田口方法之基础概

质量译丛日本企业质量管理方法简介（二）田口方法的基础和核心摘要：日本筑波大学山田秀准教授以“ｓＱｃ方法、田口方法以及ＭＴｓ”为题发表长篇文章，就日本质量管理的各种基本方法作了简明而系统的介绍。

本文经编译作为连载的第二篇，主要介绍田口方法中的参数设计。

田口方法也称为质量工程学，而参数设计是“线外质量工程学”的核心，也是田口方法的基础和核心。

在参数设计中，将产品用户的环境和使用条件等作为误差因子导入设计过程，使设计中的控制因子水平变得更加“稳健”，从而能使产品质量进一步提高。

文中将参数设计分为动态和静态两种特性的设计概念，按设计的实施步骤详细地介绍了静态特性参数设计的操作案例，并指出了参数设计与传统的试验设计方法的不同用途。

另外，本文最后对田口方法中的质量损失函数问题（“线内质量工程学”的核心）也作了简要说明。

：３４４黛熙…ｗｉ．２００８芷擘４期参数设计譬李望编译一、概述二十世纪五十年代．为解决当时企业生产中的现实问题，日本田口玄一博士研究创立了“田口方法（Ｔａｇｕｃｈｉｍｅｔｈｏｄ）”。

田口方法是以产品设计环节为主的一系列质量管理手段的集合体，也称为“质量工程学”。

田口方法的基础是“参数设计“，它是”线外质量工程学”的核心。

此外还有“质量损失函数”，则是“线内质量工程学”的核心。

后来，作为田口方法发展的新成员，又出现了马田系统（ＭＴＳ）。

本篇将围绕田口方法中的线外质量工程学的主体——参数设计问题作详细解释．同时也对已成为线内质量工程学主体的质量损失函数问题作简要介绍。

１．参数设计的目标——实现“稳健性产品设计”万方数据万方数据万方数据万方数据万方数据日本企业质量管理方法简介(二)田口方法的基础和核心——参数设计作者：李堃作者单位：刊名：上海质量英文刊名：SHANGHAI QUALITY年，卷(期)：2008(4)本文链接：/Periodical_shzl200804013.aspx。

田口设计、筛选设计原理及优缺点1. 概述田口设计（Taguchi Method），又称鹫尾法，是一种常用的质量设计方法，其主要任务是设计出一种稳定、优质且经济的产品。

该方法于20世纪50年代在日本被发明，并被广泛应用于日本制造业中。

田口设计侧重于提高产品的质量，避免缺陷和浪费，同时也帮助企业节约了时间和成本。

2. 田口设计原理田口设计的核心原理是采用系统化的方法来处理不确定性，以尽可能降低产品设计和制造过程中的风险。

具体来说，田口设计在设计产品时采用了三个基本原则：2.1 优化设计田口设计关注的是整体质量，而不是从零件的角度考虑。

它通过合理地调整设计变量来优化产品，同时减少资源浪费。

这种方法旨在最小化质量变异度，从而使产品满足用户需求并达到稳定的状态。

2.2 统计技术田口设计避免了人工试错，取而代之的是使用统计技术来分析数据。

通过收集数据并使用正交试验等方法分析数据，可以确定哪些设计变量对产品的性能和质量有重要影响，并且可以找到最优的设计方案。

2.3 鸭子理论鸭子理论是田口设计的核心理论，它认为生产流程中会存在各种干扰性因素（如原材料、操作、环境等），这些因素会对产品的质量造成不良影响。

鸭子理论就是要尽可能将这些因素的影响降至最小。

3. 筛选设计原理筛选设计是指在实验中排除一些无关因素，只考虑目标因素对实验结果的影响，从而找到最优的设计方案。

田口设计中也包含了筛选设计这一环节，其主要原理包括：3.1 对设计变量进行分类田口设计首先将设计变量进行分类，分为控制因素和干扰因素。

控制因素是和产品性能和质量有关的关键因素，干扰因素则是一些不关心的、与产品性能和质量无关的因素。

通过对设计变量进行分类，可以有效地减少实验结果的变异度，提高研究的精度。

3.2 选择正交实验正交实验是筛选设计中常用的实验方法。

与传统实验方法不同，正交实验可以同时考虑多个因素对实验结果的影响，从而找到最优的设计方案。

正交实验是一种高效、经济、可靠的设计方法，可以避免不必要的实验，同时提高实验的精度。

序言一九八Ο年代初作者正在美國攻讀博士學位，目睹了美國產業界最低潮的年代：面對日本高品質的商品，美國公司幾乎無力與之競爭。

美國人開始思考如何提升商品的品質，開始向日本探索「品質」的秘密。

深入視察過日本工業的美國學者發現，每一家日本公司都在使用一種類似「實驗計劃法」（design of experiments, DOE，參考資料7）的方法在進行品質改良的實驗，「狂熱地」在追求品質的極緻。

