031101田口工程讲义.docx
《031101田口工程讲义.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《031101田口工程讲义.docx（34页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
031101田口工程讲义
Ⅰ導言、Taguchi田口方法的
基本定義
田口玄一博士在1985年左右紅遍全美，在日本國內得到戴明獎，在美國因打破美式品管理念，而受美國大公司採用其方法，他並未留學過美國，只是日本專科畢業生，後來拿到日本九州大學博士而已，為什麼會有那麼大的成就呢？
理由一：
他有工廠實際工作經驗，知悉產品十分複雜時，傳統品管技術根本使不上力，既使應用的相當精準，最終得到的品質結果（Outcomes），相當不合水準。
理由二：
田口博士的數學基礎非常好，應用微積分及微分方程公式代入一些品管問題，得到許多簡化式的計算公式，最有名的是損失函數公式（LossFunction）。
理由三：
田口提出許多「另類思維」方式，將傳統品質管理理念重新建立成另外一套推演方式，有別於西方社會慣用的品管名詞。
其中至少有十項新理念，可啟發從事生管及品管工作者。
新名詞一：
品質工程（QualityEngineering）。
–打破過去品管方面只重視分析問題，而找不出最佳化的參數設計（Parameter），這種把KSF關鍵成功因素做最佳的設計後，才可能實際化的得到真正良好品質的產品。
新名詞二：
損失函數（LossFunction）。
–品質做的標準並不見得可以合乎客戶口味，如客戶不滿意或品質不合客戶個別性要求，客戶會離去，這就是損失，可藉函數來計算出金額。
新名詞三：
直交表（CrossArray）
–一般的變異數分析（ANOVA）會找出某些影響品質的特定因素，但是在多因子情況下，花費成本極大，因為它必需要設計成許多不同類型的實驗組別，直交表則可減少組別仍可同樣分析出多因子的交互影響效果。
新名詞四：
雜音（NoiseFactor）。
–品質不良即是由許多雜音造成，這些雜音會千擾正規品質的產生，它可分為外部雜音，如溫度、溼度、灰塵，又有內部雜音，如零件本身材料的劣化，第三種是產品間雜音，亦即產品零件間組合不良造成的。
新名詞五：
堅耐性（Robustness）。
–產品品質的體質，對於這些雜音毫不受影響的程度。
新名詞六：
線外/線上品管。
–指生產裝配線上造成的品質不良，而必需有製程管制，及生產線前設計上和品質有關的設計管制。
新名詞七：
三種品質設計：
系統/參數/公差。
–品質問題並不是只靠分析與改善就可解決，必需由最佳化設計（OptimalDesign）才能得到好品質成果，在大角度方面是系統設計，中角度是選用何種因素（參數）的設計，小角度是設計可容忍的上下限，它又稱公差（Tolerance）。
新名詞八：
三類品質特性：
計量/計數/動態。
–計量值即是有平均數及標準動態數值（又稱計件值），即是合格的件數或百分比，動態特性則是投入（Input）與產出（Output）間的關係特性。
新名詞九：
計量值的三種量測法，望目/望小/望大。
–望目達到期望目標，望小是目標期望值為0，望大則相反，期望目標值是無限大，例如強度是愈大愈好。
新名詞十：
S/N雜音比。
–正常與不正常的比值，以物理聲學理論中db做單位來計算品質不良對數函數。
結論：
田口品質工程有其時代價值及未來遠景，它給了人們另類定義，而且它有許多實證數據證明其功效，最有名的是日本與美國新力產品有品質差異的範例。
壹、田口工程基本的
品管理念
一、一般定義品質是–CZAESAR凱撒大帝模式
1.符合性–Conformance。
2.零缺點–ZeroDefect。
3.接納性–Acceptance。
4.期望性–Expectation。
5.滿意度–Satisfy。
6.屬性強–Attribute。
7.重複性–Repeatability/Reproducibility。
二、田口定義–損失（客戶角度思維）
1.各種損失–會有一天付不出這損失。
2.各種變異就是雜音–內部/外部/產品間。
3.DOE找出原因不如消除原因–建立最佳參數水準。
4.品質改進由允差設計成參數設計–最佳化參數組合。
好品質就是最小損失
三、那些可能的損失
