第五章 面向质量的设计-3-参数设计
三次设计
水平
c)
水平
1
2
3
d)
水平
面向质量的设计—参数设计
参数设计案例
平均牵引力
21.0 20.0 19.0 18.0 1 2 3
平均牵引力
21.0 20.0 19.0 18.0
a) 平均牵引力
21.0 20.0 19.0 18.0 1 2 3
水平 平均牵引力
21.0 20.0 19.0 18.0
1
2
3
b)
主导思想不同 传统设计方式是被动应付式的，只有当产品的 问题暴露出来后才着手解决。而三次设计方式 则通过采取各种手段，把可能出现的问题消灭 在“萌芽”状态，从根本上提高了产品的质量 和可靠性。 产生的经济效益和社会效益不同
参数设计
在产品质量的形成过程中，由于受到很多 因素（如人员、机器、材料、方法、环境 等）的影响而发生波动，在设计过程中就 需要考虑这些因素的影响，并尽量减小其 影响，使产品的质量特性对这些因素的变 化不敏感，即提高产品质量特性的健壮性 。 参数设计从设计质量工程的角度保证产品 的质量性能，同时提高产品质量对外界干 扰的抵抗力，使得所设计的产品（或工艺 ）无论在制造和使用中当结构参数产生偏 差，或是在规定寿命内结构发生老化和变 质时都能保持产品性能稳定。
面向质量的设计—容差设计
容差设计 质量波动损失 异常波动损失，质量特性值的波动超出容差范 围而造成不合格品流入市场或报废给用户和社 会带来的损失。 正常波动损失，质量特性值的波动未超出容差 范围生产出合格品出厂供应市场给用户和社会 带来的损失
质，产品不满足规范要求会造 成损失，产品满足规范要求也会造成损失，只有 当产品质量特性严格处在目标值时的产品损失为 零。 随产品质量特性偏离，损失呈二次函数增长。
面向“X”的设计DFX
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第七章 面向“X”的设计DFX
§7.1 概 述
DFX包括的内容：
面向制造的设计 面向装配的设计 面向维修的设计 面向回收的设计 面向质量的设计 面向成本的设计 面向包装运输的设计 面向测试的设计 面向后勤服务的设计 面向环境的设计
4
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第七章 面向“X”的设计DFX
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第七章 面向“X”的设计DFX
§7.3 面向拆卸的设计 2 面向拆卸的设计准则
与结构有关的原则 结构尽量采用简单的连接方式，尽量减少紧固件数量，统一紧固件类型， 并使拆卸过程具有良好的可达性及简单的拆卸运动。 易于拆卸原则 易于分离原则
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第七章 面向“X”的设计DFX
33
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第七章 面向“X”的设计DFX
§7.3 面向拆卸的设计
2 面向拆卸的设计准则
面向拆卸的设计准则就是为了将产品的拆卸性要求及回收约束转化为具体 的产品设计而确定的通用或专用的设计原则。 ✓拆卸工作量最少原则 ✓与结构有关的原则 ✓易于拆卸原则 ✓易于分离原则 ✓产品结构可预估性准则
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第七章 面向“X”的设计DFX
§7.3 面向拆卸的设计
✓面向拆卸的设计及其特点 ✓面向拆卸的设计准则 ✓产品拆卸信息描述 ✓面向拆卸的设计评价
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第七章 面向“X”的设计DFX
§7.3 面向拆卸的设计 1 面向拆卸的设计及其特点
废弃产品的零部件经过维修和废弃产品的材料经过一定的再生技术都可以 被再利用，这就要求这些产品便于拆卸，面向拆卸设计（DFD：Design For Dsiassembly）的设计思维和方法应运而生。 拆卸的定义是：从产品或部件上有规律地拆下有用的零部件的过程，同时 保证不因拆卸过程而造成该零部件的损伤。
参数化设计基础知识点总结
参数化设计基础知识点总结参数化设计是一种将设计中的关键参数与其他设计要素相连接的方法。