這套基本理論源自西方但被西方忽視、而在日本已被應用幾十年的改善品質的方法立刻被介紹到美國，並被美國工業界稱為「田口方法」（Taguchi Method，參考資料15至22）——因為田口玄一博士被公認為這套方法的最大貢獻者。

為了回饋美國的統計學者（諸如Dr. W. E. Deming等）對日本「品質工程」上的貢獻，也為了回饋美國人在戰後協助重建日本，田口玄一博士風塵僕僕來到美國傳播他的「福音」。

今天，他在底特律（Detroit）主持非營利性的「美國供應商協會」（American Supplier Institute, ASI, 參考資料1），其宗旨為協助美國工業界改善產品品質。

至今，包含AT&T、福特汽車公司、Motorola、柯達等很多的企業，正廣氾地在應用「田口方法」；「品質」已不再是日本人的專用名詞。

台灣在一九八Ο年代末期即開始引進「田口方法」，並試著推廣到工業界。

至今，整個推廣工作並不算是很成功，工業界大多知道此方法的存在，但卻沒有普遍的在應用，其中一個值得大學機構反省的是：一般工業界人士認為「田口方法」深懊難懂。

作者卻認為「田口方法」的理論本身應該可以是簡短易懂的（困難是在於有效率的應用），ASI也一直致力去蕪存菁、化繁為簡，避開艱懊難懂的統計學觀念，使此方法能讓一般大專程度的工程師也能接受、了解、而加以應用。

因為唯有如此才有可能讓「田口方法」普及於一般工廠中。

寫一本簡短易懂的本土教科書，這是作者撰寫本書的動機。

品质管理系列教程主讲：李联伟©18.7space田口方法实战技术©18.7space 课程内容◆实验设计概述；◆田口方法中的名词概念；◆直交表；◆品质损失函数；◆田口方法的应用。

实验设计概述©18.7space□为什么需要实验设计同样在生产同规格的产品，为什么有些厂商的良品率就是比较高。

同样是在生产同类型的产品，为什么有些人的产品品质以及寿命就是比较好，而成本又比较低呢？相同原料相同制程为什么良品率不一样？相同产品相同功能更便宜的原料为什么可以做出低成本高质量的产品？实验设计概述©18.7space□什么是实验设计一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法；实验设计主要对实验进行合理安排，以较小的实验规模（实验次数）、较短的实验周期和较低的实验成本，获得理想的实验结果和正确的结论□实验设计进行的时机◎要为产品选择最合理的配方时（原料及其含量）；◎要对生产过程选择最合理的工艺参数时；◎要寻找最佳的生产条件时；◎要研制开发新产品时；◎要提高老产品的产量和质量时；◎……实验设计概述□实验设计的意义实验设计的目的是用最少的实验次数实现下述期望：◎提高产量；◎改进质量；◎降低成本；◎缩短研究开发的时间；◎建立指标与因子的关系；◎选择合理的工艺参数或配方；◎…….©18.7space实验设计概述□实验设计的发展历程▲20世纪20年代由英国学者费舍尔（R.A.Fisher）率先提出；最初在农田实验方面取得重要成果；欧美各国将此法用于生物学、医学等领域的科学研究；▲二战后实验设计法在工业中得到推广和应用；▲日本学者田口玄一首先将实验设计成功得应用于新产品的开发。

对于一些复杂的制程和产品，利用实验设计法合理的选择适当的参数，可以大大改善产品功能目标值的稳定性，即所谓稳健性设计；▲20世纪70年代初期，我国著名数学家华罗庚带头在我国推广实验设计法。

©18.7space实验设计概述□实验设计中的几个概念◎品质特性实验中的应变量，是反映实验结果好坏的标准，是实验结果比较的依据。

田口博士的质量哲学和方法Dr. Taguchi's Philosohpy and Methods编者的话随着质量科学的发展，人们已逐渐达成共识：预防性是现代质量管理的核心所在。

质量，不是靠对出厂产品进行合格检验得来的，也不仅是靠控制生产过程减少不合格品得来的；这好比治理黄河，中游和下游都无法有效地控制水质，只有用正本清源的方法，在源头和上游采取措施，方可有效地达到预期的目标。