1.退貨4.修護中客戶花費時間金錢
2.保證品質所花成本5.市場佔有率
3.客戶抱怨不滿
四、品質特性
1.計量特性3.動態特性
2.計數特性
五、計量特性名稱
1.望目–尺寸、長度4.分析計數–外觀、等級
2.望小–誤差、劣化5.動態特性–輸入/輸出關係
3.望大–強度、壽命
六、田口立–方法旋風（說明之）
貳、Tolerance公差並不能
保證品質
一、第一個小故事–四選一
1.一半合格，一半不合格。
2.1/3不合格，2/3合格。
3.全合格，但在邊上。
4.全合格，在中央。
二、第二個小故事–日本新力與美國新力
1.平屋頂圖與尖屋頂圖。
2.客戶可分辨–公差並不能完全代表品質。
3.接近目標值多的較好。
三、當全部符合規格時，就沒有改進空間了嗎？
1.設計時就選好參數。
2.參數群中又訂定最佳值。
3.一次就做好，最接近目標值。
4.不是在生產時以管制線再去找原因做CI。
CI=ContinualImprovement持續改善
四、膠布的故事–規格中的小偷
1.JIS=JapanIndustrialStandard。
2.膠布雖合格，但目標值故意偏一邊規格，以求降低成本。
3.膠布不良，破壞損失，農作物損失，價格上揚損失。
五、要找出評估「損失」（Loss）的方法
1.U型反拋物曲線。
2.損失來自客戶不滿。
3.損失來自產品特性。
4.損失則是金錢成本。
參、學田口品質工程
損失函數
一、損失函數（LossFunction）
1.由數學演算算出。
2.公式十分簡單。
3.L（y）=k（y-m）2。
4.m=目標值k=係數y=品質特性。
二、範例介紹–電源供應器
1.L（y）=100元。
2.公差=115±20伏特。
3.計算出k值=0.25。
4.某產品=110，L（y）=2。
5.L=0.25（110-115）2=6.25。
6.又：
花2.0元做保養，電壓＝？
7.A：
Y=115±3.0（2.8）。
8.結論：
公差在115±3.0以內就不能花2.0元成本去修理，在此以外才值得去花費。
9.尚有更複雜例題。
三、品質要改進但是必需考量成本值不值得。
1.另有特殊望目範例。
2.望大/望小亦有範例。
四、損失函數的功能及意義（研討）
肆、田口式實驗計劃
三種設計
一、三種設計
1.公差設計（ToleranceDesign）。
2.參數設計（PammeterDesign）。
3.系統設計（SystemDesign）。
二、品質工程（Q.Eng）的精義
1.關鍵因素–偏離目標值的因素。
2.外部雜音–環境因素。
3.改變環境–成本太大。
4.設計製程和產品–降低敏感度。
5.使產品及製程對雜音不敏感。
高品質＝堅耐性（Rebust）
6.人為失誤＝外部雜音。
7.材料劣化＝內部雜音。
8.製造缺失＝品間雜音。
三、線外品管與線上品管
1.線上–On-LineQC。
2.SPC即OLQC。
3.線外–Off-LineQC。
4.產品設計。
5.由DOE→實驗+計算→產品設計+製程設計。
6.OLQC則重視診斷及修正。
7.製程管制亦要DOE的幫忙。
四、田口品質工程導引了許多新觀念
Ⅱ理念、田口博士重新做
品質定義
田口玄一博士最了不起的地方是它將品質做新的定義，在過去，品質部門與製造部門的配合是公差（Tolerance）與全檢（Inspection），只要符合這條件者，即可出貨，但是由日本新力與美國新力的故事，使之重新定義品質問題。
日本新力與美國新力皆以相同公差相同全檢方式出貨，結果美國的客戶就是喜歡日本新力，對此問題的結論是：
這並不是心理作用或品牌忠誠度，而是在品質上有實質的差異，由下圖就可簡易的看出，日本新力（SONY）雖然和美吳新力皆有相同的合格標準（Conformance），及全程的出貨合格率，但是在對目標值的接近程度卻有很大的差距，日本新力是中央集中，亦即接近標準值的數目多於美國新力。
日本
美國美國
目標力
|--------公差--------|
由這個實驗，就可知品質問題必需重新思考，當然在目前六標準差管理模式中已可藉由CA/CP/CPK來界定，但是田口工程仍有其特殊功能存在。
過去對品質的定義有三：
定義一：
符合規格（Conformance）。
定義二：
零缺點（ZeroDefect）。
定義三：
滿足客戶要求（Requirement）。
但是，這些定義只是小角度技術層面的定義，如果以大角度及社會層面的定義：
