質(zhì)量改進(jìn)與六西格瑪中的穩健設計

說(shuō)起試驗設計(DOE)，很多人就會(huì )想起完全析因設計、部分析因設計、響應面設計等傳統方法，可是隨著(zhù)工藝要求的提高、客戶(hù)需求多樣性的增強、成本壓力的不斷增大，根據這些方法得到的優(yōu)化方案往往在實(shí)際工作中實(shí)現不了預取的效果。這也是為什么很多開(kāi)展六西格瑪管理的企業(yè)在從傳統的六西格瑪改進(jìn)DMAIC向六西格瑪設計DFSS的進(jìn)化過(guò)程中，越來(lái)越重視一種高級試驗設計——穩健設計的原因。

穩健設計Robust Design是在傳統試驗設計DOE基礎上發(fā)展起來(lái)的低成本、高穩定性、高再現性的產(chǎn)品與技術(shù)開(kāi)發(fā)、設計方法體系。其價(jià)值在于通過(guò)產(chǎn)品設計、技術(shù)開(kāi)發(fā)使產(chǎn)品或技術(shù)用最小的資源消耗對于外界環(huán)境變化、零部件制造公差和時(shí)間因素造成的老化、劣化、磨損等干擾的影響有很強的抵抗能力，從而讓產(chǎn)品具有高度穩定的性能，讓開(kāi)發(fā)的技術(shù)在大規模生產(chǎn)和各種不同使用條件下都具有高度再現性，以達到長(cháng)期穩定地滿(mǎn)足客戶(hù)需求的目的。無(wú)論在工業(yè)工程的學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，還是在企業(yè)的研發(fā)和六西格瑪項目中，穩健設計都受到了越來(lái)越多的關(guān)注。目前，比較成熟的穩健設計方法大致有四種。調查當前的統計質(zhì)量咨詢(xún)與軟件市場(chǎng)后發(fā)現，只有專(zhuān)業(yè)質(zhì)量管理及六西格瑪軟件JMP能夠全部實(shí)現這些方法：

一、田口設計Taguchi Design

田口設計是一種源自日本的穩健設計方法。它最大的創(chuàng )新之處在于從試驗數據中提煉出兩個(gè)指標來(lái)衡量產(chǎn)品質(zhì)量的穩定性：靈敏度和信噪比。在比較典型的望目特性流程中，一般用均值表示靈敏度，用均值平方與方差之比的對數的10倍表示信噪比，而且強調在設計優(yōu)化中應當先將信噪比調節到最大，然后才將均值調整到需要的目標位置。下圖是基于JMP軟件實(shí)現的田口設計優(yōu)化示意圖。

二、多響應優(yōu)化 Multiple Responses Optimization

多響應優(yōu)化的思路最簡(jiǎn)單易懂，它其實(shí)是源自歐美的響應面模型的拓展。在這種方法中，我們需要同時(shí)考慮兩個(gè)響應：均值和標準差。顯然，標準差總是越小越好，均值一般總是越接近目標值越好。兩者要同時(shí)考慮時(shí)，可以通過(guò)構建意愿函數Desirability Function實(shí)現。下圖是基于JMP軟件實(shí)現的多響應優(yōu)化示意圖。

三、誤差傳遞 Propagation of Error

誤差傳遞的方法相對較新，其原理也稍微復雜一些。簡(jiǎn)單地說(shuō)，過(guò)程響應的變異是由各個(gè)過(guò)程因素的變異共同造成的，而且其大小可以用下列公式估算：

四、蒙特卡洛模擬 Mote Caro Simulation

誤差傳遞的方法也比較新，不過(guò)易于理解。它是在統計模型已經(jīng)成功構建的基礎上，使用計算機技術(shù)產(chǎn)生隨機數據，以此來(lái)預測過(guò)程的表現水平，尋求系統的最優(yōu)參數。隨著(zhù)模擬次數的增多，其預計精度也會(huì )逐漸增高。如果運用得當，我們還可以確定產(chǎn)品穩定工作時(shí)各個(gè)難控制的噪聲因素的允許波動(dòng)范圍，以及實(shí)現可控因素的公差設計。下圖是基于JMP軟件實(shí)現的蒙特卡洛模擬示意圖。

總之，穩健設計是一種提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑，它的實(shí)質(zhì)是運用精細化手段提高產(chǎn)品性能對時(shí)間因素和環(huán)境因素造成波動(dòng)的抵御能力。正如古人所云，工欲善其事，必先利其器。JMP軟件可以幫助我們大幅度降低分析難度，更快速有效地實(shí)現穩健設計的目標。