田口玄一博士由此展开思路，运用东方独特的哲学思想，形成自己的质量哲学，即：在产品最初的开发设计阶段，通过围绕所设置的目标值选择设计参数，并经过实验最低限度减少变异从而把质量构建到产品中，使所生产的全部产品具有相同的、稳定的质量，极大地减少损失和成本。

换句话说，是把顾客的质量规格分解成设计参数，形成预期目标值，最终研制出高质量、低成本且性能稳定可靠的“物美价廉”的产品。

田口博士把数理统计、经济学应用到质量管理工程中，发展出独特的质量控制技术，比如，头脑风暴法、OA法和参数设计方法等，创立了“质量工程学”(Quality Engineeting ，QE)，又叫“田口方法”(Taguchi Methods)，目前已在世界全国得到广泛的应用。

QE主要包括两个方面的内容：“脱线”(off-line)QE属于生产线以外的阶段，主要研究产品的开发设计和生产工艺设计阶段使产品质量优质，低成本、功能稳定可靠的质量控制方法。

田口博士把产品设计分为系统设计(系统选择)、参数设计和容差设计三个阶段，因此也称为三次设计。

“在线”(On-line)QE属产品的生产阶段，主要研究生产现场中有关质量控制的技术。

它包括工序的诊断与调节、预防维修方式的设计以及产品的检验与处理等内容。

田口博士在八十年代初曾来我国进行演讲，有力地推动了该方法在我国的应用，应用领域涉及电子、化工、光学、机械、车辆、兵器等行业，取得大量的成果，创造出可观的经济效益。

为积极迎接“质量世纪”的到来，参与激烈的市场竞争，在全国各行业更好、更快地推广普及和深入应用田口方法，我们推出本期内容。

管理ABC田口方法是由日本著名质量管理专家田口玄一博士于上世纪70年代创造出来的，田口博士本人将其命名为质量工程学。

它的特点是将数理统计、工程技术和经济学等结合起来应用于质量管理中，由于其原理和操作都相对简单，在日美等国家的工程技术领域得到广泛关注。

田口的所有理论都从他独树一帜的波动质量观出发，通过损失函数将质量特性和成本紧密相连。

它是一种低成本、高效益的质量工程方法，它强调产品质量的提高不是通过检验，而是通过设计，并使用先进的试验技术来降低设计试验费用，这也正是田口方法对传统思想的革命性改变。

田口因其在质量工程领域的贡献，分别三次被授予戴明奖，此外还获得了W illard Rockwell奖、蓝带奖、休哈特奖章，1997年被选为ASQC的荣誉会员。

一、田口方法的体系田口玄一博士的质量保证理论自成体系，它的理论基础是田口质量观、质量损失函数等。

田口质量观是整个田口方法论的基础。

田口玄一把质量定义为：“所谓质量是商品上市后给予社会的损失。

但是，由功能本身所产生的损失除外”。

田口认为只要质量特性值偏离目标值就会产生质量损失，同时他认为决定产品规格界限的不应是工程师而应是消费者容许的界限。

田口博士将质量分为二类：第一类是顾客要的，这包括机能本身、外观、产品种类、等相关议题；第二类是顾客不要的，例如社会损失、失效、缺点、污染、机能变异等。

第一类的质量与顾客个人的所得收入与价值观有关。

第二类的质量问题正是工程师所要改善的，它对于市场占有率有着重要的影响，并可提升市场的竞争力。

田口博士认为所有第二类型的质量问题都是起因于以下三种杂音因子：(1)环境使用状况；(2)退化与磨损；(3)个别的差异（即制造的不良）。

田口的质量观导致了现代质量损失原理的产生：当产品质量特性等于设计目标值时，质量损失为零，只要产品质量特性偏离设计目标值就会产生质量损失，而且偏离越大产生的质量损失越大。