品質是產品售出後造成社會（客戶）損失，損失愈小則品質愈好
這些損失是來自多方面的，可包括：
1.退貨損失3.客戶抱怨
2.保修成本4.公司名譽
由這理念，田口博士以微分方程算出鼎鼎大名的損失函數，其公式十分簡單，在導引過程中的許多假設，雖然被統計學家質疑，但是損失函數仍有其功能。
L（y）=K（y-m）2K=係數
Y=品質特性
M=目標值
這函數的形狀是內凹的U字型，最低點即是品質最佳處，L（y）則是損失的成本，以金額計算。
在運算活用時，先以既定規格的（y-m），亦即合理公差範圍下的金額損失來計算K值，知悉K值後，任何y值代入，即可求出損失金額為多少。
例一：
115伏特±20伏特L（y）=100元
則K值=100/202=0.28
例二：
出廠品電壓是110伏特，則損失多少
L=0.25（110-115）2=6.25元
說明一：
損失金錢可能來自重組、維修、換件、退貨。
說明二：
田口功能是將公司成本與品質接上軌道。
結論：
田口品質工程的認識，首先必需要能活用U型曲線的損失函數，並對日本新力與美國新力問題做一個認知性體認瞭解。
伍、田口直交表代替
實驗計劃
一、習修田口工程前必需認識實驗計劃
1.DOE=DesignofExperiment。
2.魚骨圖找出因素，但不知由何因子著手。
3.實驗計劃即將數據整理–DOD（DesignofData）。
4.形成DOE表。
H
M
L
90
80
70
5.即知此因素存在。
6.但是可能有另一因素存在。
H
M
L
男
女
7.二因素間的交叉互動效果。
8.如果有第三因素，則較麻煩。
9.田口用直交表來代替許多因子的互動。
10.這方法皆稱為「變異數分析」（ANOVA）。
二、直交表簡化DOE的圖表
1.DOE是找出和消滅有影響因素。
2.田口是找出但再設計參數使減少影響。
三、有名的磚窯實驗
1.一共有七個因子影響–皆以A、B、…G稱之。
2.各有兩種情況–皆以A1、A2、B1、B2、…稱之。
3.組合結果可比較好壞：
改善效果曲線。
四、直交表1-2排列方式產生八種結果（研討）
陸、品質工程時代的
創始理念
一、最佳化設計（Optimization）
1.參數設計。
‧材料規格‧操作溫度
‧焊接方法‧準備附著
‧烘烤時間‧調整油溫
2.最佳化。
‧成本最低
‧變異最小
3.系統設計重視創新。
二、達成高品質但不需增加成本
1.日本的強度/美國的弱點。
2.公差設計。
‧規格範圍‧原因去除
‧原因檢測‧增加成本
3.參數設計是降低成本。
4.充差設計要用ANOVA。
5.可使用低成本的材料。
三、美國設計比重的比較
美國
日本
系統設計
70%
40%
參數設計
2%
40%
公差設計
28%
20%
四、日本為何重視參數設計？
有堅耐性（Robustness）
柒、參數設計要計算
雜音比值
一、何謂雜音比值（Signal/Noise）
1.雜音即偏差的因子。
2.在DOE/ANOVA中稱ErrorFactor誤差因素，另一種是可控制因子。
3.信號雜音比（StoNRatio）簡稱S/N比。
4.S/N比和損失函數有關。
5.S/N比可量測品質穩定性。
6.S/N比愈高，則損失愈小。
二、S/N比和損失函數關係
1.L=K（MSD）2。
2.η=10log（MSD）η=S/N比。
3.MSD=MeanSquareDeviation。
三、S/N比單位db和物理學中同
四、MSD計算方式
五、範例說明
1.y=泡膠收縮度。
2.可控制因子＝成型方法（5種）。
3.誤差因子＝定型方式（1種）。
捌、參數設計堅耐性
用雜音比
一、三種設計
1.系統/參數/公差。
2.Robust穩健＝不受干擾。
3.干擾因素＝雜音Noise。
4.雜音比＝S/NS=Signal信號。
二、參數設計
1.低成本+最佳組合。
2.S/N比衛星品質種定性。
3.S/N大，損失愈小。
三、三種品質特性
1.望目/望小/望大–NB/SB/BB（B=Better）。
2.MSD=MeanSquareDeviation＝平方差和。
3.雜音比＝-10log（MSD）。
4.取Log曲線合於損失函數。
5.可借用單位–db（Deci-bel）。
四、MSD的應用
1.計算每一實驗S/N值及S/N平均值。
2.LD-50=0.60C=70$K=70/（0.6）2=1944
3.