通过调整这些参数，可以在不改变整体结构的情况下，灵活地修改和调整设计的各个方面。
本文将对参数化设计的基础知识点进行总结，包括参数化设计的定义、优势、关键要素以及实际应用案例等方面。
一、参数化设计的定义与优势参数化设计是一种基于参数的设计方法，通过明确定义和调整设计中的关键参数，实现对设计的灵活修改和调整。
与传统的固定设计相比，参数化设计具有以下优势：1. 灵活性：通过调整设计中的参数，可以根据不同需求进行个性化的设计，提高设计的适应性和灵活性。
2. 高效性：参数化设计可以减少设计过程中的重复工作，通过修改参数快速生成新的设计方案，提高设计效率。
3. 可控性：通过参数化设计，可以将设计过程中的关键参数与其他设计要素相连接，实现参数的自动联动和控制，确保设计的整体性和一致性。
二、参数化设计的关键要素参数化设计需要明确定义和控制设计中的关键参数，同时需要建立参数与其他设计要素之间的关联。
以下是参数化设计的关键要素：1. 参数定义：明确设计中的关键参数，包括尺寸、角度、比例等，为后续的参数化调整和关联提供基础。
2. 参数关联：建立参数与其他设计要素之间的关联关系，确保参数的调整能够影响到整体设计，实现参数的传递和联动。
3. 参数调整：通过修改参数的数值，实现对设计的灵活调整和修改，尝试不同参数组合下的设计方案。
4. 参数控制：控制参数的范围和取值，确保设计的合理性和可控性，避免出现无效或不可行的设计方案。
三、参数化设计的实际应用案例参数化设计广泛应用于各个领域的设计中，以下是一些实际应用案例的介绍：1. 建筑设计：参数化设计在建筑设计中的应用较为常见，可以通过调整参数快速生成不同形状和尺寸的建筑方案，提高设计效率和灵活性。
2. 产品设计：参数化设计可以应用于产品的形状设计、结构设计等方面，通过调整参数实现产品的个性化设计和快速迭代。
参数化课程设计
参数化课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握参数化设计的基本概念，理解其在工程设计中的应用；2. 使学生能够运用参数化设计方法，对简单物体进行建模和修改；3. 帮助学生了解参数化设计在各个学科领域的实际案例，提高跨学科综合运用能力。
技能目标：1. 培养学生运用参数化设计软件进行建模和修改的能力；2. 提高学生利用参数化设计方法解决实际问题的能力；3. 培养学生的团队协作和沟通能力，能够就参数化设计方案进行讨论和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对参数化设计的兴趣，激发创新意识；2. 引导学生认识到参数化设计在现实生活中的重要性，提高社会责任感；3. 培养学生勇于尝试、不断探索的精神，形成积极的学习态度。
本课程针对五年级学生特点，结合参数化设计的课程性质和教学要求，制定具体、可衡量的课程目标。
通过本课程的学习，学生将能够掌握参数化设计的基本知识和技能，形成跨学科综合运用能力，并在实践中培养创新精神和团队协作能力。
为实现课程目标，后续教学设计和评估将围绕具体学习成果展开。
二、教学内容1. 参数化设计基本概念：介绍参数化设计的定义、特点和应用领域，结合课本第二章内容，让学生了解参数化设计的基本思想。
2. 参数化设计工具与软件：讲解常见的参数化设计工具和软件，如SketchUp、Rhino等，结合课本第三章，使学生掌握软件的基本操作和功能。
3. 参数化建模方法：通过实例分析，教授参数化建模的基本方法，包括建立参数、构建关系、生成模型等，参考课本第四章内容，让学生学会运用参数化方法进行建模。
4. 参数化设计案例解析：分析参数化设计在不同领域的实际应用，如建筑设计、工业设计等，结合课本第五章，提高学生的跨学科综合运用能力。
5. 参数化设计实践：安排学生进行小组合作，运用所学知识完成一个简单的参数化设计项目，巩固和拓展课堂所学内容，培养学生的团队协作能力和实际操作能力。
6. 参数化设计优化与评价：教授如何对参数化设计方案进行优化和评价，结合课本第六章，让学生学会从多个角度对设计方案进行分析和改进。
第3章 面向质量的设计1 三次设计
三次设计的重点是参数设计，也称为稳健设计。
（一）系统设计（第一次设计）
1、利用专业知识和技术规划产品，研究和开 发，设计整个系统的结构和功能； 2、建立产品质量特性和各参数的关系，有可 计算和不可计算数学模型； 3、确定产品技术参数，输出产品总图、零件 图，预选材料和元器件。
