田口方法-质量管理学
品质管理品质知识田口办法与品质工程原理
邱東波 顧問
現 任：東莞聯碩企業管理有限公司
台灣彙智企業管理有限公司
學 歷：中國文化大學會計系
(臺灣)注冊會計師 國立政治大學高級經營管理研修畢業 加拿大工業心理研修 日本經營士會研修 （臺灣）經濟部中小企業處甄選合格顧問師 （臺灣）經濟部中小企業處甄選合格顧問師講師
2020/9/21
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邱東波 顧問
輔導實績：
(1)臺灣花連省立醫院、臺東醫院、臺北市立醫院、衛生局等醫療系 統之TQM
(2)眾志營造 盛州建設 杰興鋼構……等營建產業十二家 (3)美國克萊斯勒汽車臺灣經銷商體系之建制與規範等計十二家 (4)晟茂科技、鑫品電機、大山拉鏈、立來印整、東方錶業、新樓工
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一、田口方法与品质工程原理
1.2 田口的哲学观念及田口方法 田口方法从工程的角度事先了解品质问题，把社会损失成本
作为衡量产品品质的依据。田口方法的两个主要工具是直交表和 SN比，强调的重点是在产品或制程设计时考虑品质问题，也就是 指如何降低产品绩效的变异。田口博士的最大贡献不在于实验设 计的数学模式，而是提供了一个新的思考观念，其基本观念为： 质量不是靠检验得来的，也不是靠控制生产过程得来的；质量， 就是把顾客的质量要求分解转化成设计参数，形成预期目标值， 最终生产出低成本且性能稳定可靠的物美价廉的产品。简单地说， 也就是在产品最初的开发设计阶段，通过围绕所设置的目标值选 择设计参数，并经过实验最大限度减少变异，从而把质量构建到 产品中，使所生产的全部产品具有相同的、稳定的质量，极大地 减少损失和降低成本。
業、華聲電子、信誠陶瓷、盛達陶瓷、華興、恆達陶瓷、鴻源 科技、東隆五金、信誼陶瓷、羅馬陶瓷、合成興業、國賓陶瓷、 瑞祥水曖、東亞瓷磚、天地瓷磚、全國加油站、大宇電線電纜、 國際洪建全文教、寶旺螺絲、寶彥汽車銷售、草本化妝品、瑪 莉飾品……等百餘家企業之生產改善，TQM及行銷規劃。
质量管理学教学案例一：田口参数实验设计
质量管理学教学案例一：田口参数实验设计————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：教学案例一：田口参数实验设计1 田口方法源起实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定实验方案以便对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法。
其基本思想是英国统计学家R. A. Fisher在进行农田实验时提出的。
他在实验中发现，环境条件难于严格控制，随机误差不可忽视，故提出对实验方案必须作合理的安排，使实验数据有合适的数学模型，以减少随机误差的影响，从而提高实验结果的精度和可靠度，这就是实验设计的基本思想。
在三十、四十年代，英、美、苏等国对实验设计法进行了进一步研究，并将其逐步推广到工业生产领域中，在冶金、建筑、纺织、机械、医药等行业都有所应用。
二战期间，英美等国在工业试验中采用实验设计法取得了显著效果。
战后，日本将其作为管理技术之一从英美引进，对其经济复苏起了促进作用。
今天，实验设计已成为日本企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员必备的一种通用技术。
实验计划法最早是由日本田口玄一（G. Taguchi）博士将其应用到工业界而一举成名的。
五十年代，田口玄一博士借鉴实验设计法提出了信噪比实验设计，并逐步发展为以质量损失函数、三次设计为基本思想的田口方法。
田口博士最早出书介绍他的理论时用的就是“实验计划法─DOE”，所以一般人惯以实验计划法或DOE来称之。
但随着在日本产业界应用的普及，案例与经验的累积，田口博士的理论和工具日渐完备，整个田口的这套方法在日本产业专家学者的努力之下，早已脱离其原始风貌，展现出更新更好的体系化内容。
日本以质量工程（Quality Enginerring）称之。
