田口方法PPT_质量工程学.ppt

田口方法田口方法田口田口(Taguchi)(Taguchi)参数设计参数设计目标: 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}•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•70年代末美国消费者更愿意购买日产SONY•为什么出现此种差异？日本制造美国制造 SONY电视机 70年代的故事日本制造美国制造x全部合格全部合格0.3%不合格不合格但美国的家庭更喜欢日本制造的电视机？但美国的家庭更喜欢日本制造的电视机？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? •田口方法在技术上被称作 “质量工程学”•田口认为产品质量就是该产品给用户带来的损失，损失愈小，质量愈高田口（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§ 高质量的产品应该使偏离  和标准差  都小。

田口方法的两种形式离线 田口方法(上游)田口方法 田口方法(下游)参数设计公差设计反馈控制前馈控制硬件软件产品/流程优化流程控制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田口产品设计的三个阶段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 —— 决定系统中各参数的选择，使产品的性能就既能达到目标 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 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优化经常需要增加成本支出参数设计模型参数设计模型1 1、建模策略、建模策略• 过程输入变量有两类：可控因子、噪声因子；• 选择可控因子水平组合来减少系统对噪声变化的敏感性，从而 减少系统的波动；• 可控因子的设置按照响应变量目标优化的望目、望大、望小特性 选出最佳设置。

2 2、噪声因子分析、噪声因子分析对社会造成损失与重要特征的目标值之间产生偏离产生噪音的因子• 环境 (制造商/用户/温度)• 恶化• 老化• 部件间差异 (加工)内部噪音外部噪音产品间噪音噪音 = 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§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；3 3、内外表设计、内外表设计内表外表 内、外表结合例（ 内表 L18（2X37））内、外表结合例（内、外表结合例（ 内表内表 )内表外表（2） 越小越好（望小）• 磨损• 收缩• 变质（1）指定目标值（望目）• 尺寸• 间隙• 粘度（3） 越大越好（望大）• 强度• 生命• 燃料功效（4） 分类特征• 外观• 味道• 好/坏• 级别 A/B/C/D4 4、响应变量目标设置形式、响应变量目标设置形式 5 5、信躁比计算、信躁比计算 望目特性： 其中： （ 注：信躁比越大则波动越小 ）望小特性：望大特性： 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。

信躁比计算信躁比计算1.1.确定项目范围确定项目范围2.2.确定因变量确定因变量3.3.制定噪音控制战略制定噪音控制战略4.4.确定可控因子及其水平确定可控因子及其水平5.5.进行实验进行实验/ /模拟并搜集数据模拟并搜集数据6.6.进行数据分析以实现优化进行数据分析以实现优化7.7.进行确认进行确认8.8.实施并记录结果实施并记录结果 参数设计的参数设计的8 8个步骤个步骤试验设计试验设计试验分析试验分析 步骤步骤 1: 1: 确定项目范围确定项目范围 步骤步骤 2: 2: 确定因变量确定因变量系统系统: : 多功能离合器系统多功能离合器系统因变量因变量: y = : y = 扭矩扭矩 ( (目标值目标值40)40)该离合器系统是一个多功能整合系统，为了使这个离合器系统正常工作，扭矩必须保持稳定参数设计范例（望目）参数设计范例（望目）• 步骤步骤 3: 3: 制定噪音表（或称外设计或外表）制定噪音表（或称外设计或外表）1 1、乘积法：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 2、综合误差法：、综合误差法：在噪声表中选择少数几点能使误差达到最大的最具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 3、最不利综合误差法：、最不利综合误差法：在噪声表中只选择2点最不利情况（一个正偏最大，一个负偏最大）作为全部试验误差的代表，试验次数更少Level-1Level-2T温度温度低低高高N老化老化 前前后后噪音因子噪音因子参数设计参数设计• 步骤步骤 4: 4: 确定可控因子及其水平确定可控因子及其水平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0.120.240.36F齿轮角度354555G齿轮高度2.02.53.0H齿轮厚度低中 高可控因子可控因子参数设计参数设计实验设计方案实验设计方案q 控制因子从 A~H在 L18 中列出（内表)q 噪声因子根据每个L18 设置而不同 (外表)q y = 扭矩 (因变量)q Stat>DOE>Taguchi>Create Taguchi Design内表外表因变量y = 扭矩前提是：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L L1818的正交阵列表的正交阵列表正交性正交性正交性：均衡分散、整齐可比计算 A1, A2, B1, B2, B3, C1, 等… （以此类推）与其他因子的不同水平组合的上复制数量, 确定它们是平衡的.• 步骤步骤 5: 5: 进行实验并搜集数据进行实验并搜集数据对于每一种 L18组合, 在低温和高温两种情况下测出 y = 扭矩。

