031101-田口工程讲义

1Ⅰ導言、Taguchi田口方法的基本定義田口玄一博士在1985年左右紅遍全美，在日本國內得到戴明獎，在美國因打破美式品管理念，而受美國大公司採用其方法，他並未留學過美國，只是日本專科畢業生，後來拿到日本九州大學博士而已，為什麼會有那麼大的成就呢？理由一：他有工廠實際工作經驗，知悉產品十分複雜時，傳統品管技術根本使不上力，既使應用的相當精準，最終得到的品質結果（Outcomes），相當不合水準。理由二：田口博士的數學基礎非常好，應用微積分及微分方程公式代入一些品管問題，得到許多簡化式的計算公式，最有名的是損失函數公式（LossFunction）。理由三：田口提出許多「另類思維」方式，將傳統品質管理理念重新建立成另外一套推演方式，有別於西方社會慣用的品管名詞。其中至少有十項新理念，可啟發從事生管及品管工作者。新名詞一：品質工程（QualityEngineering）。–打破過去品管方面只重視分析問題，而找不出最佳化的參數設計（Parameter），這種把KSF關鍵成功因素做最佳的設計後，才可能實際化的得到真正良好品質的產品。新名詞二：損失函數（LossFunction）。–品質做的標準並不見得可以合乎客戶口味，如客戶不滿意或品質不合客戶個別性要求，客戶會離去，這就是損失，可藉函數來計算出金額。新名詞三：直交表（CrossArray）–一般的變異數分析（ANOVA）會找出某些影響品質的特定因素，但是在多因子情況下，花費成本極大，因為它必需要設計成許多不同類型的實驗組別，直交表則可減少組別仍可同樣分析出多因子的交互影響效果。2新名詞四：雜音（NoiseFactor）。–品質不良即是由許多雜音造成，這些雜音會千擾正規品質的產生，它可分為外部雜音，如溫度、溼度、灰塵，又有內部雜音，如零件本身材料的劣化，第三種是產品間雜音，亦即產品零件間組合不良造成的。新名詞五：堅耐性（Robustness）。–產品品質的體質，對於這些雜音毫不受影響的程度。新名詞六：線外/線上品管。–指生產裝配線上造成的品質不良，而必需有製程管制，及生產線前設計上和品質有關的設計管制。新名詞七：三種品質設計：系統/參數/公差。–品質問題並不是只靠分析與改善就可解決，必需由最佳化設計（OptimalDesign）才能得到好品質成果，在大角度方面是系統設計，中角度是選用何種因素（參數）的設計，小角度是設計可容忍的上下限，它又稱公差（Tolerance）。新名詞八：三類品質特性：計量/計數/動態。–計量值即是有平均數及標準動態數值（又稱計件值），即是合格的件數或百分比，動態特性則是投入（Input）與產出（Output）間的關係特性。新名詞九：計量值的三種量測法，望目/望小/望大。–望目達到期望目標，望小是目標期望值為0，望大則相反，期望目標值是無限大，例如強度是愈大愈好。新名詞十：S/N雜音比。–正常與不正常的比值，以物理聲學理論中db做單位來計算品質不良對數函數。結論：田口品質工程有其時代價值及未來遠景，它給了人們另類定義，而且它有許多實證數據證明其功效，最有名的是日本與美國新力產品有品質差異的範例。3壹、田口工程基本的品管理念一、一般定義品質是–CZAESAR凱撒大帝模式1.符合性–Conformance。2.零缺點–ZeroDefect。3.接納性–Acceptance。4.期望性–Expectation。5.滿意度–Satisfy。6.屬性強–Attribute。7.重複性–Repeatability/Reproducibility。二、田口定義–損失（客戶角度思維）1.各種損失–會有一天付不出這損失。2.各種變異就是雜音–內部/外部/產品間。3.DOE找出原因不如消除原因–建立最佳參數水準。4.品質改進由允差設計成參數設計–最佳化參數組合。好品質就是最小損失三、那些可能的損失1.退貨4.修護中客戶花費時間金錢2.保證品質所花成本5.市場佔有率3.客戶抱怨不滿四、品質特性1.計量特性3.