但是，严格来讲，田口方法和DOE是不同的东西。
田口方法重视各产业的技术，着重快速找到在最低成本时的最佳质量。
DOE则重视统计技术，着重符合数学的严谨性。
田口方法资料
• 主图分析：通过主图分析实验结果的波动情况
• 田口图包括主图和副图
• 副图分析：通过副图分析各因素对质量损失的影响
• 因素优化：根据田口图的结果优化因素水平，降低质量
损失
持续改进与迭代优化
田口方法强调持续改进与迭代优化
持续改进与迭代优化的方法
• 通过质量设计和质量控制实现持续改进
• PDCA循环：通过PDCA循环实现持续改进
田口方法强调实验数据的分析与处理
• 通过田口图等工具分析实验结果
• 确定最佳参数组合和设计方案
实验数据的分析方法
• 田口图：通过田口图分析实验结果，找出最佳参数组合
• 方差分析：通过方差分析检验实验结果的显著性
• 回归分析：通过回归分析建立响应面模型，优化设计方案
04
田口方法的质量控制与改进
质量损失函数(Quality Loss Function)
响应面法是通过实验数据建立响应面模型
• 通过模型优化寻找最佳设计方案
响应面法的优点
• 提高实验效率：响应面法可以在有限的实验次数内找到最佳方案
• 描述复杂关系：响应面法可以描述多因素之间的复杂关系
• 便于优化设计：响应面法可以方便地优化设计方案，实现质量目标
实验数据的分析与处理
跨领域融合与拓展应用
田口方法将与其他领域进行融合与拓展应用
• 与供应链管理相结合，实现供应链质量的控制与优化
• 与环保工程相结合，实现绿色制造与环保设计
跨领域融合与拓展应用的前景
• 供应链质量优化：通过田口方法实现供应链环节的质量控制与优化
• 绿色制造与环保设计：通过田口方法实现环保产品的设计与制造
• 质量设计：通过实验设计寻找最佳设计方案，实现质量目标
日本企业质量管理方法简介(二)田口方法的基础和核心——参数设计
质量译丛日本企业质量管理方法简介（二）田口方法的基础和核心摘要：日本筑波大学山田秀准教授以“ｓＱｃ方法、田口方法以及ＭＴｓ”为题发表长篇文章，就日本质量管理的各种基本方法作了简明而系统的介绍。
本文经编译作为连载的第二篇，主要介绍田口方法中的参数设计。
田口方法也称为质量工程学，而参数设计是“线外质量工程学”的核心，也是田口方法的基础和核心。
在参数设计中，将产品用户的环境和使用条件等作为误差因子导入设计过程，使设计中的控制因子水平变得更加“稳健”，从而能使产品质量进一步提高。
文中将参数设计分为动态和静态两种特性的设计概念，按设计的实施步骤详细地介绍了静态特性参数设计的操作案例，并指出了参数设计与传统的试验设计方法的不同用途。
另外，本文最后对田口方法中的质量损失函数问题（“线内质量工程学”的核心）也作了简要说明。
：３４４黛熙…ｗｉ．２００８芷擘４期参数设计譬李望编译一、概述二十世纪五十年代．为解决当时企业生产中的现实问题，日本田口玄一博士研究创立了“田口方法（Ｔａｇｕｃｈｉｍｅｔｈｏｄ）”。
田口方法是以产品设计环节为主的一系列质量管理手段的集合体，也称为“质量工程学”。
田口方法的基础是“参数设计“，它是”线外质量工程学”的核心。
此外还有“质量损失函数”，则是“线内质量工程学”的核心。
后来，作为田口方法发展的新成员，又出现了马田系统（ＭＴＳ）。
本篇将围绕田口方法中的线外质量工程学的主体——参数设计问题作详细解释．同时也对已成为线内质量工程学主体的质量损失函数问题作简要介绍。
１．参数设计的目标——实现“稳健性产品设计”万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据日本企业质量管理方法简介(二)田口方法的基础和核心——参数设计作者：李堃作者单位：刊名：上海质量英文刊名：SHANGHAI QUALITY年，卷(期)：2008(4)本文链接：/Periodical_shzl200804013.aspx。
田口方法_
水平2 1% 细 53% 新组合 1200公斤 4%
G：长石含量
0%
5%
不是去改变环境（重新设计和建造新窑），而是改变产 品生产的某些参数，这些参数的改变可使产品更具抗干 扰的能力，从而减少环境温度差异对产品质量的影响。
