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永乐国际第12章_田口品质工程 (品质特性分静态、

  第12章_田口品质工程 (品质特性分静态、动态,静态又分:望目特性、望小特性、望大特性)_建筑/土木_工程科技_专业资料。習題解答 1. 試詳述品質特性區分為幾大類? 【解答】:田口博士將產品品質特性區分為靜態特性與動態特性兩大 類,再將靜態特性區分為三種: 一、靜態特性 1. 望目特性(Nominal the Be

  習題解答 1. 試詳述品質特性區分為幾大類? 【解答】:田口博士將產品品質特性區分為靜態特性與動態特性兩大 類,再將靜態特性區分為三種: 一、靜態特性 1. 望目特性(Nominal the Best;NTB) 此類產品品質特性,皆有一特定的目標值,當產品品質特性偏離 此目標值時,即造成社會的損失,例如:最理想之能量輸出為電 壓12V,而這12V即為目標值。 2. 望小特性(Smaller the Better;STB) 品質特性值越小越好的特性,此類產品品質特性,其品質特性的 理想值為零,例如:I.C之封膠過程中歪線率希望為零,故其為 望小特性。 3. 望大特性(Larger the Better;LTB) 品質特性值越大越好的特性,此類產品品質特性,其品質特性的 理想值為無限大(然在實際工程中不可能發生),例如:I.C之 拉力值,期望其在拉力測試中不會斷線,即拉力值為無限大,此 為望大特性。 二、動態特性 品質特性除了具有靜態特性之特質外,還包含有「輸入特性」。此 輸入因子,又稱信號因子(Signal Factor),信號因子可分為主動信號因子 與被動信號因子,主動信號因子是指藉由人或機械等的主動操作,被動 信號因子是由於環境條件的變化所導致,用以測試當外加輸入進入靜態 系統中,對整個系統之影響。由於外加之輸入值的變化,使得輸出值發 生變化的特性,亦即輸出值有時需調整並不固定,所以稱其為動態特 性。例如:腳踏車的速度是根據腳踏車踏板的次數多寡,而將車速朝理 想值做變化的特性,在動態特性方面,輸出與信號因子之間存在著一種 數學函數關係,例如,,其中為輸出值,為信號因子輸入值。 2. 2. 某機械零件之規格公差為,若不合格時,則更換此零件,若其平 均成本為200元,試求出此零件的損失函數。 【解答】:損失函數 因 所以 我們可得到 故損失函數 3. 什麼是穩健設計?試詳述之。 【解答】: 穩健設計(Robustness Design),是田口品質工程的精華及核心技 術,也是田口博士所提倡的品質工程的最大貢獻。係繼系統設計 (System Design)之後應進行的品質提昇技術。其後若產品品質水準仍 不滿足時,才進行公差設計(Tolerance Design)。參數設計之基本原理 是當設計產品或製程時,將可控因子與雜音因子分開,找出一組可控因 子的最佳水準組合對雜音因子的敏感度最低。其基本手法是將品質特性 值轉換成S/N比,利用S/N比的特性,找到變異數小而品質特性的平均值 位於目標值上的設計。圖12-8為田口先生的品質工程的三大設計階段。 一.系統設計(System Design): 應用工程知識和設計經驗,選擇最佳新產品架構或製程技術,以達到 產品穩健性,及降低產品變異與生產成本之目的。 二.參數設計(Parameter Design): 決定最佳控制因子水準的組合以達到產品穩健性設計,以降低品質變 異使品質損失最小,而在降低成本的考量下,產品各控制因子的允差範 圍可以考慮使用較寬之範圍,並同時使用次級品的原料或配件。 1. 利用非線性關係把變異縮小。 2. 利用線性關係把品質特性的平均值調整到目標值上。 三.公差設計(Tolerance Design): 主要在參數設計階段,產品品質仍未達到規格的要求,此時才考慮使 用較高級的原料、零件或設備,以達到規格要求,來減少產品品質變異 所造成之損失,因此,公差設計乃在於產品品質損失與製造成本間之互 換並取得平衡。 4. 試說明影響品質特性之各類因子之意義? 