（二）参数设计（第二次设计）
L(y) L=ky2 A0 0 Δ y
望小特性的损失函数
L(y)
望大特性的损失函数 望目特性的损失函数
A0 0 Δ y
注意：回收率、合格率、效率却不是望大特性。因为
他们的最大值是100％。
（2）动态质量特性
——指的是随条件变化，目标值也变化，为了实 现客户变动的意志，通过发出相应信号或改变条件而改 变输入值，希望系统的输出特性随着信号和条件变化而 变化，而且波动要小的质量特性。如汽车的操纵性。 动态特性的例子 ⑴ 空调的温度就是该产品的动态特性。有人希望把房间 温度调节到20℃，也有人希望调节到25℃。不管人们需要什 么温度，空调器都能使温度稳定在人们需要的温度上； ⑵ 汽车速度有时需要快（50公里/小时），有时又需要 慢（20公里/小时）。速度是汽车的一个动态特性。司机给一 个50公里的信号，汽车的速度就要稳定在50公里上； ⑶ 测量仪器(如电压表、温度计、磅秤等)的测量值也是 动态特性。磅秤能称1公斤的物体，也能称5公斤的物体。总 之它能在一定的重量范围(0.05～20公斤)内准确计量。
2、质量损失函数（Quality
Loss Function）
产品功能波动： ——各种干扰因素的存在，使得产品功能 的波动是客观存在的。有波动就会造成社 会损失。 质量损失函数——定量表述产品功能波动 与此波动所造成的社会损失之间关系的函 数。 质量损失函数主要用于容差设计中。
【学习课件】第五章 质量功能展开
工 艺 设 计
1:10
生 产 过 程
1:1
故 障质
量
量 提 高
成 本 下 降
返 修
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7
§5.2 质量功能展开原理
目前尚一个没有统一的QFD定义。但对QFD 的一些认识是共同的。
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8
一、QFD的定义
1. QFD的最显著的特点是要求企业不断地倾听顾 客的意见和需求，并通过合适的方法、采取适 当的措施在产品形成的全过程中予以体现这些 需求。
过程技术要求) →统计过程控制(重要、困难和新
的过程控制参数)。
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17
QFD瀑布式分解模型
3. 按顾客需求 （分解为4个质量屋矩阵） →产品需求 →零件特性 →工艺步骤 →工艺及质量控制参数。
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18
QFD瀑布式分解模型
4. 按顾客需求 （分解为6个质量屋矩阵） →工程技术特性 →应用技术 →制造过程步骤 →制造过程质量控制步骤 →在线统计过程控制 →成品的技术特性，
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19
三、QFD的分解步骤
顾客需求是QFD最基本的输入。顾客需求 的获取是QFD实施中最关键也是最困难的工作。 要通过各种先进的方法、手段和渠道搜集、分 析和整理顾客的各种需求，并采用数学的方式 加以描述。
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20
1.确定顾客的需求
由市场研究人员选择合理的顾客对象，利 用各种方法和手段，通过市场调查，全面收集 顾客对产品的种种需求，然后将其总结、整理 并分类，得到正确、全面的顾客需求以及各种 需求的权重(相对重要程度)。在确定顾客需求 时应避免主观想象，注意全面性和真实性。
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QFD在产品规划过程中要完成的任务
第5章面向质量的设计1
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第5章面向质量的设计1
n 据资料介绍，日本数百家公司每年应用田口 方法完成10万项左右的实例项目研究，在不 增加成本的情况下，大大提高了产品设计和制 造质量。
n 田口的稳健性设计方法被日本人作为日本产 品打入国际市场并畅销不衰的奥妙之一；是日 本经济腾飞的秘诀和成功之道。