信号因素 由产品或系统使用人或操作人设定的参数， 用以表示对产品所期望的质量参数。 控制因素 指的是工程设计师可通过自由设定来对产 品或者是系统的品质进行设计的参数。 噪声因素 指那些设计工程师所不能控制、极难控制 或者是控制成本极高的因素。
从工程角度来看田口方法就是在产品设计或设计过程中， 在不增加成本（甚至降低成本）的前提下，突破设计瓶颈 或改善生产制造流程，提高产品品质的一种试验方法。 核心思想：以最少的实验次数确定最佳的参数组合,快速筛 选出最优设计方案。（品质工程原理）
2田口方法工具
（正交表）
（信噪比）
品质：产品出厂后给予社会的最小损失
对于多因素试验，正交试验设计是简单常 用的一种试验设计方法，其设计基本程序 包括试验方案设计及试验结果分析两部分。
2.3.1试验方案设计
试 验 目 的 与 要 求
试 验 指 标
选 因 素 ， 定 水 平
选 择 正 交 表
表 头 设 计
试 验 方 案
2.3.2试验方案设计实例
实例1.为提高山楂原料的利用率，研究酶法液化工艺制造山 楂原汁，拟通过正交试验来寻找酶法液化的最佳工艺条件。
主要成分，分别添加不同增效剂、被膜剂和不同的浸泡时间，进行4因素4 水平正交试验。试设计试验方案。 ① 明确目的，确定指标。本例的目的是通过试验，寻找一个最佳的鸭肉天然
复合保鲜剂。
② 选因素、定水平。根据专业知识和以前研究结果，选择4个因素，每个因素
质量管理学教学案例一：田口参数实验设计
教学案例一：田口参数实验设计1 田口方法源起实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定实验方案以便对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法。
其基本思想是英国统计学家R. A. Fisher在进行农田实验时提出的。
他在实验中发现，环境条件难于严格控制，随机误差不可忽视，故提出对实验方案必须作合理的安排，使实验数据有合适的数学模型，以减少随机误差的影响，从而提高实验结果的精度和可靠度，这就是实验设计的基本思想。
在三十、四十年代，英、美、苏等国对实验设计法进行了进一步研究，并将其逐步推广到工业生产领域中，在冶金、建筑、纺织、机械、医药等行业都有所应用。
二战期间，英美等国在工业试验中采用实验设计法取得了显著效果。
战后，日本将其作为管理技术之一从英美引进，对其经济复苏起了促进作用。
今天，实验设计已成为日本企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员必备的一种通用技术。
实验计划法最早是由日本田口玄一（G. Taguchi）博士将其应用到工业界而一举成名的。
五十年代，田口玄一博士借鉴实验设计法提出了信噪比实验设计，并逐步发展为以质量损失函数、三次设计为基本思想的田口方法。
田口博士最早出书介绍他的理论时用的就是“实验计划法─DOE”，所以一般人惯以实验计划法或DOE来称之。
但随着在日本产业界应用的普及，案例与经验的累积，田口博士的理论和工具日渐完备，整个田口的这套方法在日本产业专家学者的努力之下，早已脱离其原始风貌，展现出更新更好的体系化内容。
日本以质量工程（Quality Enginerring）称之。
但是，严格来讲，田口方法和DOE是不同的东西。
田口方法重视各产业的技术，着重快速找到在最低成本时的最佳质量。
DOE则重视统计技术，着重符合数学的严谨性。
虽然学术界普遍认为田口方法缺少统计的严格性，但该方法还是以其简单实用性广为工业界所应用和推广。
先进国家对田口方法越来越重视，并且也已经取得了很好的效果。
田口方法
１．什么是田口方法田口方法是田口玄一博士在1950年代开始构筑的预防设计技术。
简单地说就是告诉工程师如何把质量设计到产品当中。
田口方法在国外被应用到各个领域，比如机械，汽车，电子，半导体，化学和医学等领域，但是在我国还却很少见。
几乎没有相关图书的出版。
许多人误解田口方法就是实验计划法或者是6σ等质量管理方法。
其实田口方法并不是质量管理方法，而是面向工程师的，能够提高产品质量和缩短开发时间的设计方法。
