，I=0.67在一般情情況下，，要進行行靈敏度度分析，，找一個個對信噪噪比影響響不大而而對靈敏敏度影響響顯著的的因素作作為調(diào)整整因素，，校正與與目標(biāo)值值的偏差差53不可計算算場合參參數(shù)設(shè)計計不可計算算場合參參數(shù)設(shè)計計指輸出目目標(biāo)值與與所選參參數(shù)之間間不能建建立數(shù)學(xué)學(xué)表達式式時所進進行的參參數(shù)設(shè)計計54不可計算算場合參參數(shù)設(shè)計計例2.4根據(jù)產(chǎn)品品發(fā)展規(guī)規(guī)劃，需需研制一一種飛行行器。在在研制任任務(wù)書中中，規(guī)定定這種飛飛行器的的作用半半徑為26±2（無量綱綱量）。。工程技技術(shù)人員員已設(shè)計計了飛行行器試樣樣，并進進行了試試驗，發(fā)發(fā)現(xiàn)作用用半徑達達不到技技術(shù)要求求，擬采采用綜合合誤差因因素法進進行參數(shù)數(shù)設(shè)計解：用半半徑這一一質(zhì)量特特性作為為望目特特性，目目標(biāo)值m=26，容差Δ=255不可計算算場合參參數(shù)設(shè)計計步驟①確定可控控因素及及其水平平②內(nèi)設(shè)計計③確定誤誤差因素素及其水水平④外設(shè)計計⑤求輸出出特性⑥計算信信噪比η⑦內(nèi)表的統(tǒng)統(tǒng)計分析析⑧顯著因因素效應(yīng)應(yīng)圖56四、望小特性性參數(shù)設(shè)設(shè)計望小特性性的定義望小特性性的信噪噪比望小特性性的參數(shù)數(shù)設(shè)計方方法57望小特性性的定義望小特性性希望輸出出特性越越小越好好，波動動越小越越好，且且不取負(fù)負(fù)值的計計量值特特性即當(dāng)輸出出特性y服從正態(tài)態(tài)分布N（μ，σ2）時，既既希望μ越小越好好，又希希望σ2越小越好好58望小特性性的信噪噪比定義望小小特性的的信噪比比為η越大，產(chǎn)產(chǎn)品的輸輸出特性性就越小小，其表表現(xiàn)就越越穩(wěn)定設(shè)y1，y2，…，yn為望小特特性y的n個觀測值值由則59望小特性性的參數(shù)數(shù)設(shè)計例2.5設(shè)計一種種新型液液壓泵，，使閥頭頭部位摩摩擦副的的磨損盡盡可能小小解：以磨磨損量y作為產(chǎn)品品的輸出出特性，，y為望小特特性①確定可可控因素素的水平平表②內(nèi)設(shè)計計③計算信信噪比④對內(nèi)表表進行方方差分析析⑤確定最最佳參數(shù)數(shù)組合并并進行工工程平均均估計⑥最佳參參數(shù)組合合的質(zhì)量量水平及及收益60①確定可控控因素的的水平表表選取的可可控因素素有：摩摩擦副材材料A、負(fù)載B、表面粗粗糙度C、配合間間隙D、摩擦副副殼體材材料E各因素均均取兩水水平，同同時還要要考察A×B、A×C兩個交互作用用，見表表2.16表2.16可控因素素水平表表因素水平摩擦副材材料負(fù)載表面粗糙糙度配合間隙隙摩擦副殼殼體材料料12A1A2B1B2C1C2D1D2E1E261②內(nèi)設(shè)計

表2.17內(nèi)表及磨損試驗數(shù)據(jù)

A

B

A×B

C

A×C

D

E

磨損量/μm

因素

列號

No.

