品质工学(第七章)

第七章目标特性三次设计教学目标寻求最佳实验方案，实现产品低成本和高质量掌握目标特性信噪比设计及三次设计方法熟悉设计步骤和系统参数的统计分析离线品质工学及应用目标特性信噪比目标特性三次设计教学目标离线品质工学及应用能力目标知识要点权重掌握目标特性信噪比的计算方法目标特性的信噪比30%掌握目标特性三次设计步骤和方法目标特性三次设计30%掌握目标特性参数设计之方差分析及确定最佳因素组合，实现产品的低成本和高品质实验数据统计分析30%了解目标特性的品质特征目标特性10%教学要点信噪比目标特性产品的品质特性Y服从正态分布N(μ,σ2)，且存在目标值m。一个理想的参数设计目标，应该是期望μ=m，且方差σ2越小越好。1.测定值为非负数据设有n件产品的测量数据为：Y1、Y2、…、Yn全波动ST为：mnTSS22221YYY均值波动Sm为：nSnm221)YYY(误差波动Se为：mTeSSS信噪比η为：方差Ve为：1nSVeeeemVVSn)(1lg102.测定值为正、负数据设有n件产品的偏差数据为：Y1、Y2、…、Yn，此时全波动等于误差波动，即全波动ST为：mnTSS22221YYYeS方差Ve为：1nSVee信噪比η为：eVlg10离线品质工学及应用目标特性三次设计目标特性三次设计概念图离线品质工学及应用目标特性三次设计系统设计：确定系统，实现功能参数设计：多因素选优公差设计：确定最佳参数公差夜视仪中稳流电路输出电流应恒定不变，针对下图稳流电路，希望输出电流y=120mA。由于干扰影响，输出电流y会产生波动，为了减小输出波动，现对该电路进行三次设计。目标特性三次设计实例已知功能界限为10mA1．系统设计选择一个电路，实现“稳定输出电流”功能。工程技术人员所选择的夜视仪中的稳流电路如左图所示。稳流电路图系统的输出电流Y与输入电压及各元件的关系式为：becURRRRRRRER4343321122)(Y式中：R1、R2、R3、R4-电阻（Ω）Ec-电源电压（V）Ube-晶体管两极电压（V）对上述电路的要求：负载电阻：Rfz=50～80Ω输出电流：y应稳定在m=120mA，且波动越小越好输出电流公差：Δ=10mA因此，该特性为目标特性。2．参数设计（1）确定可控因素及水平因素水平R1(Ω)R2(Ω)R3(Ω)R4(Ω)1680240022.027021000360027.036031500470051.0470注：表中第2水平为原设计方案（2）内设计选用正交表L9(34)作为内表，将可控因素设计到正交表内，得到的试验方案见下表。可控因素及水平因素试验R1（Ω）R2（Ω）R3（Ω）R4（Ω）N1N2Yi1（mA）Yi2（mA）ηi(dB)Si（dB）R'11（Ω）R'23（Ω）R'33（Ω）R'41（Ω）U'be3（V）E'c1(V)R'13（Ω）R'21（Ω）R'31（Ω）R'43(Ω)U'be1（V）E'c3(V)11（680）1（2400）1（22）1（270）612264024.22430.817748216019.82970.61997.50215.524.8043.22212（3600）2（27）2（360）612396029.73240.817748324024.33960.61948.45121.213.4637.69313（4700）3（51）3（470）612517056.14230.817748423045.95170.61916.8748.552.1329.1342（1000）123900264029.74230.8171100216024.35170.619117.64238.565.8444.4852231900396056.12430.8171100324045.92970.61940.2190.844.5535.6362312900517024.23240.8171100423019.83960.61969.86166.983.9340.6773（1500）1321350264056.13240.8171650216045.93960.61987.03165.446.7141.58832131350396024.24230.8171650324019.85170.619144.60292.915.8646.27933211350517029.72430.8171650423