使用田口方法，可以提高我们产品质量，使我们的产品在各种环境下都能够安定地工作，不发生或者少发生故障。
使用田口方法，可以使工程师摆脱试行错误，用最短的时间设计出最高的产品质量，提高设计效率。
本空间主要面向大学生，企业工程师或者自学者讲解田口方法。
使工程师学会如何设计产品质量，提高我国产品在世界上的竞争能力。
２．田口方法的诞生1953年伊奈制陶公司进行了一个先驱性的瓷砖实验，这个实验被认为是田口方法的诞生。
当时，伊奈制陶从欧洲购买了一套烧制瓷砖的隧道窑。
可是烧出来的瓷砖尺寸，光泽和翘曲都不合格。
十分令人头痛。
问题的原因是隧道窑内的温度分布不均匀。
要想使温度分布均匀，就需要改造设备，就会发生巨大的费用。
不改变设备，有没有办法提高产品的质量哪？当时指导这个实验的田口玄一博士开始思考这个问题。
其结果是瓷砖100%合格，并且还降低了成本。
之后，这个方法发表在《质量管理》上，并且被译成英文，受到工程师们的极大关注。
这个方法当时在日本被称为田口式实验计划法，在海外被称为田口方法。
1993年在日本成立了品质工学会，开始被称为品质工学（质量工学）。
田口博士到底想了些什么又做了些什么，逐渐被人们所了解。
在我国田口方法的叫法比较多，但是作为一门学问和技术，我个人认为称为质量工学更为合理。
我们从实用的角度来学习田口方法。
我们首先介绍一些必要的基本概念。
1.系统田口方法的做法是把系统定量化，计算实测数据来实现系统最佳化的手法。
所以我们首先要明确田口方法所说的系统是什么。
质量改进与田口方法
网络图
n 即网络计划计数。又称统筹法，是安排 和编制最佳日程计划，有效的实施进度 管理的方法。
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质量改进与田口方法
矩阵图
n 从问题的各种关系中找出成对的要素， 在其交点上标出各因素间的相互关系， 从而从中确定关键点的方法。
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质量改进与田口方法
亲和图
n 针对某一问题，充分搜集资料，进过汇 总，按其亲和性，归纳整理资料，使问 题明确起来。
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质量改进与田口方法
二因子实验
n 包含两个因子的实验称为二因子实验， 又称为二元配置实验。按照在因子的每 个水平上有没有重复实验分为有重复二 因子实验和无重复二因子实验。
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质量改进与田口方法
正交实验设计
n 当因子个数大于3时，采用多元实验设计 方法，将出现庞大的实验规模，因此此 时可以通过正交表进行正交实验设计。
质量改进与田口方法
质量改进的管理
n 质量改进的组织工作 n 质量改进的策划
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质量改进与田口方法
质量改进的步骤
n 确定改进项目 n 调查原因 n 制定对策并实施改进 n 改进结果确认 n 保持成果 n 继续改进
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图
n 描述、整理、分析质量问题与影响质量 的因素之间关系的图，又称鱼刺图。
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质量改进与田口方法
三 实验设计
n 实验设计法是用于安排实验和分析实验 数据的数理统计方法。
n 稳健性设计：利用实验设计法合理选择 元件参数，改善产品功能目标值的稳定 性，提高产品固有质量水平并降低产品 成本的目的。
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质量改进与田口方法
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S1
2 1 2 1 1 3 3 2 High
S1
2 1 3 2 2 1 1 3 High
S1
2 2 1 2 3 1 3 2 High
