小議數據處理在質控中的應用

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中文摘要：

數據處理在質量控制中應用非常廣泛，比如在在產品設計階段產品設計階段的質量控制已經成為產品質量控制的“瓶頸”。在明晰產品設計質量概念的基礎之上，建立起產品設計質量控制層次模型，結合該模型，對當前典型的現代產品設計質量控制技術與方法：六西格瑪設計、保質設計、產品設計波動風險管理、產品屬性及早確定方法、設計過程防錯法等的研究現狀進行了綜述，最后，通過對數據進行搜集。處理。分析總結了產品設計質量控制方法及技術研究存在的不足，并對后續研究作了初步的展望。逐步完善，從而對產品質量進行控制

關鍵詞：產品設計質量、質量控制層次模型

控制技術與方法：通過對數劇處理對產品質量進行控制

一、正文

隨著產品設計和全面質量管理與控制理論方法研究的不斷深入，人們慢慢發現：產品質量的70%-80%是在設計階段決定的；產品設計階段的質量控制是產品的“瓶頸”，在產品設計階段進行質量控制成效比最高。所以，人們不斷從改進產品設計過程本身和集成質量控制方法兩方面來進行研究，出現了以大量相關的產品設計階段質量控制理論、技術和方法。盡管如此，產品設計階段質量控制情況卻不容樂觀：挑戰號航天飛機爆炸事件、火星氣候軌道太空船失蹤事件等根源于設計階段質量問題的重大事故層出不窮；據一項調查顯示，日本制造業70%的質量損失都根源于設計階段企業產品質量控制成本居高不下，而且其構成不合理，設計階段質量控制預防成本比重有待提高。

為此，加強產品設計階段的質量控制方法及技術的研究和實踐，是提高產品整體質量水平，優化和降低整體質量成本的最好途徑。本文首先在產品質量概念的基礎之上明晰了產品設計質量的概念，提出產品設計質量控制層次模型，結合該模型，對當前典型的現代產品設計質量控制技術與方法的研究現狀進行了綜述，最后，總結了研究中存在的不足，并對后續研究作了初步的展望。逐步完善，從而對產品質量進行控制。

為了對產品設計階段的質量進行全面有效的控制，首先必須明確控制對象，即描述清楚產品設計階段質量內容與表現形式。雖然關于質量控制的研究文獻很多，但質量的概念還沒有得到有效的定義，為此不少研究機構與學者對產品質量、設計質量的定義進行了相關的研究，試圖解決上述問題。

在產品質量定義方面，典型的研究如下：iso9001：2000標準給出的定義，產品質量即一組固有特性滿足要求的程度；歐洲質量標準din55350給出的定義，產品質量即產品屬性和特征滿足給定要求的程度。此外，哈佛大學商學院davida.garvin教授提出的產品質量的8維框架概念，丹麥技術大學工程設計研究所教授mikkelmorup提出的2類質量論，即q和q。

產品設計質量是產品質量在設計階段的實例化，在這方面典型的研究如下：歐洲著名工程設計專家hubka.v提出了9種影響產品設計質量的因素，即顧客需求、技術體系、設計過程、設計人員、質量保證工具、技術知識庫、設計過程的管理、設計環境和設計人員使用的過程及方法；我國學者謝友柏院士從設計的觀點認為，產品質量是從屬于功能的，質量特性依附于產品設計特征之上，沒有功能就談不上質量，質量是實現功能的程度和持久性的一種度量；美國知名質量管理專家dr.gavinfinn提出，產品設計階段的質量，是通過圖紙和產品設計技術文件等的質量體現出來，度量的一般標準為：實現功能需求的充分性幾何數據的準確性和設計數據對下游需求的適配性等；挪威科學技術大學的einarj.aa教授提出從概率的角度來定義設計質量，即設計對象滿足規范的概率，q設計=p概率設計對象滿足規范根據系統設計方法、公理化設計方法和功能-行為-結構演進設計方法，產品設計階段可以描述為：將需求在一定的約束條件下，分階段依次映射為功能模型、結構模型，最后生成工程圖紙和產品說明書，產品參數狀態依次為需求參數、功能描述參數、結構描述參數和結構特征參數等。從上可以看出，產品設計的實質是設計參數狀態和特征屬性的變化，產品設計參數是產品設計信息承載的主體。為此，在結合產品質量和產品設計質量概念相關研究基礎之上，論文從便于設計質量控制的角度給出設計質量的概念：即產品設計階段質量特性滿足產品功能和性能約束等要求的程度，度量程度的標準是各級設計的輸入，度量的形式為設計輸出/設計輸入，其中質量特性是產品各級設計參數向質量控制視圖映射的集合，產品所有質量特性的集合構成產品數據的質量視圖，它們是質量控制應用領域操作的主要對象。