同样测出老化前和老化后的y值所以每个L18组合都有4组测试值参数设计参数设计• 步骤步骤 6: 6: 进行数据分析进行数据分析 (S/N (S/N 计算计算) )T1T2T1T2No.1 of L1842403323N1 (新新)N2 (老化的老化的)对于每个 L18组合，我们都可以从外层表格中获得一系列的数据因为我们的兴趣在于降低由噪音造成的差异, 所以计算出每组L18 数据的S/N 值L18 的第一组数据的S/N 值计算方法如下例所示：Stat>DOE>Taguchi>Analyze Taguchi Design>Option – Nominal is Best数据数据: 42, 40, 33, 23 (n= # Data = 4)参数设计参数设计34.58.5812.1Stat>DOE>Taguchi>Analyse Taguchi Design>Storage – Mean, S/N, Std Dev参数设计参数设计qS/N 通过计算偏离平均值的差异率（%）来测量 “偏差程度”q s 通过计算偏离平均值的绝对值来测量“偏差程度”q在评估和能量有关的功能“偏差程度”时，最好采用 S/NqS/N 增加 20 dB 相当于将偏差程度降低了10倍qS/N 增加 6 dB 相当于将偏差程度减半 平均值平均值sS/NA19101110.01.020.0A290100110100.010.020.0A399100101100.01.040.0A4900100011001000.0100.020.0A5990100010101000.010.040.0A6999100010011000.01.060.0A79.910.010.110.00.140.0A899.9100.0100.1100.00.160.0A9999.91000.01000.11000.00.180.0数据数据实例实例:参数设计参数设计Stat>DOE>Analyse Taguchi Design >Terms-A~HStat>DOE>Analyse Taguchi Design>Analysis – Mean, S/NStat>DOE>Analyse Taguchi Design>Graphs – Mean, S/N参数设计参数设计 — 因变量数据表因变量数据表平均值 (In-lbs)20.022.024.026.028.030.032.034.036.0A1A2B1B2B3C1C2C3D1D2D3E1E2E3F1F2F3G1G2G3H1H2H3参数设计参数设计 — 因变量效应图因变量效应图参数设计参数设计 －－ 指定最佳值优化的两个步骤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 - 使用能够调整平均值但又不影响差异性 的控制因子步骤 -1: 降低差异性 使用类似 D的控制因子步骤 -2: 调整平均值（目标值为 40）通过累加法来预测通过累加法来预测S/N预测Stat>DOE>Taguchi>Predict Taguchi Results>mean, S/N>Level>coded unitStat>DOE>Taguchi>Predict Taguchi Results>mean, S/N>Level>Select levels from list平均值预测S/NS/N平均值平均值初始设计初始设计9.428.7最佳设计最佳设计25.447.5成果成果16.0-预计差异性可降低16.0 Db，相当于将差异范围缩小了80%.25.4dB9.4dB47.528.7• 步骤步骤 7: 7: 进行确认实验进行确认实验T1T2T1T2Sigma平均值平均值 S/N初始初始322921157.71924.259.9最佳最佳424038352.98638.7522.3N1 (New)N2 (Aged)预测预测确认确认S/N平均值平均值S/N平均值平均值标准差标准差初始设计初始设计9.924.37.7最佳设计最佳设计22.338.83.0提高提高-12.4-确认实验的结果确定有12.4 dB 的提高 !参数设计参数设计9.428.725.447.516.0-• 步骤步骤 8: 8: 记录和实施记录和实施Confirmation with # Sample =33参数设计参数设计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 步骤步骤1: 1: 确定项目范围确定项目范围/ /重点重点优化钛合金磨削工艺参数，将表面粗糙度降至优化钛合金磨削工艺参数，将表面粗糙度降至0.2 0.2 µ m m以下步骤步骤2 2：确定需要衡量的因变量：确定需要衡量的因变量 表面粗糙度表面粗糙度y y，望小特性，望小特性步骤步骤3: 3: 确定综合误差因子及其水平确定综合误差因子及其水平 本例质量特性表面粗糙度本例质量特性表面粗糙度y y是不可计算的，只能通过试验测出其是不可计算的，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，综合误差因子对于望小特性，综合误差因子N N’’取如下两种水平：取如下两种水平：N N’’1 1：标准条件：标准条件N N’’2 2: : 正侧最坏条件正侧最坏条件噪音因素噪音因素水平水平1 1水平水平2 2环境条件环境条件标准标准最坏最坏铁合金磨削工艺试验的可控因子水平表铁合金磨削工艺试验的可控因子水平表水平水平 因子因子A A（转（转/ /分）分）B B（（mm/mm/转）转）C C（（mm/mm/转）转）D D（（mmmm））1 11121120.030.030.820.820.0050.0052 21601600.060.063.33.30.00250.00253 380800.090.091.651.650.001250.00125步骤步骤4: 建立可控因子和水平建立可控因子和水平 选用三水平正交表进行选用三水平正交表进行9 9次试验。