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n 在日本，由于广泛采用三次设计，产生了巨大的经济 效益。田口玄一曾为新日本电器公司生产的彩色电视 机的稳压电源进行了参数设计，每年能增加收入67亿 日元。
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第5章面向质量的设计1
n 据称，日本80%的质量改进收益是由田口法带来的。 而日本的质量改进使美国的许多行业叹服不已，所 以田口法在上世纪八十年代初引入美国。首先在 FORT公司获得成功并引起轰动。之后，施乐、ITT、 波音等公司应用取得实效。之后，田口法在国际质 量学术界获得公认并进入质量工程领域的教科书。 据MIT调查，70%以上的美国工程技术人员均了解 田口法。
•屋顶
•顾
客
需
求
•技术评估
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•质量屋
•关 系 矩 阵
•竞
争
•屋顶
分
析
•技术特 性
•顾
•竞
客 需
•关系矩阵
•争 •分
求
•析
•技术评估
第5章面向质量的设计1
n 从另一角度讲，QFD可以视为一个由 产品规划、零部件设计、工艺规划和 生产计划等四个阶段组成的系列过程：
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第5章面向质量的设计1
n 基本工具是质量屋。
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第5章面向质量的设计1
质量屋的概念
n 质量屋（House of Quality）是一种直观的矩阵框架 表达形式，是QFD方法的工具。通常的质量屋如下页 图所示，其由以下几个广义矩阵部分组成：
课程设计的参数
课程设计的参数一、教学目标本课程的教学目标是让学生掌握学科基本概念、原理和方法，培养学生解决实际问题的能力，提高学生的科学素养。
知识目标：学生能够掌握核心概念，理解基本原理，并能够运用到具体问题中。
学生能够列举出本章节的主要知识点，并理解其内在联系。
技能目标：学生能够运用方法与技能，进行有效的问题解决。
例如，学生能够通过实验、观察等方式，验证某个科学理论。
情感态度价值观目标：学生能够培养对学科的兴趣和好奇心，形成积极的探究态度。
学生能够理解科学对社会的重要性和价值，培养科学的责任感。
二、教学内容根据课程目标，本章节的教学内容主要包括基本概念、原理和方法的学习，以及实际问题的解决。
教学大纲：本章节的教学大纲将按照概念介绍-原理讲解-方法学习-问题解决的顺序进行安排。
具体内容包括：1.概念介绍：介绍核心概念，解释相关术语。
2.原理讲解：讲解基本原理，并通过实例进行说明。
3.方法学习：教授解决问题的方法与技巧，并进行实际操作演示。
4.问题解决：通过案例分析和实际问题，让学生应用所学知识和方法进行解决。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法。
1.讲授法：教师通过讲解和演示，系统地传授知识，帮助学生建立科学的概念和理论体系。
2.讨论法：鼓励学生积极参与讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神。
3.案例分析法：通过分析实际案例，让学生将理论知识运用到具体问题中，提高问题解决能力。
4.实验法：通过实验操作，让学生亲身体验科学的过程，增强实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：选用权威、系统的教材，作为学生学习的基础。
2.参考书：提供相关的参考书籍，帮助学生深入理解课程内容。
3.多媒体资料：利用多媒体课件、视频等资料，生动展示科学原理和实验过程。
4.实验设备：准备实验所需的器材和设备，让学生能够进行实际操作。
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10
10
9 8
8
A1
A2
A3
B1
B2
B3
13
16
12
15
14
11
13
10 9
C对信噪比 12
影响小
11 10
9
8
8
C1
C2
C3
D1
D2
D3
因子效率
23
22
21
20 19
18
A1
A2
选取最大
