第五章设计质量控制原理及应用

主讲：孟丽丽质量控制与可靠性E_mail：[e-mail]第一章质量管理概论第二章ISO9000族标准与质量认证第三章六西格玛管理第四章常用质量管理工具第六章过程质量控制原理及应用第五章设计质量控制原理及应用第七章抽样检验5.1质量功能展开QFD5.2正交试验设计5.3产品三次设计5.4可信性设计原理及应用第五章设计质量控制原理及应用【目的要求】质量功能展开的原理及质量屋的结构可信心设计原理及应用掌握可靠性的三个指标（可靠度、平均寿命、失效率）的含义及计算，系统可靠性计算（串并联）理解三次设计及其计算方法【重点】质量屋的展开原理，可靠性指标计算，三次设计方法。【难点】三次设计方法学习目标5.1质量功能展开QFD5.1.1QFD定义质量功能展开(QualityFunctionDeployment,QFD)，即“质量功能展开”，也有国内的专家译为“质量机能展开”、“质量功能配置”、“质量机能配置”等等。它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。QFD架构能够有效地将顾客的需求和主张（“顾客的声音”）转化为产品的设计要求，最终生产出高质量的产品。了解顾客要求策划成产品产品满足顾客要求QFD5.1.1QFD定义5.1质量功能展开QFD5.1.2QFD的产生与发展产生：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：1、1966年，日本三菱重工株式会社的神户造船厂针对产品的可靠性提出了质量屋的雏形，随后日本质量专家水野滋提出了狭义的质量功能展开。2、1972年，日本质量管理大师赤尾洋二教授发表了“新产品开发和质量保证-质量展开系统”的论文，首次提出了质量展开的17个步骤。3、1978年，水野滋和赤尾洋二的《质量机能展开》出版，从全公司质量管理（CWQC）的角度介绍了质量功能展开及其应用的27个步骤。5.1.2QFD的产生与发展4、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。QFD引入美国后，在汽车、飞机制造业的成功应用也证明了质量功能展开的广泛前景。世界上著名的公司如:•福特公司、•通用汽车公司、•克莱斯勒公司、•惠普公司、•麦道公司、•施乐公司、•电报电话公司、•都相继采用了QFD。应用领域：•从QFD的产生到现在二十年来，其应用已涉及汽车、家用电器、服装、集成电路、合成橡胶、建筑设备、农业机械、船舶、自动购货系统、软件开发、教育、医疗等各个领域。•开发周期30—60%•成本20—40%•设计更改变动次数40—60%QFD在冶金锯片行业的应用•顾客需求：锯齿破损、锯片变形、断齿、不方便切割、锯片有划痕、锯片有锤点、价格高•质量特性：硬度、硬度差、平面度、径向圆跳动、内孔直径、平整度、外径、表面质量、疲劳寿命、材料等。主要针对锯片和刀块的加工工艺过程。5.1.3QFD的基本原理质量功能展开过程由产品规划（设计）、零件展开（设计）、过程方案（工艺计划）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、制造操作和生产要求。5.1.3QFD的基本原理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。质量屋（HOQ）连接着顾客需求（VoiceofCustomer）和技术需求（VoiceofEngineer）的交汇点。系统的质量功能展开过程及其特点•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，•过程方案阶段：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技术过程典型的QFD分解示意图（以产成品为例）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过程方案工艺/质量控制矩阵关键工序关键工艺/质量控制参数生产计划简化的质量屋的结构（HOQ）①要求质量：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要求质量设计质量相关矩阵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质量屋的结构（HOQ）•QFD质量屋的构成•一级质量屋举例（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2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