024.32970.61989.93193.715.1042.41信噪比极差分析T1T2T310.3814.3217.6617.3513.8711.1614.5914.4013.3814.4414.1013.82T=42.37（i=1、2、…、9）R7.286.181.200.62灵敏度极差分析T1T2T3110.05120.78130.26129.29119.58112.21130.16124.58106.34121.26119.94119.88T=361.08R20.2217.0823.821.38试验方案与数据（3）确定误差因素及水平选取电路中电阻R1、R2、R3、R4及晶体管两极电压Ube、电源电压Ec的波动为误差因素，分别用符号三级品元件，则各器件的波动范围为：1R2R3R4RbeUcE表示，若选择电阻：±10%晶体管两极电压：±0.1V电源电压：±1V误差因素的三个水平分别为：beUcE=0.6V；=0.7V；=0.8V=17V；=18V；=19V1beU2beU3beUC1EC2EC3E误差因素中No.1试验方案为例，相应的误差因素及水平见下表。表中的2水平为内表中各试验所对应的电阻值；1、3水平为电阻的波动值。1R2R3R4R的三个水平与内表各次试验条件有关。以内表因素水平(Ω)(Ω)(Ω)(Ω)(V)(V)1612216019.82430.6172680240022.02700.7183748264024.22970.819误差因素及水平（No.1试验）2R1R3R4RbeUcE（4）确定调和误差因素及水平将所有误差因素调合成一个综合误差因素N，通过对每组的误差因素进行调和，则N的两个极端条件所对应的水平为：负侧最坏条件N1：、正侧最坏条件N2：11R32R33R14R3beUC1E31R12R13R34R1beUC3E分别将上述误差因素N安排至表内中，这样就完成了试验的外设计。根据各试验条件，按公式计算后得到的输出电流值Yij见内表。以内表中No.1试验方案为例，计算的输出电流为：)(52.2156.02978.19229728.198.19)2160748(19748Y)(50.978.02432.24224322.242.24)2640612(17612Y1211mAmA以No.1试验方案为例，计算信噪比η1和灵敏度S1，得到：（5）信噪比和灵敏度计算212111)Y(21YSm41.48988212111)(21YYVe19.6964112111lg10eVYY)(80.4dB12111lg10YYS)(22.43dB（6）内表统计分析在生产现场，经常用极差R（试验数据最大值与最小值之差）分析代替波动S分析，这样可大大简化计算过程，因为，极差的大小也可以反映数据的波动和分散程度，这种方法称为极差分析。最小最大-R因素水平合计R1R2R3R4T110.3817.3514.5914.44T214.3213.8714.4014.10T317.6611.1613.3813.82R7.286.181.200.62极差分析R1、R2为显著因素，R3、R4为非显著因素No.7试验方案R13R21R33R42的η值最大电阻R1、R2的水平应为试验得出的最佳水平，电阻R3、R4的水平可根据实际情况确定。（7）确定最佳参数设计方案将最优水平组合R13=1500Ω，R21=2400Ω，R33=51Ω，R42=360Ω，代入输出电流计算公式后，得到：7.036051236025151)24001500(181500Y)(05.121mA与目标值m=120mA十分接近，不需要再作调整。因此，最佳参数设计方案为R13R21R33R42，即电路中所选电阻阻值分别为：R1=1500ΩR2=2400ΩR3=51.0ΩR4=360Ω本章知识要点1.目标特性：系统存在目标值，希望输出特性围绕目标值波动，且波动越小越好。2.目标特性信噪比计算：eemVVSn)(1lg103.三次设计包括系统设计、参数设计和公差设计。系统设计是确定一个产品体系，使其实现目标功能；参数设计是寻找体系中参数的最佳因素组合；公差设计是确定最佳参数的公差值。4.三次设计之参数设计步骤：（1）正交实验设计（2）实验结果的信噪比计算（3）信噪比的统计分析（4）工程平均估算（5）绘制要因效果曲线（6）设计前后系统的损失对比（7）提高系统稳健性设计谢谢！