【解答】:影響品質特性的因子可分為輸入的信號因子、可控制因子、 不可控制因子等三類。茲將此三類分述如下: 1. 信號因子: 製程輸入的信號因子與製程輸出品質特性之間具有輸入與輸出的 函數關係,屬於信號因子有原料、零件、零件組、電壓…等,當品 質特性的目標值改變時,我們可調整信號因子(signal factor),使品 質特性的平均值與目標值一致。信號因子是由產品使用者或操作員 所設定,以表達所預期的反應值。通常信號因子與反應值間具有輸 入與輸出的關係,如:水龍頭的出水量與水龍頭的轉動圈數乘一定 的比率關係;汽車駕駛時採油門的大小會影響汽車速度的快慢。當 信號因子為一常數或固定值時,稱之為靜態特性;當信號因子不是 固定值而是變動時,則稱之為動態特性。 2. 可控制因子 此為設計人員為達到產品品質績效,根據本身之工程經驗與知 識,所易於調整控制的因子;依其對品質特性平均值及變異數影響 的情形,將可控制因子歸納成二類: 一. 控制因子: 此類因子為對產品品質有顯著影響的因子。其可透過最佳因子水 準的選擇,使產品品質對雜音因子的干擾有最小之敏感度,以降低 產品品質變異。屬於控制因子有製程的溫度、壓力、流量、進貨速 度...等。 二. 調整因子: 為對產品品質特性的變異沒有顯著影響,但對產品品質特性的平 均值有顯著影響的因子。在望目品質特性之品質最佳化設計中,可 先選擇使S/N比極大之因子水準組合,然後再藉由調整因子,將品質 特性的平均值調至目標值,如此,可使產品品質特性的平均值合乎 目標值的要求,並使特性的平均值變異減至最低。 3. 不可控制因子 設計人員所無法控制的因子,或需要花費很大的成本才能控制的 因子,並且會使產品的性能發生變異,造成產品品質特性不穩定的因 子稱為雜音因子(noise factor)。一般來說,雜音因子可分為下面三 類: 1、 外部雜音(環境的差別):有些產品在某種條件下可發揮 其機能,但在高溫高溼等環境下,就無法發揮機能,這就是 環境的變異,屬於外部雜音子有溫度、溼度、電磁波、原料 的變異…等。 2、 內部雜音(劣化):與時間有關的特性,同樣的產品,初 期的機能良好,可是幾年後機能無法發揮,這就是由於劣化 所造成的變異。 3、 產品間的變異:同樣製程所生產的產品,有些能夠正確地 發揮機能,有些就不能,這就是由於產品間的變異所造成 的。 5. 試詳述參數設計的設計步驟? 【解答】: 在採用參數設計時,其採取步驟可分為三大階段,八大步驟: 1. 實驗的規劃 步驟 1:明白確定設計的目的 清楚揭示理想機能,確定是採用參數設計或是公差設計。 步驟 2:檢討反應值或品質特性及因子 針對理想機能,決定以何種反應值或品質特性進行評價,然後抽出影 響反應值或品質特性的因子,明確此因子的任務。 步驟 3:因子的配置 為期使因子效果明確,簡單的情況下則採多元配置;檢討因子眾多的 情況下,則採用直交表配置,配置時將可控制因子放在內側直交 表,而雜音因子放在外側直交表。 步驟 4:決定實驗程序,進度安排 配置好的實驗,視其難易,進行時有時必須多費極多的時間,盡量預 先檢討有效率的實驗程序,清楚決定日程。企業競爭要獲取勝 利,就必須盡早一日推出優良產品。 步驟 5:實驗和取得數據 按照計畫確定利用直交表實驗,取得反應值或品質特性的數據。 2. 實驗的執行 步驟 6:數據的解析和最適條件的決定 利用直交表進行實驗以求得反應值或品質特性S/N比或者進行變異 數分析,決定重要的要因及其最佳因子水準組合。 3. 分析及驗證實驗結果 步驟 7:最適條件下效果的估計 分析資料,決定可控因子的最佳水準組合,並預估在此組合下的 績效。 步驟 8:確認實驗 執行驗證試驗,並計畫下一階段之行動方案。 為了瞭解在最適條件下,實驗結果的再現性,必須進行驗證試驗。驗 證結果如果很好,表示整個實驗是成功的,可以利用此最佳因子的水準 組合進行生產,直到下一個改善。如果驗證結果不吻合,表示此實驗有 問題,必須重新規劃下一個參數設計。 6. 試求出以下實驗值之S/N比 (a). 望大特性:-1.5、-1.2、2.5、1.3、2.9、3.5 (b). 