为了定量描述质量损失，田口提出了质量损失函数。

实验设计方法(Design of Experiment)Taguchi Method田口正交实验设计法什么是Taguchi实验设计法Taguchi(田口)实验设计是利用正交表来挑选实验条件和安排实验的实验方法.此实验设计方法最早是由日本质量管理专家田口玄一(Genechi Taguchi)提出, 由此又深化发展出参数优化设计, 公差设计和稳健设计(Robust Design).Taguchi方法的基本概念.1. 质量损失函数(Quality Loss Function)田口方法认为, 质量的定义是产品由于质量的缺陷对带来的损失. 其损失可以用一个质量损失函数来表示:L= (y-m)2CL为损失y为特定的质量特征的实际值m为质量特征的目标值C为损失的常数2. 正交表(Orthogonal Array):正交表是正交实验设计的基本工具. 是在运用组合数学理论的正交拉丁方的基础上构造的一种规格化的表格. 其符号为L n(j i)其中:L – 正交表的代号n - 正交表的行数, 即实验次数j - 正交表中的数码, 即因素的位级数I - 正交表的列数, 即实验因素的个数一个L8(27)的结构为:正交表L8(27)此表为7个因素, 2个位级的8个实验组合的正交表.在这个正交表中, 你可以看到, 任意一个因素的任意一个位级出现的次数都是4次, 也就是说他们出现的机会是平均的, 同时, 任意两列的位级的组合是(1, 1), (2, 2), (1, 2), (2, 1)各出现2次, 也是均衡的.这是比较常用的两个位级的正交表之一, 还有3个位级, 4个位级和5个位级以及混合位级的正交表.3个位级的正交表(例)混合位级的正交表(例)3. 信噪比(Signal to Noise Ratio)信噪比和稳健(Robustness)的概念紧密相关, 稳健的概念追求产品或流程的表现在受到因素的波动时候的稳定性.这个比用S/N来表示.S/N可以是:! 望目值 – 某个目标值! 望大值 – 比如合格率! 望小值 – 比如维修时间利用Minitab进行Taguchi实验方法的实例一个接触器的使用寿命的实验设计Y = 寿命(衡量指标为: 次)因素:A = 触片形状(标准, 长)B = 支撑长度(全长, .25mm间隙)C = 材料厚度(0.012 , 0.011)D = 方向(标准, 横向)在Minitab中, Stat>DOE>Taguchi > Create Taguchi Experiment选择正交表输入因素的名称和位级得到Taguchi方法的实验表收集实验数据分析Stat > DOE > Taguchi > Analyze Taguchi Design同时考察S/N, Mean 和 Standard Deviation这里的S/N是望大(寿命)结果\对分析的结果来看，当需要提高接触器的寿命时, 各因素的设置为较长的长度, 25毫米的支撑间隙, 0.11的材料厚度和标准方向.。

DOE实验设计过程优化的田口原一方法田口原一方法（Taguchi Method）是一种用于优化实验设计过程的方法。

该方法由日本质量工程师田口原一所发明，旨在通过尽量减少实验次数和资源消耗来找到最佳的实验参数组合，从而实现产品和过程优化。

田口原一方法概述田口原一方法有三个关键概念：参数设计、系统设计和参数优化。

参数设计：该步骤确定对待测参数有影响的因素和水平。

因素是指那些对结果有潜在影响的变量，水平是指每个因素所采取的可能取值。

因素和水平的选择是根据先验知识、经验和实际情况来确定的。

系统设计：该步骤建立一个实验矩阵，其中包括了待测参数的所有组合。

实验矩阵是根据参数设计中的因素和水平来设计的，通过列举出所有可能的组合，以便找到最佳的组合。

参数优化：通过对系统设计中的实验结果进行统计分析，可以确定对结果有最大影响的因素和水平组合。

通过对这些因素进行优化，可以降低系统对参数变化的敏感性，提高产品和过程的稳定性。

田口原一方法优势田口原一方法有以下几个优势：1.较少的实验次数：由于系统设计包含了参数设计中所有的组合，可以通过较少的实验次数来获取足够的信息。

这样，可以节省大量的时间和资源。

2.易于分析：实验结果可以通过统计分析来确定最佳的参数组合。

通过这种分析，可以快速了解各个因素对结果的影响程度，并作出相应的调整和优化。

3.鲁棒性：田口原一方法可以通过找到最佳的参数组合来提高产品和过程的鲁棒性。

鲁棒性是指系统对参数变化的敏感性。

通过优化参数组合，可以降低系统对参数变化的敏感性，提高产品和过程的稳定性。

应用案例田口原一方法已经广泛应用于各个领域，例如制造业、服务业、医疗保健等。

例如，在汽车制造业中，田口原一方法可以用来优化汽车零件的设计和制造过程。

通过优化参数组合，可以降低零件的故障率，提高汽车的质量和可靠性。

在医疗保健领域，田口原一方法可以用来优化药物的配方和制备过程。

通过优化参数组合，可以提高药物的疗效和安全性，减少不良反应的发生率。