動態特性2.計數特性五、計量特性名稱1.望目–尺寸、長度4.分析計數–外觀、等級2.望小–誤差、劣化5.動態特性–輸入/輸出關係3.望大–強度、壽命六、田口立–方法旋風（說明之）4貳、Tolerance公差並不能保證品質一、第一個小故事–四選一1.一半合格，一半不合格。2.1/3不合格，2/3合格。3.全合格，但在邊上。4.全合格，在中央。二、第二個小故事–日本新力與美國新力1.平屋頂圖與尖屋頂圖。2.客戶可分辨–公差並不能完全代表品質。3.接近目標值多的較好。三、當全部符合規格時，就沒有改進空間了嗎？1.設計時就選好參數。2.參數群中又訂定最佳值。3.一次就做好，最接近目標值。4.不是在生產時以管制線再去找原因做CI。CI=ContinualImprovement持續改善四、膠布的故事–規格中的小偷1.JIS=JapanIndustrialStandard。2.膠布雖合格，但目標值故意偏一邊規格，以求降低成本。3.膠布不良，破壞損失，農作物損失，價格上揚損失。五、要找出評估「損失」（Loss）的方法1.U型反拋物曲線。2.損失來自客戶不滿。3.損失來自產品特性。4.損失則是金錢成本。5參、學田口品質工程損失函數一、損失函數（LossFunction）1.由數學演算算出。2.公式十分簡單。3.L(y)=k(y-m)2。4.m=目標值k=係數y=品質特性。二、範例介紹–電源供應器1.L(y)=100元。2.公差=115±20伏特。3.計算出k值=0.25。4.某產品=110，L(y)=2。5.L=0.25(110-115)2=6.25。6.又：花2.0元做保養，電壓＝？7.A：Y=115±3.0(2.8)。8.結論：公差在115±3.0以內就不能花2.0元成本去修理，在此以外才值得去花費。9.尚有更複雜例題。三、品質要改進但是必需考量成本值不值得。1.另有特殊望目範例。2.望大/望小亦有範例。四、損失函數的功能及意義（研討）6肆、田口式實驗計劃三種設計一、三種設計1.公差設計（ToleranceDesign）。2.參數設計（PammeterDesign）。3.系統設計（SystemDesign）。二、品質工程（Q.Eng）的精義1.關鍵因素–偏離目標值的因素。2.外部雜音–環境因素。3.改變環境–成本太大。4.設計製程和產品–降低敏感度。5.使產品及製程對雜音不敏感。高品質＝堅耐性（Rebust）6.人為失誤＝外部雜音。7.材料劣化＝內部雜音。8.製造缺失＝品間雜音。三、線外品管與線上品管1.線上–On-LineQC。2.SPC即OLQC。3.線外–Off-LineQC。4.產品設計。5.由DOE→實驗+計算→產品設計+製程設計。6.OLQC則重視診斷及修正。7.製程管制亦要DOE的幫忙。四、田口品質工程導引了許多新觀念7Ⅱ理念、田口博士重新做品質定義田口玄一博士最了不起的地方是它將品質做新的定義，在過去，品質部門與製造部門的配合是公差（Tolerance）與全檢（Inspection），只要符合這條件者，即可出貨，但是由日本新力與美國新力的故事，使之重新定義品質問題。日本新力與美國新力皆以相同公差相同全檢方式出貨，結果美國的客戶就是喜歡日本新力，對此問題的結論是：這並不是心理作用或品牌忠誠度，而是在品質上有實質的差異，由下圖就可簡易的看出，日本新力（SONY）雖然和美吳新力皆有相同的合格標準（Conformance），及全程的出貨合格率，但是在對目標值的接近程度卻有很大的差距，日本新力是中央集中，亦即接近標準值的數目多於美國新力。日本美國美國目標力|--------公差--------|由這個實驗，就可知品質問題必需重新思考，當然在目前六標準差管理模式中已可藉由CA/CP/CPK來界定，但是田口工程仍有其特殊功能存在。過去對品質的定義有三：定義一：符合規格（Conformance）。定義二：零缺點（ZeroDefect）。定義三：滿足客戶要求（Requirement）。