在明晰產品設計質量概念的基礎之上，為了對其進行不同層次的有效控制，同時便于系統地分析其控制策略和方法，提出如下的產品設計質量控制層次模型，如圖1所示。...

質量表現層...

質量特性層...

設計參數層

圖1產品設計質量控制層次模型

從圖中可以看出，對產品設計質量的控制可以從質量表現層、質量特性層和設計參數層等不同層次進行控制。質量表現層通過控制和消除質量問題的具體表現形式來達到，典型表現形式為功能波動、功能失效和設計錯誤等來保證產品設計質量，它屬于產品設計質量控制的最外層；質量特性層通過控制決定和影響產品質量的質量特性來實現對產品設計質量的控制和保證，質量特性是產品的固有特性[10]，可以從需求和各級產品設計參數中提取。它屬于產品設計質量控制的中間層；設計參數層通過直接控制設計要求所關心的相關產品屬性的設計參數，對其相關特性進行控制，達到對產品設計質量進行控制和保證的要求。它屬于產品設計質量控制的最下層。隨著人們慢慢意識到產品設計質量的重要性，如何使其得到有效的控制引起了學術界和工業界的廣泛關注，在iso9000系列質量控制與管理標準體系的影響下，出現了一些實踐證明行之有效的產品設計質量控制技術與方法。這些技術與方法在產品設計質量控制層次模型中分布如圖2所示。

失效模式與產品設計波設計過程

影響分析田口方法動風險管理防錯法

質量表現層

質量功能配置六西格瑪設計

質量特性層

產品屬性及設計評估保質設計

早確定方法

設計參數層

圖2產品設計質量控制方法和技術分布層次模型

從上圖中可以看出，這些技術和方法都從某個控制角度對產品設計階段的質量進行控制，其中：失效模式與影響分析側重從識別、分析和消除潛在功能失效來提高產品可靠性；田口方法側重于通過增強設計方案的穩健性來提高產品質量，即提高產品抵抗制造和使用過程等外界環境因素波動的能力；產品設計波動風險管理法側重于從總體上識別、評估和消除產品的關鍵特性的波動風險；設計過程防錯法側重于預防和控制設計階段的錯誤來減少質量損失；質量功能配置側重于優化產品定義，將顧客需求轉化為工程要求，將顧客需求配置到設計當中去；六西格瑪設計從質量改進的角度出發，以識別、優化和驗證ctqs（criticaltoqualitycharacteristics，質量關鍵特性）為主線來提高產品設計質量；設計評估側重對產品設計階段性結果進行評估，評價其是否有能力滿足相應的設計要求和設計約束，評估結論作為是否轉入下一階段設計的主要依據；產品屬性及早確定方法[36]-[38]側重于從預防設計缺陷負面影響，改進產品設計過程中分析計劃，盡早對產品設計缺陷進行分析，確定產品屬性，來保證產品設計質量；保質設計側重于從總體上提出一套方法和工具來保證產品設計階段的質量，由于質量概念的模糊性和廣義性，保質設計正在成為一種集成dfx（designforx，面向產品全生命周期的設計）工具的集成框架。下面對六西格瑪設計、保質設計、產品屬性及早確定方法、產品設計波動風險管理和設計過程防錯法等產品設計質量控制典型的技術和方法進行簡要綜述。