1

2

3

4

5

6

7

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

η

dB

η′

=η+20

1

2

3

4

5

6

7

8

1

1

1

1

2

2

2

2

1

1

2

2

1

1

2

2

1

1

2

2

2

2

1

1

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2

1

2

1

1

2

2

1

1

2

2

1

1

2

2

1

2

1

1

2

12

6

9

8

10

18

14

16

12

10

10

8

14

26

22

13

10

3

5

5

8

4

7

5

13

5

4

4

8

2

5

4

3

3

2

3

3

3

3

11

3

4

1

4

2

3

4

4

16

20

3

9

20

7

19

14

20

18

2

9

33

10

21

20

-21.9

-20.6

-14.8

-16.5

-24.2

-21.7

-23.0

-23.3

-1.9

-0.6

5.2

3.5

-4.2

-1.7

-3.0

-3.3

現(xiàn)品

17

22

7

12

10

8

18

25

-24.1

-4.1

T1T26.2-12.2-8.42.4-8.82.8-3.9-2.1-1.7-4.3-5.9-0.1-3.1-2.9T=-662③計算信噪噪比各號試驗計計算的結(jié)果果記入表2.17中為計算、分分析簡便，，將所有數(shù)數(shù)據(jù)進行如如下變換η＇=η+2063④對內(nèi)表進行行方差分析析首先計算總總波動平方方和、各因因素波動平平方和及自自由度......64④方差分析然后進行方方差分析，，并計算各各因素的純純波動和貢貢獻率（見見表2.18）。其中，，純波動SA′，SB′，…，SD′為Si-Ve，Se′=Se+nVe（n為SA，SB，…，SD個數(shù)）貢獻率為因因素i取不同水平平時的波動動對于總波波動所占比比例：在方差分析析中，將方方差小于1的項合并為為。。經(jīng)方差分分析得出，，因素A、B、D及交互作用用A×B均為顯著因因素65方差分析表表表2.18方差分析表表方差來源波動平方和和S自由度f方差V方差比F純波動平方方和S′貢獻率ρ（%）ABA×BCA×CDE（e）42.3214.5816.820.400.844.210.01（1.25）1111Δ1Δ11Δ（3）42.3214.5816.82——4.21—（0.42）100.8**34.7**40.0**——10.0*41.7614.1616.143.78（2.94）52.917.920.74.8（3.4）T79.18779.1810066⑤確定最佳參參數(shù)組合由于A、B、A×B均為顯著因因素，因此此作二元配配置表（表表2.19），選取A、B的最佳參數(shù)數(shù)組合由二元配置置表可以看看出，A1B2為因素A、B的最優(yōu)水平平搭配由表2.17知，D的最優(yōu)水平平為D2。最后得到到最佳參數(shù)數(shù)組合為A1B2C0D2E0表2.19A、B二元配置表表ABA1A2B1B225.126.09.1-=--35.425.32.5=+95.227.12.4-=--15.323.30.3-=--67⑤進行工程平均均估計在最佳參數(shù)組組合條件下信信噪比的工程程平均估計值值計算如下：：68⑥最佳參數(shù)組合合的質(zhì)量水平平及收益現(xiàn)制品條件下下的信噪比數(shù)數(shù)值為-24.10dB，改進設(shè)計后后，信噪比增增益為其真數(shù)增益為為：即在最佳參數(shù)數(shù)組合的條件件下，磨損量量的波動均方方值將比現(xiàn)制制品縮小8.28倍69五、望大特性的參參數(shù)設(shè)計望大特性的定義望大特性的信信噪比公式望大特性的參參數(shù)設(shè)計70望大特性的定義望大特性希望輸出特性性越大越好，，波動越小越越好，且不取取負(fù)值的計量量值特性71望大特性的信信噪比公式由望小特性的的信噪比公式式可知，望大大特性的信噪噪比公式應(yīng)為為：72Part4容差設(shè)計一、容差設(shè)計計的含義二、質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)三、容差的確定四、容差設(shè)計的方方法73一、容差設(shè)計計的含義容差設(shè)計（即即公差設(shè)計））在確定各零部部件參數(shù)后，，經(jīng)濟、合理理地安排和決決定系統(tǒng)有關(guān)關(guān)參數(shù)的容差差（公差）74二、質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)定量表述“經(jīng)經(jīng)濟損失”與與“功能波動動”之間相互互關(guān)系的函數(shù)數(shù)望目特性的質(zhì)質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)望小特性的質(zhì)質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)望大特性質(zhì)量量損失函數(shù)75望目特性的質(zhì)質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)L(y)的計算公式設(shè)產(chǎn)品（系統(tǒng)統(tǒng)）的輸出特特性（質(zhì)量特特性）為y，目標(biāo)值為m。若y≠m，則造成經(jīng)濟濟損失，且偏偏差越大，損損失也越大。。當(dāng)y=m時，損失最小?。銚p失））令k=L″(m)/2！，得到：：76望目特性質(zhì)量量損失函數(shù)質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)L(y)中k值的確定方法法根據(jù)功能界限限Δ0和相應(yīng)的損失失A0求k而當(dāng)|y-m|>Δ0時，產(chǎn)品將喪喪失功能，造造成的經(jīng)濟損損失為A0，得到：根據(jù)容差Δ和相應(yīng)的損失失A求k當(dāng)|y-m|>Δ時，產(chǎn)品為不不合格品，相相應(yīng)的損失為為A，由A=kΔ2，故有k=A/Δ277望小特性的質(zhì)質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)設(shè)y是望小特性，，類似得到：：L(y)=ky2設(shè)規(guī)定的容差差為Δ，不合格時的的損失為A，得k=A/Δ2，得到望小特特性質(zhì)量損失失函數(shù)（如圖圖2.19）：對于n件產(chǎn)品，設(shè)其其輸出特性分分別取值yl，y2，…，yn，則平均質(zhì)量量損失為式中，78望小特性質(zhì)量量損失函數(shù)Δ0