望小特性:-1.5、-1.0、1.2、2.6、3.4、4.0 (c). 望目特性,若目標值為3.0、-3.6、2.4、3.8、1.6、2.0、4.0,試求靜 態特性之S/N比。 【解答】: (a) 望大特性之S/N比 (dB) (b) 望小特性之S/N比 (dB) (c) (dB) 7. 設某一實驗包含有兩水準之三個因子A、B、C,若交互作用A×B、 A×C需被考慮,試問最經濟之直交表為何? 【解答】: (1)計算總自由度,總自由度為 1(A) + 1(B) + 1(C) + 1(A×B) + 1(A×C) = 5 (2)總自由度為5,故選擇之直交表就已足夠。 8. 設某製程要求產品收縮率(y)越小越好,影響收縮率之可控因子各有二 水準如下: A:循環次數 B:模溫 C:脛厚度 D:壓力 E:旋轉速度 F:持續時間 G:開口大小 雜音因子亦各有二水準如下: H:再研磨之百分比 I:成份濕度 J:環境溫度 假設吾人使用為內直交表,而以為外直交表,所得的數據及以望小特 性的S/N比公式計算如下表: J1 2 2 1 配置因子 I1 2 1 2 實驗編號 A B C D E F G H 1 1 2 2 S/N比 1 1 1 1 1 1 1 1 2.0 1.9 2.1 2.1 2 1 1 1 2 2 2 2 0.1 2.3 2.5 0.1 3 1 2 2 1 1 2 2 0.3 2.9 0.2 2.6 4 1 2 2 2 2 1 1 1.8 1.7 1.6 1.8 5 2 1 2 1 2 1 2 2.8 2.9 2.8 2.8 6 2 1 2 2 1 2 1 1.9 4.0 0.8 2.9 7 2 2 1 1 2 2 1 3.8 1.7 4.4 2.0 8 2 2 1 2 1 1 2 1.8 1.7 1.7 1.6 (a)請完成S/N比的計算。 (b)請選出最佳因子水準組合。 【解答】: (a)決定每一列的S/N比的 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 J1 2 2 1 配置因子 I1 2 1 2 實驗編號 A B C D E F G H 1 1 2 2 S/N比 1 1 1 1 1 1 1 1 2.0 1.9 2.1 2.1 -6.136 2 1 1 1 2 2 2 2 0.1 2.3 2.5 0.1 -4.609 3 1 2 2 1 1 2 2 0.3 2.9 0.2 2.6 -5.826 4 1 2 2 2 2 1 1 1.8 1.7 1.6 1.8 -4.746 5 2 1 2 1 2 1 2 2.8 2.9 2.8 2.8 -9.021 6 2 1 2 2 1 2 1 1.9 4.0 0.8 2.9 -8.552 7 2 2 1 1 2 2 1 3.8 1.7 4.4 2.0 -10.074 8 2 2 1 2 1 1 2 1.8 1.7 1.7 1.6 -4.616 (b)計算每個控制因子水準的平均S/N比 A的效果 B的效果 C的效果 D的效果 E的效果 F的效果 G的效果 我們可得反應表如下: 水準 A B C D E F G S/N 1 -5.329 -7.080 -6.359 -7.764 -6.283 -6.130 -7.377 比 2 -8.066 -6.316 -7.036 -5.631 -7.113 -7.265 -6.018 效果 2.737* 0.764 0.677 2.133* 0.83 1.135 1.359 註:(1)2.737、2.133二數比2.737、0.764、0.677、2.133、0.83、1.135、 1.359七數的平均值1.376還大,故打*表示有顯著的效果。 結論: 因A與D有非常顯著的效果,而B、C、E、F、G則無顯著效果,而 >,>,故降低產品變異之最佳因子水準組合為,。 而B、C、E、F、G則視成本或S/N比值較大者來選擇合適的水準,故 最佳因 子水準組合為 。

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