S2
2 2 2 3 1 2 1 3 High
S2
2 2 3 1 2 3 2 1 High
S2
2 3 1 3 2 3 1 2 High
S3
2 3 2 1 3 1 2 3 High
噪音因子 T 温度 N 老化
Level-1
低 前
Level-2
高 后
28
参数设计
• 步骤 4: 确定可控因子及其水平
可控因子
A
表面光洁度
B
原料
C
润滑油
D
C.E.半径
E
指针半径
F
齿轮角度
G
齿轮高度
H
齿轮厚度
Level-1 低 S1 干 0.06 0.12 35 2.0 低
Level-2 高 S2 半干 0.09 0.24 45 2.5 中
n i 1
1
)
y
2 i
由数据（信躁比）的方差分析确定关于S/N的显著因子和优 化的因子水平组合。
25
参数设计的8个步骤
试验设计
1. 确定项目范围 2. 确定因变量 3. 制定噪音控制战略 4. 确定可控因子及其水平
5. 进行实验/模拟并搜集数据
试验分析
6. 进行数据分析以实现优化 7. 进行确认 8. 实施并记录结果
14
参数设计的益处
• 克服缺乏产品品质稳定性衡量指标的缺点 • 确定影响品质稳定性的关键参数，制定优化参数的战略 • 不增加成本的情况下提高品质稳定性
15
公差设计
• 对公差、原料和部件等参数的合理操作 • 一般在参数设计完毕以后进行 • 确定何种公差应该严格控制、何种应该适当宽松 • 权衡质量和成本
12 2 1 3 2 2 1 1 3
13 2 2 1 2 3 1 3 2
14 2 2 2 3 1 2 1 3
15 2 2 3 1 2 3 2 1
16 2 3 1 3 2 3 1 2
17 2 3 2 1 3 1 2 3
18 2 3 3 2 1 2 3 1
N2 (Aged)
T1
T2
(Low) (H igh)
• 田口方法在技术上被称作 “质量工程学” • 田口认为产品质量就是该产品给用户带来的损失，损失愈小，
质量愈高
9
田口（Taguchi）方法的基本思想
▪ 设质量指标为y，目标值为m，则用户损失即产品质量度量为
L K ( y m)2 EL E( y m)2
E( y Ey)2 (Ey m)2
1、系统设计 —— 对产品进行整体的系统和整个结构的设计， —— 主要由专业技术人员完成。
2、参数设计 —— 决定系统中各参数的选择，使产品的性能就既能达到目标 值，又使它在各种条件下波动小，稳定性好。
3、公差设计 —— 要使产品性能接近目标值，元件的公差应是多少为宜。
13
参数设计
• 寻找稳定性区域 • 确定不受噪音影响的优化参数设置 • 确定参数的重要性 • 设计寻求避免噪音“影响” 而非 “控制” 噪音本身 • 寻找信噪比较小的地段，而非减小噪音
S3
2 3 3 2 1 2 3 1 High
S3
3 Dry Semi-dry Oil Dry Semi-dry Oil Dry Semi-dry Oil Dry Semi-dry Oil Dry Semi-dry Oil Dry Semi-dry Oil
4 0.06 0.09 0.12 0.06 0.09 0.12 0.09 0.12 0.06 0.12 0.06 0.09 0.09 0.12 0.06 0.12 0.06 0.09
2 2
▪ 高质量的产品应该使偏离 和标准差 都小。
10
田口方法的两种形式
田口方法
离线 田口方法 (上游)
在线 田口方法 (下游)
参数设计 公差设计
反馈控制
前馈控制
硬件
软件
产品/流程优化
流程控制
11
离线 田口方法 优化
产品设计
流程设计
系统设计 参数设计 公差设计
12
田口产品设计的三个阶段
S1
4
1 2 1 1 2 2 3 3 Low
S2
5
1 2 2 2 3 3 1 1 Low
S2
6
1 2 3 3 1 1 2 2 Low
S2
7
1 3 1 2 1 3 2 3 Low
S3
8
1 3 2 3 2 1 3 1 Low
S3
9
1 3 3 1 3 2 1 2 Low
S3
2 1 1 3 3 2 2 1 High
49
42
40
9 1 3 3 1 3 2 1 2 36
32
28
22
10 2 1 1 3 3 2 2 1 39
