质量功能展开与可靠性设计

第七章 质量功能展开与可靠性设计,第一节 质量功能展开(QFD) 第二节 可靠性设计 第三节 失效模式与影响分析（FMEA） 第四节 故障树分析（FAT）,第一节 质量功能展开(QFD) 主要内容： 质量功能展开QFD（ Quality Function Deployment ） 的基本原理； 质量屋（HOQ）的构成。 QFD实例,第七章 质量功能展开与可靠性设计,一、质量功能展开概述 1、QFD的概念：质量功能展开(Quality Function Deployment, QFD)是一种立足于在产品开发过程中最大限度地满足顾客需求的系统化、用户驱动式的质量保证方法。,了 解 顾 客 要 求,策划成产品,产 品,满 足 顾 客 要 求,QFD,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),2、产生：QFD于60年代初起源于日本，进入80年代以后逐步得到欧美各发达国家的重视并得到广泛应用。 实例： QFD起源于日本三菱重工，为了保证建造复杂货轮的每一个步骤都适合客户的具体要求。1966，赤尾洋二教授提出了QFD设计理论方法。丰田公司于70年代采用QFD后，其新产品开发成本下降了61%，开发周期缩短了1/3，产品质量也得到了相应的改进。 3、应用领域及公司：可适于各行业应用。 福特公司、通用汽车公司、克莱思勒公司、 惠普公司、麦道公司、 施乐公司、电报电话公司等都相继采用了QFD。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),二、QFD的原理 1、 QFD过程原理 目前尚没有统一的QFD定义。但对QFD的一些认识是共同的。质量功能展开过程由产品规划、零件展开、过程方案和生产计划四个阶段组成。这四个阶段是一个并行过程，通过这些过程，顾客需求被逐步展开成为设计要求、零件特性、制造作业和生产要求。 质量功能展开主要采用质量屋（于House of Quality,HOQ）的基本结构。利用质量屋将顾客需求逐层展开，确定提高顾客满意度的关键质量特性，确定影响关键质量特性的关键零部件，确定影响关键零部件的关键工艺过程，确定关键工艺的关键生产要求与保证手段,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),2、系统的质量功能配置过程及其特点 由前面的叙述可知，产品开发各阶段质量屋的建立目的是进行需求变换。 产品规划阶段：来自市场顾客的原始需求,由产品规划阶段质量屋转换成为工程特征要求，即通常意义上的工程设计目标要求； 零件展开阶段：工程特征要求经零部件设计阶段质量屋转换成零部件特征要求； 工艺计划阶段：零部件特征要求由过程方案阶段质量屋转换成对制造工艺的要求； 生产计划阶段：制造工艺要求最后由生产计划阶段的质量屋转换成具体的生产要求。 市场顾客需求通过一系列的转换最终由生产要求来满足。这一系列的需求转换过程就是系统的QFD技术过程,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),要求质量和质量特性 之间的关系矩阵,要求质量,市场竞争能力评价,技术竞争能力评价,质量特性,质量特性 之间的相关程度,计划质量,要求质量重要度,设计质量,质量特性重要度,3、质量屋的结构,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),顾客需求质量；通过市场调研得到的顾客直接的质量要求，顾客质量要求应分层，并确定权重； 质量特性：产品具体的工程质量特性； 关系矩阵：用于表示顾客质量要求与工程技术人员提出质量特性之间的相互关系程度； 相关矩阵：用于表示质量特性之间的相互关系程度； 质量策划/计划质量：对于顾客质量要求，比较本企业与其他竞争企业的竞争能力，从而调整顾客要求为计划质量。 设计质量：对于质量特性，比较本企业与其他竞争企业的竞争能力，规定设计质量目标。,关系矩阵,质量 策划,质量特性,需求质量,设计质量,相关矩阵,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),4、质量屋举例,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),三、QFD在减速箱研制过程中的应用 减速箱是机械传动中很常用的一种装置，它的质量可以影响到整个设备的工作情况。下面以减速箱为例，说明QFD在其设计质量控制中的应用。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),经过调查、分析和整理后的减速箱顾客需求,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),1、产品规划矩阵,2、零件规划 零件规划矩阵仅包括了矩阵的几个基本组成部分，即技术需求、关键零件特性、关系矩阵和关键零件特性目标值。 零件规划矩阵的开发过程同产品规划矩阵基本相同。值得注意的是：由于QFD的分解过程同产品设计的相关过程是并行交叉进行的，关键零件特性只有在产品设计方案确定之后才能确定。因此，在进行零件规划之前先应选择能满足顾客需求的产品最佳设计方案。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),零件规划矩阵,3、工艺规划矩阵 工艺规划矩阵的开发步骤同零件规划矩阵也是基本类似，从零件规划矩阵是选择的关键零件特性被配置到工艺规划矩阵中，成为工艺规划矩阵的输入。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),工艺规划矩阵包含以下两个条件的工艺特性： (1)它们是关键工艺过程中的一些工艺特性； (2)它们是直接针对工艺规划矩阵的关键零件特性而设置的。 但在实际应用时，当企业在进行工艺规划时，它们可能希望对整个工艺进行研究，而不局限于上述范围。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),工艺规划矩阵,4、质量控制规划 从目前的国外应用实践来看，各个企业在质量控制规划阶段所采用的QFD矩阵差别很大，几乎没有形成一个比较规范的格式。 出现这种状况其实也是正常的，由于企业生产产品类型、生产规模、技术力量、设备状况以及其它各种因素的影响，其质量控制方法和体系也就大不一样。 