六西格瑪設計（designforsixsigma，dfss）的初始思想起源于產品公差設計，隨著實踐的不斷深入，漸漸地人們把這種思想應用到產品的參數設計、結構設計、功能設計和產品定義階段等產品設計全階段，漸漸地形成了貫穿于產品設計階段的一套理論方法體系。六西格瑪設計提供了一套識別、分析和轉換產品開發過程中各級ctqs（criticaltoqualitycharacteristics，質量關鍵特性）的流程、工具和方法。iddov（identify（識別）、define（界定）、develop（展開）、optimize（優化）、verify（驗證））流程是大家公認的適應于制造業的六西格瑪設計流程。美國著名六西格瑪設計專家subir.chowdhury對iddov流程各個階段的詳細內容和支持工具和方法進行了總結，其中包括：全面質量管理工具、設計控制工具和可靠性設計工具等。關于六西格瑪設計方法的研究主要分為六西格瑪設計流程以及和現有設計過程的融合、工具方法的使用集成和dfss項目實施方法等方面。

保質設計（designforquality，dfq），又名面向質量的設計，其概念產生于20世紀八十年代末，它是面向質量的產品設計方法學，其基本思想是將質量保證措施與設計過程有機的結合在一起，將產品質量需求和質量特征融入到產品設計過程中，確保產品設計質量，縮短設計時間，降低設計成本。dfq是一種新興的理論，正在不斷地發展和完善。hubka認為：dfq就是建立一個知識系統，它能為設計者實現產品或過程的要求質量提供所有必須的知識；m．morup博士把質量分為q和q兩類：q-外部質量，指顧客能感受到的質量，即最終產品所體現的特征、特性；q-內部質量，指企業內部為實現q而進行的一切生產活動的質量，如采購、設計、生產、裝配等質量，并基于全面質量管理pdca（plan-do-check-action）環提出了dfq的基本活動單元：制定目標、質量合成與質量評價決策構成。其中，規劃單元制定各階段的質量目標，合成單元采用各種設計方法進行兩類質量的目標，評價決策單元以各階段的質量目標為基準，對各設計方案進行分析對比，對產品的質量進行驗證與擇優，保質設計過程實際就是在質量兩類論的基礎上，以基本活動單元為手段，設計相應的內部質量q來保證外部質量q的過程；在國內，浙江大學機械系教授吳昭同和余忠華教授對保質設計策略和方法、保質設計中方案評價及其關鍵技術和基于知識的保質設計專家系統進行了研究。

