稳健性设计——当今世界质量管理的最新趋势，本文主要内容关键词为：稳健论文,当今世界论文,质量管理论文,趋势论文,最新论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
传统的设计思想认为：只有质量最好的元器件（零部件）才能组装成质量最好的整机；只有最严格的工艺条件才能制造出质量最好的产品。总之，成本越高，产品的质量越好，可靠性越高。
自本世纪七十年代，世界上技术先进国家已开始以一种全新的设计概念取代了传统的设计思想。这种新的设计概念是采用最低廉的元器件组装成质量最好、可靠性最高的整机；采用最宽松的工艺条件加工出质量最好的产品。在国际市场上占有最大份额的日本电器产品以及美国三大汽车公司、施乐公司等便是在这种设计概念下取得了最好的技术经济效果，在降低成本，放宽工艺要求的条件下制造出高质量的产品。
一、高质量、高可靠性的实质
产品高质量、高可靠性的实质在于：在各种使用条件下，产品的输出性能始终稳定在规定的技术指标中心值，即满足以下两个要求：
①输出性能的平均值与技术指标中心值一致；
②输出性能的实际值与中心值的差异——即波动——越小越好。
产品输出性能的波动主要来源于三种干扰：
①元器件（零部件）的制造差异，差异越大，价格越低廉。元器件的差异造成的输出特性波动称为产品间干扰；
②使用环境的干扰，如温度、湿度、电源电压造成产品输出性能的波动，这种干扰称为外干扰；
③元器件随时间推移形成的老化、劣化、磨损等造成产品输出性能的波动称为内干扰。
产品对上述三种干扰的抵制能力越强，稳健性越好、质量和可靠性越高、成本越低。产品对三种干扰极不敏感的特性称为产品的稳健性。稳健性是产品开发和工艺开发追求的目标。
二、实现低成本、高质量、高可靠性的有效途径——稳健性设计
最新的设计概念认为：使用最昂贵的高等级、一致性最好的元器件并不一定能组装出稳健性最好的整机，成本最高，并不一定质量最好。产品抗干扰能力的强弱主要取决于各种设计参数（因素）的搭配。设计参数搭配不同，输出性能的波动大小不同，平均值也不同。稳健性设计的功效在于帮助设计人员找到一组最佳的产品或工艺设计参数，使产品在最低廉的成本条件下（或最宽松的工艺条件下），达到输出性能最高地稳健性。
稳健性设计将传统的设计程序改为按三个阶段进行定量优化的所谓“三次设计”的概念：
一次设计：又称系统设计。是指对规划的产品所进行的功能模型系统设计，一般是指产品雏型或样机设计阶段的工作。对工艺设计而言，是指工艺流程设计。该阶段在产品开发中占有重要地位，但主要依靠工程技术人员运用其专业知识完成。稳健性设计方法在系统设计中并未发挥作用。
二次设计：又称参数设计。参数设计是三次设计的核心，是实现低成本、高质量、高可靠性的最有效阶段。在该阶段采用三级品通过科学试验和对试验数据的定量统计分析，找出成本最低、稳健性最好的参数中心值组合。在传统设计中，一般不经过参数设计阶段而直接凭经验或专业知识确定参数的中心值和容差，对比参数设计，其结果成本高、质量不稳定。
三次设计：又称容差设计。在参数设计阶段，基本解决了产品成本与质量之间的矛盾。即基本达到各元器件（参数）均采用三级品，而输出功能最稳健的目的，假若产品质量功能的波动范围已满足了用户的需要；元器件容差则可确定为三级品容差；若不能满足用户的需求，此时，只有通过压缩干扰因素的波动范围来解决，如缩小参数的容差——以一、二级品代替三级品、加严工艺条件、采用高精度设备、严格产品使用环境条件等。然而容差的压缩势必会带来成本的提高，解决这一矛盾的方法是在总损失最小的原则下权衡利弊，采取最佳决策。
总之，稳健性设计是通过一套科学的参数设计、容差设计和功能评价方法，在无需对产品增加额外补偿装置、增加成本甚至减少成本的情况下，达到产品的最高质量与可靠性。
三、稳健性设计的产生及国内外应用现状
稳健性设计是日本著名学者田口玄一博士于本世纪七十年代初期创立的质量管理新技术。它是一种最新颖、科学、有效的稳健性优化设计方法，田口的理论与方法不仅受到日本，同时受到欧美各国应用统计学家、质量管理学家和企业界人士的关注，并在工程实际中得到广泛应用。美国人将田口的理论与方法称为“田口方法”。
据资料介绍，日本数百个公司每年应用田口方法完成十万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质量。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、畅销不衰的奥妙之一；是日本经济腾飞的秘诀，是日本的成功之道。
田口方法于80年代初引入美国，首先在福特（Ford）公司获得成功并引起轰动。“日本工业新闻”曾以“田口方法轰动美国”为题，作出如下报道：“福特公司1986 年的效益超过世界最大的通用汽车公司。 1987年销售额达716亿美元，税后利润为46.2亿美元， 是过去的最好成绩，福特公司跃进的秘密武器就是田口方法。福特公司在汽车车体、雨刷、热交换器、燃料供给系统、离合器、引擎及其控制系统、传动用齿轮、挡风雨用塑胶条的设计以及喷漆等工艺过程运用田口方法取得了显著成效。
美国通用汽车公司十分重视田口方法在设计中的应用。“通用汽车工程管理院”专门设置了田口方法的课程。公司认为：田口方法与可靠性技术具有同等重要的意义。
目前，田口方法在美国工业界已得到越来越广泛的应用，许多大公司的“设计规程”中明确提出设计人员在设计过程中必须采用田口的稳健性优化设计方法。否则在技术评审中难以通过。美国波音公司已采用田口方法成功地进行了飞机尾翼的设计。美国国家航空航天局（NASA）从1994年开始，计划用3－4年时间推行田口方法，从对高级领导人进行培训、转变观念入手，并首先在航天飞机燃料贮箱设计中应用。美国每年完成的案例在5000个以上。1986年美国应用田口方法的经费节约额达900 万美元。据麻省理工学院调查，美国70%以上的工程技术人员了解田口方法。
美国田口方法的主要推广机构是ASI（美国供应商协会）， 它是世界级著名的从事田口方法等质量工程技术培训、咨询机构。其总部设在底特律，并在加拿大、墨西哥、巴西、英国、法国、德国等国家设有分部。ASI每年在福特公司的咨询工作达2－3个月。自1983年开始，ASI每年召开一次田口方法成果发表会。ASI虽为非盈利机构， 但其收益相当可观，在美国有广阔的咨询市场，其解决问题的方法已得到美国有关公司的认可。
田口方法于1980年引入我国，并首先在机械工业得到研究与应用。自1985年，兵器工业大力推广应用田口方法，已取得具有显著成效的案例200多项，可计算的经费节约额达2000多万元。
由于世界范围内高技术产业的兴起和社会生产力的迅速发展，国际市场竞争的焦点已开始由价格的竞争转向质量的竞争。市场竞争的严峻形势迫使每个企业重新考虑其经营战略。工业界的质量意识空前提高，开始制定以顾客需求为中心的质量战略和以质量管理为根本内容的经营战略，注重加强研制阶段的质量设计与质量分析。稳健性设计技术不仅可以使企业以最快的开发速度，最低的开发成本，最稳健的开发质量满足顾客的现实需求和潜在需求，从而获得最良好的经济效益，同时，也是跻身于世界级公司的必由之路。