质量管理手册-生命线-第13章

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系统设计的质量取决于专业技术的高低。但对于某些结构复、多参数、多特性值
的产品，要全面考虑各种参数组合的综合效应，单凭专业技术往往无法定量地确
定经济合理的最佳参数组合。尽管系统设计有这个不足，有时甚至由于时间限制，
不可能对所有系统进行研究，只能根据直觉或预测，从各个系统中挑选几个重要
的系统进行研究。系统设计是整个设计的基础，它为选择需要考察的因素和待定
的水平提供了依据。

　　　　□参数设计（二次设计）

　　　　在系统设计的基础上，就该决定这些系统中各参数值的最优水平及最佳组合。
但由于系统设计是凭专业知识推定出待考察的因素和水平，无法综合考虑减小质
量波动，降低成本等因素。而参数设计是一种非线性设计，它运用正交试验、方
差分析等方法来研究各种参数组合与输出特性之间的关系，以便找出特性值波动
最小的最佳参数组合。因此，参数设计也称参数组合的中心值设计。

　　　　实践表明，整机质量的好坏，既取决于产品整体的设计，又取决于零部件的
质量。一个系统功能好坏很大程度上取决于系统本身的结构。好的参数组合不一
定是以每件零部件最优为条件的，而是一种不同档次、不同质量水平的低成本的
组合，从而实现低成本高质量的设计要求。

　　　　产品设计中的波动情况是复杂的，很多产品的输出特性与因素组合之间并不
是线性关系。例如：某特性值y　与因素组合（或各种零件参数组合）为X　的产品
之间存在着非线性关系。

　　　　当因素组合处于X1时，因素波动为△X1；输出特性为Y1，输出特性的波动幅
度为△Y1。　如果通过正交试验找到参数组合X2，输出特性为Y2当因素波动△X2与
△X1相同时，输出特性的波动△Y2＜＜△Y1。　可见选择合理的因素组合可以减小
输出功能的波动幅度。但是，此时输出特性值已从Y1变为Y2，需采取措施将Y2减
小M　降至Y1。　通常是选择一种因素2　，使Z　与输出特性Y　呈线性关系，即Y　＝az
＋b。只要改变Z　，便可将输出特性值从Y2降到Y1，并使Y2－Y1＝M　，这样，M　的
偏移量就得到了补偿。

　　　　例如，有一晶体管稳压电源，输入为交流220V，要求输出目标值为直流110V，
波动范围必须控制在±2V。　决定稳压电路输出特性的主要因素是晶体管的电流放
大倍数　hFE（其输出特性呈非线性关系）以及调节电阻R　的大小（电阻的输出呈
线性关系）。

　　　　通常专业设计人员看到电路输出与目标值发生偏离时，大多是调整晶体管hFE
的工作点，使输出达到目标值，但又产生了输出电压波动偏大的问题。

　　　　例如原稳压电源的晶体管HFE　工作点在A1（A1＝20），对应的输出电压为95V。
这时，设计人员通常是把hFE　从A1调整到A2（A2＝4O），使输出电压达到

　　　　11OV。　但是，晶体管的hFE　总会有一定范围的波动。假定hFE　的波动范围为
±20，当选定A2＝40为设计中心值时，hFE　就将在20～60（Al～A3）之间波动，
对应的输出目标的波动范围将是95～120V。　过去为解决这一问题，都是进一步严
格挑选元件，以减小hFE　的波动范围。这样势必增加制造成本。如何运用参数设
计的原理来优化设计呢？由此可知，当A4＝80这个工作点时，对应的输出特性曲
线变化的平坦区。现在仍采用hFE　波动为±20的晶体管，但工作点选在A4＝80上，
此时输出电压波动范围为12O　～122V之间，波动幅度大大减小。但这时的输出电
压为121V，比目标值110V高出一个M　＝11V　的偏差。这个偏差可用线性元件电阻
R　来校正，通过改变电阻R　的大小来调整输出电压；使其达到110V。　通过这项设
计，我们找到了晶体管hFE　与电阻的最佳参数组合为A4B4。　在设计开发的过程中，
常常是在关系未知的情况下进行参数设计的，而不是象上例中的关系明确可鉴。
这就必须通过试验的办法，并借助于正交试验、方差分析、信噪比等数理统计的
方法，以较少的次数找出符合设计目标值且稳定性很高的参数组合。

　　　　□容差设计（三次设计）

　　　　系统要素的中心值决定后，便进入决定这些因素波动范围的容差设计。

　　　　由于某些输出特性的波动范围仍然较大，若想进一步控制波动范围，就得考
虑选择较好的原材料、配件，但这样自然会提高成本。因此有必要将产品的质量
和成本进行综合平衡。

　　　　容差是从经济角度考虑允许质量特性值的波动范围。容差设计通过研究容差
范围与质量成本之间的关系，对质量和成本进行综合平衡。例如：可以将那些对
产品输出特性影响大而成本低的零部件的容差选得紧一些，而对输出特性影响小
而成本又很高的零部件选得松一些。为此，必须要有一个质量损失函数来评价质
量波动所造成的经济损失。