Δ

Δ0

A0

A

O

y

L(y)

合格域

不合格域

圖2.19望小特性損失失函數(shù)79望大特性的質(zhì)質(zhì)量損失函數(shù)數(shù)設(shè)y是望大特性，，類似得到：：L(y)=k/y2設(shè)規(guī)定的容差差為Δ，不合格時損損失為A，得k=AΔ2，得到到望大大特性性質(zhì)量量損失失函數(shù)數(shù)（如如圖2.20）：對于n件產(chǎn)品品，設(shè)設(shè)其輸輸出特特性分分別取取值yl，y2，…，yn，則平平均質(zhì)質(zhì)量損損失為為80望大特特性質(zhì)質(zhì)量損損失函函數(shù)Δ

y

L(y)

A

O

合格域

不合格域

圖2.20望大特特性損損失函函數(shù)81三、容差的的確定定望目特特性容容差的的確定定望小特特性容容差的的確定定望大特特性容容差的的確定定82望目特特性容容差的的確定定設(shè)產(chǎn)品品的輸輸出特特性y為望目目特性性，容容差為為Δ，當(dāng)產(chǎn)產(chǎn)品不不合格格時工工廠要要進行行返修修或作作報廢廢處理理；造造成的的損失失為A，產(chǎn)品品的功功能界界限為為Δ0，喪失失功能能時的的損失失為A0。那么么質(zhì)量量損失失函數(shù)數(shù)為當(dāng)|y-m|=ΔΔ時，L(y)=A，代人人上式式得：：若定義義安全全系數(shù)數(shù)為：：則83望小特特性容容差的的確定定當(dāng)產(chǎn)品品輸出出特性性y為望小小特性性時，，其質(zhì)質(zhì)量損損失函函數(shù)為為：若已知知不合合格損損失為為A，即y=ΔΔ時，L（y）=A，則：：或與望目目特性性的公公式相相同84望大特特性容容差的的確定定望大特特性的的質(zhì)量量損失失函數(shù)數(shù)為若已知知不合合格損損失為為A，即y=ΔΔ時，L（y）=A，則所以85四、容差設(shè)設(shè)計的的方法法容差設(shè)設(shè)計的的概念念質(zhì)量和和成本本之間間的平平衡容差設(shè)設(shè)計的的方法法對影響響產(chǎn)品品輸出出特性性的諸諸因素素進行行考察察，通通過分分析找找出關(guān)關(guān)鍵因因素，，逐個個改變變其精精度，，并計計算損損失函函數(shù)，，分析析、權(quán)權(quán)衡質(zhì)質(zhì)量收收益，，從而而確定定使產(chǎn)產(chǎn)品壽壽命周周期成成本最最低的的零、、部件件的容容差86Part5可信性性設(shè)計計一、可可信性性的定定義二、可可靠性性設(shè)計計三、維維修性性設(shè)計計簡介介87一、可可信性性的定定義“描述可可用性性及其其影響響因素素：可可靠性性、維維修性性和維維修保保障等等性能能的一一個集集合術(shù)術(shù)語。?！