30
17
10
11 2 1 2 1 1 3 3 2 33
28
11
0
12 2 1 3 2 2 1 1 3 37
33
22
18
13 2 2 1 2 3 1 3 2 43
39
28
0
14 2 2 2 3 1 2 1 3 31
选出最佳设置。
18
2、噪声因子分析
噪音 = 偏差度 噪音因子 :引发系统差 异的因子，我们既无法 控制，或因为成本过高 不去控制
对社会造成损失
与重要特征的目标 值之间产生偏离
产生噪音的因子
外部噪音 • 环境 (制造商/用户/温度)
19
内部噪音
• 恶化 • 老化
产品间噪音 • 部件间差异 (加工)
3、内外表设计 ▪设计内表 —— 根据可控因子的个数和水平数，选择合适的 正交表，称为内表；（一般不考虑交互作用） ▪设计外表 —— 根据躁声因子的个数和水平数选择合适的正 交表，称为外表； ▪由内、外表结合确定试验组合，进行试验并记录试验结果；
田口方法
1
2
3
4
田口(Taguchi)参数设计
目标: 了解Taguchi参数设计方法、掌握如何在具体实践中应用
主要内容: • Sony的故事 • 田口设计有关概念 • 田口设计的步骤
5
SONY电视机
日本制造 美国制造
70年代的故事
• 电视机的性能指标之一： • 电视机的彩色浓度：y • 目标值：m，允许偏差为±5 • 公差范围：{m-5,m+5} • 由此判定该机的彩色浓度合格， • 否则判为不合格 • 两地的产品都是合格产品 • 70年代末美国消费者更愿意购买日产
i
S
N
10log( yi 2 ) si 2
其中：
n
yi
1 n
n
yij , si2
j 1
( yij yi ) 2
j 1
n 1
（ 注：信躁比越大则波动越小 ）
24
信躁比计算 望小特性：
i
10 log( 1 n
n i 1
y
2 i
)
望大特性：
i
10 log( 1 n
外表
22
4、响应变量目标设置形式
（1）指定目标值（望目） • 尺寸 • 间隙 • 粘度
（3） 越大越好（望大） • 强度 • 生命 • 燃料功效
（2） • • •
越小越好（望小） 磨损 收缩 变质
（4） • • • •
分类特征 外观 味道 好/坏 级别 A/B/C/D
23
5、信躁比计算
望目特性：
20
内、外表结合例（ 内表 L18（2X37））
外表
内表
21
ABCDEFGH
N1 (New)
N2 (Aged)
1 2 3 4 5 6 7 8 T1 (Low) T2 (High) T1 (Low) T2 (High) Mean
1 1 1 1 1 1 1 1 1 42
40
33
23
2 1 1 2 2 2 2 2 2 37
2.5
L
55
3.0
M
35
2.0
H
35
3.0
M
45
2.0
H
55
2.5
L
55
2.0
M
35
2.5
H
45
3.0
L
31
正交性
A B CD E F GH 12345678 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Result-1 2 1 1 2 2 2 2 2 2 Result-2 3 1 1 3 3 3 3 3 3 Result-3 4 1 2 1 1 2 2 3 3 Result-4 5 1 2 2 2 3 3 1 1 Result-5 6 1 2 3 3 1 1 2 2 Result-6 7 1 3 1 2 1 3 2 3 Result-7 8 1 3 2 3 2 1 3 1 Result-8 9 1 3 3 1 3 2 1 2 Result-9 10 2 1 1 3 3 2 2 1 Result-10 11 2 1 2 1 1 3 3 2 Result-11 12 2 1 3 2 2 1 1 3 Result-12 13 2 2 1 2 3 1 3 2 Result-13 14 2 2 2 3 1 2 1 3 Result-14 15 2 2 3 1 2 3 2 1 Result-15 16 2 3 1 3 2 3 1 2 Result-16 17 2 3 2 1 3 1 2 3 Result-17 18 2 3 3 2 1 2 3 1 Result-18