31
的效率
26
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16
11
C1
C2
最优化设计 A3B3C3D1
25
23
21
19
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A3
B1
B2
B3
26
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16
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B2
11
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B3
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C1
12
11
C2
11.5
20
C3
12.5
29
D1
15
24
D2
12.5
21
D3
8.5
15
输出
输入
• 把因子的列作为“X 轴”数据系列，在 线图上点出数据。
• 理想参数对二者影 响不同时，通常先 考虑信噪比。
因子信噪比S/N点图
16
18
15
16
14
13
14
12
12
11
试验结果 (分数)
S/ N
1 40
150
…
…
2 40
155
…
…
3 40
160
…
…
4 42
…
125
…
5 42
…
130
…
6 42
…
120
…
7 44
…
…
85
8 44
…
…
90
9 44
…
…
80
信噪比的均值会显示出控制因子A在水平1的影响
信噪比S/N，值
因子 S/N
A1
10
19
A2
14
21
A3
15
22
B1
正交表
A）日本著名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平 组合成一套规格化的表格，称为正交表，来合理安排 实验。
B）用一套程序化的计算方法分析实验结果——极差分析 法、方差分析法。找出因数影响质量指标的程度。
C）综合分析得出最佳水平组合，即最佳方案，并可估算 最佳实验结果。
D）找出进一步改进产品质量的试验方向和趋势。
11
C3
D1
D2
D3
最优化设计组合A3B3C3D1
• 不一定是正交表中的组合，这恰恰体现了正 交试验的优势；
• 容差设计时在完成系统设计和参数设计（即 在已确定零部件参数）的基础上进行。
• 容差设计，在最佳参数水平组合条件下确定 各参数的合理容差，以减少成本和质量的波 动，提高稳健性。
详见6概念章节
某些因素既是可控因素也是误差因素，如：电阻。
2.3 参数设计内容
• 选择最佳参数值 • 减少各种干扰因素间的干扰性
三、静态质量特性
质量特性分为静态质量特性和动态质量特性。
3.1 静态质量特性 具有单一目标值的质量特性,它分为计量和计
数两大类。计量特性又可分为望目、望小和望大 特性。
高度差45
L(y) A0
考虑标示因素的目的：
不在于选取其最佳水平，而是研究其与可控 因素之间是否存在交互作用，从而确定最佳方案 的使用范围。
2.2.3 区组因素
是指持有水平，但在技术上不能指定其水平，同 时在不同时间、空间还可以影响其它因素的因素。
如：进行加工某零件或实验时，由不同操作人员、 不同班次、不同的设备、使用不同原料批号等。这些 操作人员、班次、设备、原料批号等就是区组因素。
1.3 参数设计的实质 利用产品输出特性和元件参数之间的非线
性效应，通过选择最佳参数值，使输出值对各 种干扰不敏感。见教材121页。 • 与参数设计有关的两个主要概念就是质量波动 和干扰因素。
二、质量波动和干扰因素
2.1 质量波动 产品功能这个质量特性y与目标值m之间的差异。
2.2 干扰因素分类 2.2.1 可控因素 2.2.2 标示因素 2.2.3 区组因素 2.2.4 信号因素 2.2.5 误差因素
L=ky2
0
Δ
y
望小特性的损失函数
L(y)
望目特性的损失函数
A0
0望大特性的损失Δ 函数 y
3.2 动态质量特性
——指的是随条件变化，目标值也变化，为了实现客 户变动的意志，通过发出相应信号或改变条件而改变输入值， 希望系统的输出特性随着信号和条件变化而变化，而且波动 要小的质量特性。
动态特性的例子 • 空调的温度就是该产品的动态特性。有人希望把房间温度
和灵敏度；