次试验步骤步骤5: 5: 进行实验进行实验 - - 收集数据收集数据ABCDy1y211110.1620.18412220.2590.31313330.1780.20621230.2040.21122310.2260.24423120.1670.17831320.2130.22832130.1570.18833210.2380.271钛合金磨削工艺实验结果数据表钛合金磨削工艺实验结果数据表步骤步骤6: 6: 进行数据分析进行数据分析- -因变量数据因变量数据 信噪比用如下公式进行计算：信噪比用如下公式进行计算： 一旦计算出信噪比，就可以完成因变量表，然后进行分析一旦计算出信噪比，就可以完成因变量表，然后进行分析步骤步骤6: 6: 进行数据分析进行数据分析 — 因变量效应图因变量效应图 均值主效应图均值主效应图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 A2 B1 C1 D3信噪比主效应图信噪比主效应图步骤步骤6: 6: 进行数据分析进行数据分析 - - 预测预测S/N RatioMeanStDevLog(StDev)16.58580.1368330.0044783-4.98404步骤步骤7: 7: 进行确认试验进行确认试验 按工艺参数按工艺参数A2 B1 C1 D3A2 B1 C1 D3作作5 5次验证实验，测得其表面粗糙度为：次验证实验，测得其表面粗糙度为： 0.138 ,0.139 ,0.159, 0.145, 0.166, 0.138 ,0.139 ,0.159, 0.145, 0.166, 粗糙度都在粗糙度都在0.2 0.2 µ m m以下以下, ,其平均值为其平均值为0.1490.149µm,S/Nm,S/N值为值为16.49(dB)16.49(dB)步骤步骤8 8：记录和实施结果：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步骤步骤1: 1: 确定项目范围确定项目范围/ /重点重点 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。

步骤步骤2: 2: 确定需要衡量的因变量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步骤步骤3: 3: 制定噪音战略制定噪音战略噪音因子噪音因子 1 1 2 2N: 基板的类型 铜 黄金水平水平 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步骤步骤4: 4: 建立可控因子和水平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步骤步骤5: 5: 进行实验进行实验 - - 收集数据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对于对于 L L18 18 每个试验组合，可由下面的公式计算出信噪比每个试验组合，可由下面的公式计算出信噪比: :  = 10log MSD步骤步骤6: 6: 进行数据分析进行数据分析 - - 计算信噪比计算信噪比步骤步骤6: 6: 进行数据分析进行数据分析 - - 计算信噪比计算信噪比步骤步骤6: 6: 进行数据分析进行数据分析 — 因变量表因变量表一旦计算出信噪比后，就可以确定每个因子对拉强度的影响，以及因子的最佳设置水平步骤步骤6: 6: 进行数据分析进行数据分析 — 预测预测为了核对试验结果的可再现性, 对最佳组合的和最初组合条件得到的信噪比进行进行预测计算, 得到两种组合间存在的差异。

hOPT. = T + ( B1 - T ) + ( D2 - T ) + ( E1 - T ) + (H1 - T ) = B1 + D2 + E1 + H1 - 3T = 54.84(dB)hINIT. = T + (B2 - T ) + ( D2 - T ) + ( E2 - T ) + ( H2 - T ) = B2 + D2 + E2 + H2 -3T = 19.19(dB)Gain(dB) = h OPT. - hINIT. = 54.84 - 19.19 = 35.65 (dB)步骤步骤7: 7: 进行确认试验进行确认试验按相同的噪音水平组合重新试验，测试最初组合的和最佳组合的结果 步骤步骤8: 8: 记录结果并加以实施记录结果并加以实施抛射器练习抛射器练习参数设计参数设计(TAGUCHI)(TAGUCHI)参数设计参数设计使用的因素将限于使用的因素将限于: :因素因素(-1)(-1)(+1)(+1)栓的位置 1 3停止角 2 3杯高 1 2吊钩位置 3 5起始角150180说明说明• 建立一个建立一个 L8 2-L8 2-水平的水平的TAGUCHITAGUCHI实验设计实验设计• 用下列用下列5 5个因素个因素/ /水平组合水平组合: : 1) 1) 噪音因子噪音因子1 1 投射时间 立即发射 等三秒后发射2) 2) 噪音因子噪音因子2 2 发射杆间隙位置 发射杆居中 发射杆靠一边3) 3) 各设置组合各设置组合( (噪音噪音/ /可控因子可控因子) ) 进行进行1 1次发射以取得相应数据次发射以取得相应数据时间管理时间管理• 你有你有4545分钟来安装并完成实验分钟来安装并完成实验• 你有你有1515分钟来进行分析并回答下页的问题分钟来进行分析并回答下页的问题内表外表因变量y =抛射距离 L8正交表正交表参数设计参数设计问题问题1. 什么组合得到最佳信噪比?2. 此时的距离是多少?3. 哪些因子影响S/N而不影响距离?4. 哪些因子影响距离但不影响S/N?栓的位置 = 1 或 3停止角 = 2 或 3杯高 = 1 或 2吊钩位置 = 3 或 5起始角 = 150 或 180小结•Sony的故事•田口设计有关概念•田口设计的步骤•抛射器实验。