X=0.36
4.A1=0.20，0.20，0.20
5.MSD=（0.20）2+…+…/3=0.04
6.Li=194.4×0.04=7.77
五、L損失和S/N比較
1.S/N比＝-10log（MSD）=-10log0.04=13.98
2.S/N比是量測m±s的指標。
3.S/N比對m較敏感。
4.S/N比增加。
六、例題說明
玖、習修田口方法的
技巧步驟
一、先習修田口三大技巧
1.損失函數。
2.直交表實驗計劃。
3.S/N雜音比來量測品質好壞。
二、範例說明
（一）
1.先求常用誤差值（公差上下限）1-1。
2.再查出維修保養的費用。
3.二者代入LossFunction求K值。
4.求k值後再量測目前實驗結果的誤差，即可算出可能損失多少。
5.公式L（y）=k（y-m）2
三、範例說明
（二）
1.計算MSD。
2.以k值代入可算S/N比。
3.以S/N比來比較何者較好。
4.選出直交表中最好者，再做新直交表。
5.做出最佳化參數設計。
四、問題一：
如何活用三種設計
1.系統設計：
2.參數設計：
3.允差設計：
五、問題二：
田口工程的意義何在？
Ⅲ技術、田口工程是貢獻
實驗計劃
田口博士首先以損失函數將品質好壞與公司損失金額連接起來，他的第二、第三項貢獻是實驗計劃及雜音比，在田口之前，統計學已建立的十分完善，1930年左右SPC統計製程管制與抽樣檢定已相當完善，當統計檢定Ftest被肯定後，變異數分析（ANOVA-AnalysisofVariance）及實驗計劃（DOE–DesignofExperiment）已能被完全應用。
許多人以為實驗計劃是高標統計理念及技巧，其實不然，以簡單的魚骨圖，即可完整表達其理念。
作法一：
董事長說公司績效不好來自T訓練不夠，總經理則認為PC電腦設備老舊，這時，您同意誰的意見，或西瓜偎大邊。
作法二：
做成魚骨圖，找出可能影響公司績效不良的35個因素。
＼ ＼/T
／ ／\PC／
作法三、以實驗設計圖，如左右二圖表：
老
中
新
L
M
H
PC
訓練
80
80
80
70
80
90
由80-80-80及70-80-90即可知訓練在本公司會影響績效，PC電腦設備雖然在理論上會影響工作績效，但是在本公司並沒有影響，這種依實際數據整理分類層別的方法，在Q7品管七手法中稱層別法，它是Q6品管第六手法，在統計上稱變異數分析，在品管上稱實驗計劃（又稱實驗設計）。
田口一：
可是，田口先生說，當找到某因素時並不代表解決問題，而且一件事的工作表現必需要受許多因素的交叉效果影響，這時只知道因素是不夠的，尚要能找出因素群中何種數量的組合才能使效果最佳、品質最好，這種稱公差設計/參數設計。
田口二：
在許多因素中更要找出那些因素會受影響，其數值應調整成如何，這稱參數設計/系統設計。
田口三：
在整個表達過程中那些步驟流程應特別查檢設計，這稱系統設計/流程設計。
由此可知，魚骨圖解決不了問題，DOE實驗設計表雖可找出因素，但亦不能決定何種情況最佳，只有用直交表方式的實驗設計表才能找出。
直交表技巧以「1、2」來區分二種情況，可逐步再細分下去，每因素排列出，才可得出最少數量組合，而且可研判出何種組合最好。
錯例：
五因素有1、2情況，則要推出25=32組。
對例：
正反互做只要八組即可。
ABA*BCA*C
ⅠⅡⅢⅣⅤ
11111
11122
12211
12222
21212
21221
22112
22121
結論：
直交表的效應必需以實例介紹說明，但是直交表已可清晰表示出交互效果的分析方法，在表中Ⅲ、Ⅳ即可表示A*B，A*C的交互效果，而知二種因素同時存在而又有交互式影響的比較分析方法。
田口品質工程量表
請您以1-5尺標來勾選，以您目前知識程度來評量
1代表完全不會5代表完全會
1.（變異）
我知悉好品質必需要變異性小，我會統計上變異數分析技巧（ANOVA）。
12345
2.（Q7）
我學過品管七手法，我會活用第六手法層別分類法，來測試某因素是否有影響力。
12345
3.（DOE）
我會將數據整理成三組或三組以上，來比較其結果的變異性，由此可知某因素是否有影響力。
12345
4.（ON/OFF）
品質要做好必需兩方面皆強化，當設計完善時就要加強製程品管，又稱統計製程管制（SPC），我知悉這是一種線上品管（On-LineQC），但是產品及製程設計上亦是另一種品管，稱線外品管（Off-LineQC），田口方法即是後者。
12345
5.（系統）
