【建筑工程管理】田口工程讲义

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（Loss Function）。

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（Quality Engineering）。

–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（Loss Function）。

–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（Cross Array）

–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。

新名詞四：雜音（Noise Factor）。

–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（Optimal Design）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。

一、一般定義品質是–CZAESAR凱撒大帝模式

1.符合性–Conformance。

2.零缺點–Zero Defect。

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。

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）

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。

四、膠布的故事–規格中的小偷

1.JIS=Japan Industrial Standard。

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。

一、損失函數（Loss Function）

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）

一、三種設計

1.公差設計（Tolerance Design）。

2.參數設計（Pammeter Design）。

3.系統設計（System Design）。

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。

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-Line QC。

2.SPC即OLQC。

3.線外–Off-Line QC。

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

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（Zero Defect）。

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：

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。

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。

一、習修田口工程前必需認識實驗計劃

1.DOE=Design of Experiment。

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（Design of Data）。

4.形成DOE表。

5.即知此因素存在。

6.但是可能有另一因素存在。

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）

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

四、日本為何重視參數設計？有堅耐性（Robustness）

一、何謂雜音比值（Signal / Noise）

1.雜音即偏差的因子。

2.在DOE/ANOVA中稱Error Factor誤差因素，另一種是可控制因

子。

3.信號雜音比（S to N Ratio）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=10 log（MSD）η=S/N比。

3.MSD=Mean Square Deviation。

三、S/N比單位db和物理學中同

四、MSD計算方式

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）。