（5）外表的统计分析 以信噪比最大为目标，进行方差分析，确定各因素的
影响显著性，寻找稳定因子。以灵敏度为目标进行方差分 析，确定调节因子；
（6）确定最佳参数组合 直观法：根据信噪比的大小直接进行判断； 计算法：选择稳健因子最佳水平组合，计算后，适当调整
调节因子进行优化，使接近目标值。
静态特性参数设计程序图
（1）正交表的结构
正交表是一套有规律的、按顺序排列的、规则的设 计表格，是正交试验的工具。最简单的正交表如下表所 示。
L4 (23 )表
正交表中代号的含义：
L——正交表符号
p——正交表的列数，即采用本 表进行试验，最多可安排的因素 数
Ln (q p )
n——正交表的行数，即需 进行的试验次数
q——每个因素所含有的水 平数
第五章 面向质量的设计
第三节 参数设计
一、基本思想和目的
1.1 基本思想——运用正交试验法或优化方法确定 零部件参数的最佳组合，使系统在内、外因素作 用下，所产生的质量波动最小，即质量最稳定 （健壮）。
1.2 目的——根据系统设计中所确定的所有参数， 通过多因素的优选方法来考察三种干扰（内干扰、 外干扰、产品间波动）对系统质量特性的影响， 寻求最佳的参数组合，以求得抗干扰性最佳的设 计方案，使系统质量特性波动小、稳健性好，并 价格低廉。
试验设计之正交试验
Design of Experiment— Orthogonal Array Design
试验设计的分类
（1）单因素实验设计——0.618法、对分法、均分法、
分数法等。 （略）
（2）多因素实验设计
有交互作用
多因素
单指标
水平数相等 无交互作用
水平数不相等
多指标
正交试验设计
对因素很多的试验则采用均匀设计方法进行
5.6 相关的几种因素 • 稳定因素——对信噪比有显著影响的因素 • 调整因素——对敏感度影响显著的因素 • 次要因素——对信噪比、敏感度影响不显著因素 • 关键因素——对信噪比、敏感度影响均显著因素
5.7 可计算性参数设计主要步骤
例题：第135页
（1）确定因素及分类，制定因素水平表
确定可控因素、标示因素及误差因素（噪声因子及其 水平；
DFSS是在低成本的情况下，满足客户对产品的质量/性 能的期望。 DFSS focuses on meeting ”Customer’s”
expectations of Quality/Performance at low cost.
四、望目特性的参数设计
5.1 参数设计的内容 ※ 考虑各种影响因素，选择最佳的参数组合，
使产品对各种干扰不敏感 ※ 研究各种因素之间的干扰特性，并加以控制
5.2 望目特性信噪比 见第144页
5.3 望目特性 ——存在目标值m，期望质量特性y围绕目标值m波动，
且波动越小越好，则y称为望目特性。
5.4 信噪比与灵敏度
2.2.5 误差因素
是指除了以上四种因素以外的、对产品的输出 特性值有影响的所有因素的总称。
内干扰
外干扰
物品间干扰
考虑误差因素的目的：
误差因素是客观存在的。考察其的目的是为了 减少误差因素对产品输出特性的影响。在误差因素 的选取时，应选择主要的误差因素进行分析。
外干扰（外噪声）：是指当产品使用时，由于 使用条件和环境条件变化所引起产品输出特性 的波动。如温度、电压、操作者等。
LSL
传统质量 1 1 1
USL 6质量
2 2 2 2 2 2
顾客决定
下规格限
目标值
上规格限
38
案例作业 1. 二人为一组； 2. 假设一个题目（洗衣液、饮料、笔、手机、自行车、
自命题）； 3. 确定参数因子和水平； 4. 选取正交表，确定试验次数； 5. 小组讲述。
什么是六西格玛设计？ Design for Six Sigma (DFSS)?
• 信噪比（S/N比）源于通信领域，是指信号S的功 率与噪声N功率之比。在望目特性问题中把指标 均值的平方 2 看作信号的功率，噪声的功率就 是y的方差 (Ey)2 2 ,于是望目特性的信噪比的定 义为：
SN比
信号的功率 噪声的功率
2 2
• 信噪比可用来度量波动的大小，信噪比愈大，波动愈小。 • 田口博士在参数设计中引入了信噪的概念，认为在产品设计
2.2.1 可控因素
以改进产品质量，减少质量波动为目的，在一 定范围内可自由选择其最适宜水平的因素。
如：时间、温度、浓度、材料的种类、切削速度、 加工方法等。
2.2.2 标示因素
是指维持环境、使用条件等因素，其水平在技 术上可指定，但不能选择和控制。