田口方法又稱品質工程（QC），因它注重品質設計，大角度的設計是系統設計，我知悉它和實驗數值無關，而是要工程經驗及邏輯分析來操作。
12345
6.（參數）
在田口方法中第二種設計是參數設計（Parameter），我知悉要找出一些會影響的因素，並將其限定在某種範圍內，使其不良影響最小化。
12345
7.（允差）
由於品質皆有忍受範圍（Tolerance），又稱公差或允差，我知悉用田口方法來調整允差範圍，使之損失金額最小化。
12345
8.（成本）
田口方法能使低成本即能改變品質，我知悉它的手法是將參數及允差設計在最佳化的組合之下，而不需最大成本去「去除」某些不良影響因素。
12345
9.（雜音）
我知悉在田口方法中活用S/N雜音比，做為各種品質良好的指標，我已知其愈大則品質較好。
12345
10.（望目）
田口博士將品質特性分成三類：
望目/望小/望大，我知悉其含義，並依各別不同做正確方向的強化，例如耐用度愈大愈好…，最後使產品邁向堅耐性（Robust）。
12345
11.（損失）
我會活用簡易的損失函數公式，並以現有規格中的損失金額及公差來計算k值係數，再估算不同變異程度下的可能損失金額。
12345
12.（誤差）
我會量測現有品質的數值與目標值的差距，一一將之加起來求平均誤差，其以其平均平方和（MSD）以k值求出損失金額值。
12345
13.（倒推）
由於有損失函數公式，在已知的金額下，我可以反求出誤差度可容忍範圍做為公差上下限。
12345
14.（直交）
由許多因素中找出關鍵參數後，我會以簡易直交設計好各種情況的比較組合。
12345
15.（量測）
直交表建立後我會以雜音比做為品質表現的評量。
12345
16.（比較）
在實驗計劃直交表中的雜音比皆知悉後，我會找出其中數值最大者，做為最佳組合，並淘汱其他者。
12345
17.（細分）
面對最佳組合時，我可再重覆使用（A1/A2）的方式再建立直交圖，再以實驗結果找出最佳設計。
12345
18.（最佳）
我知田口方法是適用於產品設計與製程設計方面，以最佳組合來排除不良結果，而不是以排除不良原因來排除不良結果。
12345
19.（品質）
我會活用田口方法儘量使成本降低花費減少的情況下仍可出高品質的產品。
12345
20.（應用）
當我習修田口方法後，可活用這些理念於許多其他品管的運作上，使其更加精準化。
12345
計分法
90分以上田口大師
80－90分田口講師
70－80分QE工程師
60－70分QE技術員
60分以下認真學習
Ⅳ結論、綜合計算MSD值
最佳組合
田口方法起步於損失函數LossFunction，其公式來源十分複雜，但是公式的含義理念卻相當簡易能懂，它是由四項符號構成。
L＝損失金額。
k=係數，可由其他值再計算出。
y=現在品質表現。
m=應有標準品質。
L（y）=k（y-m）2或
K=
由整理過的公式，就知損失函數計算的第一步就應該去計算k值係數，應提供的資訊是：
「當某個誤差度時的損失金額」。
例一：
m=50，現有y=50.6時損失金額70美元。
解一：
k=
例二：
此時上級要求只能損失25元，則允差應向內修正。
解二：
所以我們可以將損失函數簡化成：
L=k（MSD）2
MSD=MEANsquareDeviation
=平均誤差平方
=（y-m）2
尚有許多數據時，必需計算其MSD，因為由一組數據中一定會有個別的（y1-m1），它來自於不同的程式設計組別，將其總和加起來是總誤差程度，再除以個數則是MSD。
如果以田口名詞「望小」做標準，則期望標準值是0，例如磨損，…等因素，皆可以望小0值做m值，但是在收集到的實驗望科卻是（0.20、0.20、0.20），則MSD必需先計算出來，而且可計算損失金額。
MSD=
L=k（MSD）=194.4×0.04=7.77
但是，田口博士為了連接損失函數與一般的品質圖，以S/N雜音比來做標準量測，其公式是S/Nη=-10log（MSD）=-10log0.04=13.98。
有了雜音比做為品質水準的單位，則在直交表中各種參數的組合就可求出何種最佳化，由下圖簡例即可知悉。
Data（DOE）
m
MSD
L
S/Nydb
A1
0.200.200.20
0.20
0.040
7.77
13.98
A2
0.100.200.30
0.20
0.047
9.12
-
A3
0.200.100.15
0.15
0.024
-
-
A4
0.100.100.10
0.10
0.010
-
-
A5
0.100.300.05
0.15
0.034
-
-
註：
升级会员 