质量控制规划矩阵样表,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),实际上，QFD的矩阵构造与分解方式可以是多种多样的。因此，与其说QFD是一种方法，倒不如说它是一种思想，是一种在产品开发过程中，将用户的呼声转换为质量特性、产品构型、设计参数和技术特性及制造过程参数等的一种思想。QFD涉及到多方面的理论与方法，如设计、测试、制造、成本、可靠性以及市场学等。同时QFD还涉及企业管理模式、企业文化甚至地域文化习惯等。在企业中要开展QFD，除了技术、设备及人力资源的配备外，还需要进行企业文化的变更以及对企业全体员工的宣传教育。企业在使用QFD后，一定会收到良好的收益。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第一节 质量功能展开(QFD),第二节 可靠性设计 主要内容： 可靠性基本概念； 可靠性指标； 系统可靠性设计。,第七章 质量功能展开与可靠性设计,表1-1 复杂性对系统可靠性的影响,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,一、可靠性概念,可靠性定义：指产品（包括零件和元器件、整机设备、系统）在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。 可靠性涉及产品、规定条件、规定时间、规定功能和能力五种因素，但核心是规定的时间。 必须明确产品可靠性所规定的条件 必须明确所规定的时间 必须明确产品所需完成规定的功能 必须明确产品可靠性研究的对象,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,二、可靠性指标 衡量产品可靠性的指标很多，各指标之间有着密切联系，其中最主要的有四个，即： 可靠度R (t)、 不可靠度(或称故障概率)F (t)、 故障密度函数f (t) 平均寿命MTTF( 可修复产品MTBF) 故障率(t)。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,1）可靠度 可靠度：产品在一定条件下和一定时间t内不发生故障而完成规定功能的概率称为产品的可靠度，记为R(t)。 如果用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的时间，若用t表示某一指定时刻。显然：可靠度函数R(t)可以看作事件“Tt”的概率， R(t)P (T t),第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,可靠度R(t)可以用统计方法来估计。设有N个产品在规定的条件下开始使用。 令开始工作的时刻 t取为0，到指定时刻t时已发生失效数n(t), 亦即在此时刻尚能继续工作的产品数为N-n(t)， 则可靠度的估计值（又称经验可靠度）为： 当N足够大时，就可以把频率作为概率的近似值，同时可见可靠度是时间t的函数。 ）不可靠度 不可靠度：在规定工作时间t内，在规定的条件下，产品丧失规定功能的概率。称为不可靠度，用F(t)表示：,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,F (t)可以看作事件“Tt”的概率，即产品的失效分布函数： 故障密度函数f(t) ：假设寿命T是连续型随机变量，则产品在（0 ）内 任一时刻附近的单位时间发生故障的概率f(t)称为故障密度函数，因此：,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,3)概率方法计算可靠度R(t)、F(t),式中，t：规定的时间 T：产品的寿命 f(t)：故障密度函数,F(t):表示产品实际寿命T小于规定时间t的概率,可靠度：,R(t):表示产品实际寿命T大于规定时间t的概率,不可靠度：,R(t)与F(t)的关系,1,0,t,R(t),F(t),4）平均寿命 对于不可修复产品而言： 平均寿命是指产品失效前的平均工作时间，记为MTTF(Meat Time to Failure) 对于可修复产品而言： 平均寿命是指产品的平均无故障工作时间，记为MTBF(Meat Time Between Failure),第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,对于产品寿命为离散型随机变量ti，即有限个产品的平均寿命为寿命 的数学期望（均值）： ni为第i组产品的个数， ti为第i组产品的寿命。 ni为第i组产品的个数， ti为第i组产品两次故障之间的工作时间。 当每组产品个数都为1个（即ni =1），产品总数为N时，则有： 对于寿命为连续型随机变量t时， MTTF和MTBF均为寿命t的数学期望（均值），所以有：,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,5）服从指数分布的平均寿命 在可靠性理论中，指数分布是最基本、最常用的分布，适合于失效率为常数的情况。它不但在电子元器件偶然失效期普遍使用，而且在复杂系统和整机方面以及机械技术的可靠性领域也得到使用。 指数分布常用于描述由于偶然因素冲击，引起系统失效的失效规律.,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,若产品的寿命或某一特征值 t的故障密度为:,则称t服从参数为,的指数分布,可靠度,平均寿命MTBF,所以有：MTBF,MTTF与MTBF表达式一样,则不可靠度：,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,6)失效率（故障率）,定义 ：工作到t时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率称之为产品的失效率。失效率一般用 表示。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,重点,时间内失效的产品,讨论指数分布函数的可靠性指标,例：设某电子产品的寿命服从 的指数分布，求该产品的可靠度和失效率。,解：,重点,不可靠度：,可靠度：,失效率：,当产品寿命服从指数分布时 失效率 常用单位是“ ”和“ ”. 而对于可靠性高的产品常用“ ”为单位，计一个“菲特”Fit。 1Fit= ，其意义：1000个产品工作十万小时，只有一个可能发生失效。,第七章 质量功能展开与可靠性设计 第二节 可靠性设计,对于指数分布的可靠性的衡量指标,则有：故障密度函