　　　　仍以上述晶体管理稳压电源的设计为例。当输出电压正好等于110V时，质量
波动最小。随着质量波动的增大，引起的经济损失（包括社会经济损失）

　　　　也将增大。例如：质量波动造成零部件返工、报废以及用户由于质量波动也
多付费用等。

　　　　假设Y　为输出功能波动情况；L　为质量波动造成的经济损失；L　（Y　）为质
量管理费用，m　为目标值。由此可见，当y　＝m　时，经济损失最小。

　　　　围绕目标值m　，对L　（Y　）作泰勒展开可得L'（m　）　L″（m　）

　　　　L　（Y　）＝（m　＋Y　－m　）＝L　（m　）＋（y　－m　）＋（y　－1　！　2！

　　　　2　m　）＋…

　　　　由于L　（y　）在y　＝m　时为极小值，因此L　（m　）＝0　，可见泰勒展开式中
的L　″（m　）

　　　　第2　项和第1　项都等于0　，L　（y　）的主要项就是第3　项（y　－m　）

　　　　2　！

　　　　L　″（m　）

　　　　2　！，其中当m　确定后，是一个常数，可用比例常数K　来表示。由2　！

　　　　此可见，L　（y　）的大小主要取决于y　与目标值m　的偏差大小来决定。即：
2　2　L　（y　）＝K　（y　－m　）＝K　б式中б——方差。

　　　　L　（y　）　A从上式可得K　＝　2＝σ2　（y　…　m　）△式中△0　———产品使用
过程中单侧极限允许差；A　———产品在超出极限允许差时的经济损失。

　　　　假设当该稳压电源偏离目标值1OV　时（即△0　＝1O时），造成设备异常，用
户需化400　元进行大修（即用户的经济损失A　＝400　），则A　400　K　＝　=　=4　△
σ2　100　从而得（y　）＝L4（y　－10O　）2　以上是用户损失。制造厂由于质量波
动不得不采取措施加以调整或返工，使产品达到目标值，这势必也要增加成本。

　　　　假定稳压电源在出厂检查时发现输出电压为105V，偏离量为5V，尽管未超过
10V　，如出厂，制造厂应取多大的制造公差比较合适，这也应通过计算L　（y　）
加以分析。

　　　　假定工厂把输出电压从105V调整到目标值110V需要增加费用3　元，代入上式，
得L　（y　）＝K　（y　－m　）

　　　　3　＝4　（V　－110　）2　解之，得＝110　±y0。87　（v　）

　　　　这说明当用户使用极限的界限为　11O±10V　，生产制造为把输出电压从105V
调整到110V时，返修费为3　元的情况下，对稳压电源的公差应控制在110　±0。87V
的范围内。当输出电压为105V时，如果工厂为了节省3　元调整费用，那么给用户
造成的损失将是100　元。

　　　　2　L　（105　）＝4　×（105　－100　）＝100　（元）

　　　　可见，容差设计是在决定了最佳参数组合的中心值后，根据质量损失函数，
在综合平衡用户与制造厂质量费用的情况下，选定合理的公差范围。

　　　　以上通过稳压电源的参数设计和容差设计的例子，对三次设计的原理进行概
念性的介绍。实际计算往往要复杂得多，通常要运用正式试验、方差分析和信噪
比对质量特性进行综合评定。

　　　　四、现场质量管理

　　　　现场质量管理又称制造过程质量管理、生产过程质量管理，是全面质量管理
中一种重要的方法。它是从原材料投入到产品形成整个生产现场所进行的质量管
理。由于生产现场是影响产品质量的4MIE（人、机器、材料、方法、环境）诸要
素的集中点，因此搞好现场质量管理可以确保生产现场生产出稳定和高质量的产
品，使企业增加产量，降低消耗，提高经济效益。国内外许多企业应用现场质量
管理这一方法，取得了稳定和提高产品的效果。

　　　　□现场质量管理现场质量管理以生产现场为对象，以对生产现场影响产品质
量的有关因素和质量行为的控制和管理为核心，通过建立有效的管理点，制定严
格的现场监督、检验和评价制度以及现场信息反馈制度，进而形成强化的现场质
量保证体，使整个生产过程中的工序质量处在严格的控制状态，从而确保生产现
场能够稳定地生产出合格品和优质品。

　　　　□现场质量管理的主要内容现场质量管理的主要工作：（1　）建立质量指标
控制体系，从产品技术经济指标到岗位责任制，从统计方法、考核的内容到奖惩
制度都必须体现“质量第一”的思想，充实现场质量责任制内容。

　　　　（2　）加强生产原料及工序在制品质量的管理，即对上道工序的来料进行检
验、交接、处理过程的严格把关和对工序在制品的控制，使之既保证来料质量，
消除混料和不合格品投料在生产现场的发生，又可避免因工序在制品过多而积压
大量的资金，影响企业资金周转。

　　　　（3　）根据生产现场的实际需要设置管理点，依靠操作人员对生产工序关键
部位或关键质量特征值影响因素进行重点控制，保证生产工序处于稳定的控制状
态。

　　　　（4　）做好生产现场的质量检测工作，设置生产工序自检员，制定自检和互
检制度，使自检查与专职检验密切结合起来，把好“第一道工序”的质量关。

　　　　（5　）加强现场信息管理，随时掌握生产原料、工序在制品和产品质量以及
工作质量的现状，进行质量状况的综合统计分析，找出影响质量的原因，分清责
任，提出改进措施，防患于未然。通过以上现场质量管理工作来增强现场质量意
识，强化现场质量保证能力，形成完善的现场质量保证体制。

　　　　□现场质量管理点及其建立的规则建立有效的管理点是搞好现场质量管理的
关键。从广义地讲，在开展质量管理中，针对问题点所要进行的工作和管理对象，
就是管理点，管理点所管理的特性或对象应尽可能地用数据表示。对生产现场讲，
针对工序的问题点，把关键工序和存在问题的工序的某些质量特性管起来就是工
序管理点。

　　　　一个工序管理点，可以是产品或零件一个关键质量特性，例如性能、精度、
光洁度、材料中的某种元素的含量；也可以是一项工序要素，如铸造熔化的铁水
温度、型砂的透气性、水份和强度，化工产品生产反应装置的温度、压

　　　　力和时间等。

　　　　工序管理是在“抓主要矛盾和矛盾的主要方面