笨捎眯孕钥煽啃孕跃S修性性維修保保障性性88二、可可靠性性設(shè)計計可靠性性和可可靠性性工程程可靠性性設(shè)計計的理理論基基礎(chǔ)與可靠靠性設(shè)設(shè)計有有關(guān)的的幾個個基本本概念念可靠性性指標(biāo)標(biāo)失效率率類型型產(chǎn)品失失效規(guī)規(guī)律可靠性性設(shè)計計技術(shù)術(shù)89可靠性性和可可靠性性工程程可靠性性工程程作為為可靠靠性學(xué)學(xué)科的的一個個分支支，包包括：：①應(yīng)用可可靠性性理論論預(yù)測測與評評價產(chǎn)產(chǎn)品②零件件的可可靠性性預(yù)測測或可可靠性性評價價③應(yīng)用用于產(chǎn)產(chǎn)品及及零件件設(shè)計計中的的可靠靠性設(shè)設(shè)計④綜合合各方方面的的因素素，考考慮設(shè)設(shè)計最最佳效效果的的可靠靠性分分配和和可靠靠性優(yōu)優(yōu)化⑤作作為為以以上上各各分分支支基基礎(chǔ)礎(chǔ)的的可可靠靠性性實實驗驗及及其其數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理90可靠靠性性設(shè)設(shè)計計的的理理論論基基礎(chǔ)礎(chǔ)概率率論論與與數(shù)數(shù)理理統(tǒng)統(tǒng)計計學(xué)學(xué)最典典型型的的是是正正態(tài)態(tài)模模型型f(t)稱為為隨隨機機變變量量t的概概率率密密度度函函數(shù)數(shù)。。它它表表示示變變量量t發(fā)生生概概率率的的密密集集程程度度的的變變化化規(guī)規(guī)律律。。t在某某點點以以前前發(fā)發(fā)生生的的概概率率為為：：F（t）稱稱為為隨隨機機變變量量t的分分布布函函數(shù)數(shù)，，或或稱稱為為累累積積分分布布函函數(shù)數(shù)。。對對于于時時間間型型隨隨機機變變量量而而言言，，它它反反映映了了故故障障發(fā)發(fā)生生可可能能的的大大小小91與可可靠靠性性設(shè)設(shè)計計有有關(guān)關(guān)的的幾幾個個基基本本概概念念互補補定定理理加法法定定理理乘法法定定理理數(shù)學(xué)學(xué)期期望望置信信度度92可靠靠性性指指標(biāo)標(biāo)可靠靠度度可靠靠度度函函數(shù)數(shù)失效效率率期望望壽壽命命93可靠靠度度①對象象———系統(tǒng)統(tǒng)或或零零件件②規(guī)定定的的工工作作條條件件———對象象所所處處的的環(huán)環(huán)境境條條件件和和維維護護條條件件③規(guī)定定的的工工作作時時間間———對象象的的工工作作期期限限④正常常工工作作⑤概率率根據(jù)據(jù)互互補補定定理理，，系系統(tǒng)統(tǒng)從從開開始始啟啟動動運運行行至至?xí)r時間間t時不不出出現(xiàn)現(xiàn)失失效效的的概概率率即即可可靠靠度度為為：：R(t)=1-F(t)94可靠靠度度函函數(shù)數(shù)如果果概概率率密密度度函函數(shù)數(shù)為為f（t），，則則它它的的可可靠靠度度函函數(shù)數(shù)為為：：95失效效率率指產(chǎn)產(chǎn)品品工工作作到到某某個個時時刻刻尚尚未未出出現(xiàn)現(xiàn)故故障障，，在在該該時時刻刻后后單單位位時時間間內(nèi)內(nèi)發(fā)發(fā)生生故