质量工程学第七章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（QualityFunctionDeployment）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(QualityFunctionDeployment,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HouseofQuality,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)产品规划矩阵顾客需求产品技术需求产品规划零件规划矩阵产品技术需求关键零件特性零件展开工艺规划矩阵关键零件特性关键工序工艺计划工艺/质量控制矩阵关键工序关键工艺/质量控制参数生产计划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)①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；②质量特性：产品具体的工程质量特性；③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；④相关矩阵：用于表示质量特性之间的相互关系程度；⑤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。⑥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)（5）（3）（4）要求n（2）工程技术措施1工程技术措施2工程技术措施n本产品A公司产品N公司产品……（6）（7）工程措施的测量单位工程措施的重要度本产品A公司产品N公司产品（8）技术难度目标值（9）12nn-1………………设计声明（1）要求重要度要求1要求24、质量屋举例口味好营养丰富视觉效果美观价格适中◎△○５４４４５４４３５调味成分尺寸卡路里成本控制脂肪２５３２４３４４４３AB３４５３３４２３５４３４市场竞争性评价我们顾客需求重要度我们AB技术竞争性评价◎○◎◎△△◎◎○○△◎说明：１＝低　５＝高△负相关○强相关◎强正相关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4功能要求经济性可靠性9结构性能价格外形尺寸小承载能力大密封性好速度变化小振动噪声低价格适中传动效率高维修方便安全可靠使用寿命长效率无故障性耐用性维修性55686987维修性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4595686897外形尺寸小密封性好承载能力大速度变化小振动噪音低价格适中传动效率高安全可靠使用寿命长维修方便功能要求经济性可靠性维修性外形尺寸密封性承载能力速度变化范围最大噪声润滑状况价格传动效率可靠性使用寿命快速置换123123技术竞争性评估目标值技术需求重要度45911015179891137810712978本本相关矩阵符号正相关负相关关系矩阵符号中等相关弱相关强相关6年4分钟99%小于1500元9312、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7.597.9可靠性使用寿命价格材料硬度强度精度材料强度类型精度功率转速类型黏度技术需求99%6年1500元目标值重要度零件特性目标值关键零件日特性齿轮轴轴承电动机润滑油权重11894241721217124712414995243、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)齿轮硬度齿轮强度齿轮精度检查毛坯正火磨轮齿精度进给量车削深度分齿运动机构精度滚刀磨损刀具磨损剃齿刀磨损高频淬火电流大小砂轮磨损关键零件特征及其规范HBXXXXXXXPaXXXX级工艺规范关键工艺特征按手册进行检查滚齿插键槽剃齿绗齿DegMin/rmmumHzAMin程序工艺流程车削毛坯保温时间保温温度电流频率磨削深度检测啮合速度检测加工精度级检测规程进给量内圆磨umumumumMin/rr/Min级工艺规划矩阵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)关键工艺步骤关键工艺参数控制点控制方法样本容量检验方法实际上，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组成系统部件个数单个部件可靠性99.999%99.99%99.9%99.0%系统可靠性10100250500100010000100000100000099.99%99.90%99.75%99.50%99.01%90.48%36.79%＜0.1%99.90%99.01%97.53%95.12%90.48%36.79%＜0.1%＜0.1%99.80%90.48%77.87%60.64%36.77%＜0.1%＜0.1%＜0.1%90.44%36.60%8.11%0.66%＜0.1%＜0.1%＜0.1%＜0.1%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λ(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。２）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：NtnNtR)()(第七章质量功能展开与可靠性设计第二节可靠性设计NtntF)()(1)()(NtnNtnNtFtRF(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)()(tTPtF)(tFtRtftRdtdRNtttRNtRNNttttftt)()(),limlim00投入工作的产品总数品数内每单位时间失效的产在时间（故障密度函数：tttt