◎强正相关一次二次三次能可靠地点着火可简单地点着能单手点着一次就能点着轻轻地就能点着在哪儿都能点着雨中也能点着寒冷的地方也能点着大风中也能点着容易使用能安心使用火焰能够调整火苗安定能够长时间地点火放在哪儿都能安心容易处理扔到哪儿都没事能够安心携带拿着放心仅在必要的时候才能点着能够确切地将火苗熄灭只有打火时才往外排气能够知道何时更换能够知道气体剩余量能够一直用到气体没有能用很长时间结实能经受强烈地冲击掉到地上也能用掉到过水中也能用拿起来方便能拿在手中重量适度能放在衣服口袋里外观设计漂亮袖珍的外形外形有点圆比较薄颜色明快使用亮色颜色时髦漂亮使用单纯朴素的颜色让人爱不释手引人注目点着火时有声音火苗的颜色在变能够换外套点火声音好听看起来昂贵瘦削的外形一次性打火机的要求质量展开表一次二次三次质量要素展开表要求质量展开表形状尺寸重量耐久性点火性操作性设计性话题性能可靠地点燃○◎○容易使用◎◎○可安心使用○△◎○可长期使用◎○○△外观设计良好○○◎○爱不释手△△○◎要求质量和质量要素矩阵表5.1.4QFD的应用案例（减速箱研制过程）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。顾客需求•经过调查、分析和整理后减速箱顾客需求如图所示。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931零件规划矩阵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特性齿轮轴轴承电动机润滑油权重1189424172121712471241499524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质量控制规划矩阵样表5.2正交试验设计5.2.1正交试验设计的基本方法5.2.2多指标的正交试验设计5.2.3水平不等的正交试验设计5.2.4交互因素的正交试验设计正交试验设计（OrthogonalDesign）是于二十世纪50年代初期，由日本质量管理专家田口玄一（Tachugi）博士在前人提出的多因素试验设计方法的基础上，进一步研究开发出来的一种试验设计技术。正交试验设计法使用一种规范化的表格（正交表）进行试验设计，可以用较少的试验次数，取得较为准确、可靠的优选结论。5.2.1正交试验设计的基本方法正交试验是一个科学的安排和分析试验的方法。它是利用“均衡分散性”和“整齐可比性”正交值原理，从大量的试验点中挑选出适量、具有代表性、典型的试验点以解决多因素问题的试验方法。正交试验的定义正交试验设计主要可以完成：◆确定出各因素对试验指标的影响规律，得知哪些因素的影响是主要的、哪些因素的影响是次要的、哪些因素之间存在相互影响；◆选出各因素的一个水平组合来确定最佳生产条件。正交试验设计的基础是正交表。•试验指标(指标、试验结果)指试验需要考察的效果数量指标：硬度、拉力、重量、长度非数量指标：颜色、外观•因素对试验指标有影响的参数，用大写A、B、C……表示可控因素：淬火温度、冷却时间不可控因素•因素水平因素变化的各种状态和条件，用1、2、3……表示。正交试验的有关名词正交的概念在数学上，两个向量和若满足),,,(21naaaA),,,(21nbbbB02211nnbababaBABA即两向量的内积等于零，则称向量与向量正交。由于在构造正交表的过程中使用了上述原理，因此将相应的试验设计法称为正交试验设计。正交表的格式与特性正交表完全有序元素对（完全对）设有两组元素与，它们可构成如下的元素对：),,,(21naaa),,,(21kbbb),(),,(),,(),(),,(),,(),(),,(),,(212221212111knnnkkbababababababababa),,,(21naaa),,,(21kbbb称这些元素对为由元素与构成的“完全有序元素对”，简称“元素对”。若元素为数字，则称为“完全有序数字对”。例：由数字(1,2,3,4)和(1,2,3)构成的完全有序数字对为：)3,4(),2,4(),1,4()3,3(),2,3(),1,3()3,2(),2,2(),1,2()3,1(),2,1(),1,1(若在一个矩阵的任意两列中，由两列中的对应元素所构成的数字对是完全对且每对出现的次数相等，则称这两列是均衡搭配，否则就是不均衡搭配。例如：222222212212221121211111A第I列第II列第III列第I列与第II列中的对应元素构成8个数字对：)2,2()2,2()1,2()1,2()2,1()2,1()1,1()1,1(它们是由元素(1,2)和元素(1,2)构成的完全数字对，每对各出现两次，因此称这两列为均衡搭配