但是，這些定義只是小角度技術層面的定義，如果以大角度及社會層面的定義：品質是產品售出後造成社會（客戶）損失，損失愈小則品質愈好8這些損失是來自多方面的，可包括：1.退貨損失3.客戶抱怨2.保修成本4.公司名譽由這理念，田口博士以微分方程算出鼎鼎大名的損失函數，其公式十分簡單，在導引過程中的許多假設，雖然被統計學家質疑，但是損失函數仍有其功能。L（y）=K（y-m）2K=係數Y=品質特性M=目標值這函數的形狀是內凹的U字型，最低點即是品質最佳處，L（y）則是損失的成本，以金額計算。在運算活用時，先以既定規格的（y-m），亦即合理公差範圍下的金額損失來計算K值，知悉K值後，任何y值代入，即可求出損失金額為多少。例一：115伏特±20伏特L(y)=100元則K值=100/202=0.28例二：出廠品電壓是110伏特，則損失多少L=0.25(110-115)2=6.25元說明一：損失金錢可能來自重組、維修、換件、退貨。說明二：田口功能是將公司成本與品質接上軌道。結論：田口品質工程的認識，首先必需要能活用U型曲線的損失函數，並對日本新力與美國新力問題做一個認知性體認瞭解。9伍、田口直交表代替實驗計劃一、習修田口工程前必需認識實驗計劃1.DOE=DesignofExperiment。2.魚骨圖找出因素，但不知由何因子著手。3.實驗計劃即將數據整理–DOD（DesignofData）。4.形成DOE表。HML9080705.即知此因素存在。6.但是可能有另一因素存在。HML男女7.二因素間的交叉互動效果。8.如果有第三因素，則較麻煩。9.田口用直交表來代替許多因子的互動。10.這方法皆稱為「變異數分析」（ANOVA）。二、直交表簡化DOE的圖表1.DOE是找出和消滅有影響因素。2.田口是找出但再設計參數使減少影響。三、有名的磚窯實驗1.一共有七個因子影響–皆以A、B、…G稱之。2.各有兩種情況–皆以A1、A2、B1、B2、…稱之。3.組合結果可比較好壞：改善效果曲線。四、直交表1-2排列方式產生八種結果（研討）10陸、品質工程時代的創始理念一、最佳化設計（Optimization）1.參數設計。‧材料規格‧操作溫度‧焊接方法‧準備附著‧烘烤時間‧調整油溫2.最佳化。‧成本最低‧變異最小3.系統設計重視創新。二、達成高品質但不需增加成本1.日本的強度/美國的弱點。2.公差設計。‧規格範圍‧原因去除‧原因檢測‧增加成本3.參數設計是降低成本。4.充差設計要用ANOVA。5.可使用低成本的材料。三、美國設計比重的比較美國日本系統設計70%40%參數設計2%40%公差設計28%20%四、日本為何重視參數設計？有堅耐性（Robustness）11柒、參數設計要計算雜音比值一、何謂雜音比值（Signal/Noise）1.雜音即偏差的因子。2.在DOE/ANOVA中稱ErrorFactor誤差因素，另一種是可控制因子。3.信號雜音比（StoNRatio）簡稱S/N比。4.S/N比和損失函數有關。5.S/N比可量測品質穩定性。6.S/N比愈高，則損失愈小。二、S/N比和損失函數關係1.L=K（MSD）2。2.η=10log（MSD）η=S/N比。3.MSD=MeanSquareDeviation。三、S/N比單位db和物理學中同四、MSD計算方式MSDLog10N/S....2)02y(2)01y(n1MSD五、範例說明1.y=泡膠收縮度。2.可控制因子＝成型方法（5種）。3.誤差因子＝定型方式（1種）。12捌、參數設計堅耐性用雜音比一、三種設計1.系統/參數/公差。2.Robust穩健＝不受干擾。3.干擾因素＝雜音Noise。4.雜音比＝S/NS=Signal信號。二、參數設計1.低成本+最佳組合。2.S/N比衛星品質種定性。3.S/N大，損失愈小。三、三種品質特性1.望目/望小/望大–NB/SB/BB（B=Better）。2.MSD=MeanSquareDeviation＝平方差和。3.雜音比＝-10log(MS