產品零件尺寸和工藝的波動是影響產品質量的主要原因之一，田口（taguchi）和戴明（deming）為此給出了大量的論據，sixsigma作為一套系統的通過消除波動來提高質量的方法的成功也證實了這一點。為此，為了改進產品設計過程，麻省理工學院機械工程系教授annac.thornton在分析對19家企業22種工業實踐調查結果的基礎上，提出了一套基于關鍵特性的消除產品設計過程波動及其影響的方法和工具：產品設計階段波動的波動風險管理框架（variationriskmanagementframework，vrm），為企業在設計階段進行系統的質量控制提供一套有效的方法。vrm是一個持續識別、評估和降低波動風險的過程，波動風險是制造過程影響產品最終質量和失效成本的概率。它由三部分構成：識別潛在風險（identification）、評估相關風險（assessment）和通過控制策略降低風險等（mitigation），此外，這些過程還需要基礎支持系統的支持（supporting），支持系統包括：文檔管理、供應鏈管理和管理層支遲基于隨著產品設計過程的進展，設計自由度逐漸下降，更改成本越來越高，產品屬性相關知識逐漸增加的思想，為了緩解產品后期開發的時間和成本壓力，德國慕尼黑工業大學(universityoftechnologymunich)ralfstetter教授等人提出了產品屬性及早確定方法（earlydeterminationofproductproperties），盡早對產品設計缺陷進行分析，確定產品屬性，來保證產品設計質量。在“由設計更改所導致的設計過程重復所引起的產品開發時間和成本可以通過早期階段合理的應用分析來減少”的基本假設下，產品屬性及早確定方法主要通過在產品設計早期增加分析過程來實現，分析過程包括：澄清任務、分析策劃、性能分析和執行，由此來實現產品設計過程中的知識由低信息度向高信息度演變，輔助設計人員進行決策。為了便于工業應用，udolindemann等人開發出參數檢查模板工具來支持整個分析過程，并在寶馬（bmw）汽車公司進行應用研究，取得了較好的效果在日本豐田汽車公司的工業工程師shigeoshingo提出的poka-yoke（error-proofing，防錯）方法的基礎之上，美國stanford大學的manufacturingmodelinglaboratory首次提出了設計過程防錯法的概念，針對當前設計錯誤的管理還停留在依靠設計評審和考評表進行反應式的被動管理的現狀，他們提出一套主動預防性的設計過程錯誤預防方法（designprocesserror-proofing），對產品設計過程中的錯誤進行有效的管理，盡量減少設計錯誤和設計錯誤所帶來的損失。設計過程防錯法主要過程為：定義設計錯誤；識別錯誤；分析錯誤；預防錯誤。定義設計錯誤階段給出設計錯誤即影響產品功能特征、成本和開發時間的事件集合；識別錯誤階段識別出潛在的設計錯誤。選定目標過程，收集相關信息，分析找出設計過程的關鍵任務，找出可能存在的設計錯誤，并填寫設計過程錯誤fmea表；分析錯誤階段對識別出來的錯誤進行分類和分級。首先進行分類，分為知識錯誤、分析錯誤、通信錯誤、執行錯誤、更改錯誤和組織錯誤等。然后利用顧客權重錯誤公共指數（customerweightederrorcommonalityindex）分析對設計錯誤進行分級；預防錯誤階段尋找相應的錯誤預防方法利用錯誤共性指數（errorcommonalityindex）找出錯誤基本原因，找出主動預防錯誤的方法。

在以上綜述的基礎上，總結出當前產品設計質量控制研究中存在的以下不足：

1、缺乏系統性的設計質量控制與保證理論方法研究。由于產品設計階段質量控制問題沒有制造、生產階段那樣明確和具體，目前還處于基于質量管理體系的質量表現層控制和基于設計評估的設計參數層控制相脫離的發展探索階段，還沒有形成一套以質量特性層為核心的獨立的產品設計質量控制理論方法，產品設計質量控制理論基礎亟待增強；

2、對新的設計模式下質量控制與保證方法的研究不足。并行設計和協同設計等新的產品設計模式為產品設計階段質量控制提供支持的同時，也提出新的需求，如何建立和開展這些新的產品設計模式下的質量控制方法體系，已經成為制約產品質量水平進一步提高的“瓶頸”；③缺乏相應的軟件系統支持。隨著產品設計和開發過程和工具的數字化和自動化水平不斷提高，為了支持該階段的質量控制，必須開發出相關的產品設計質量控制軟件和工具，并和產品數據管理（productxatamanagement，pdm）/產品全生命周期管理（productlife-cyclemanagement，plm）等產品設計開發平臺進行集成。相應軟件系統支持的缺乏已經成為制約該領域發展的絆腳石。在現有研究的基礎之上，為了彌補當前研究當中的不足，本文對產品設計質量控制后續。

研究作如下初步展望：1、設計質量控制與保證基礎理論方法研究。結合iso9000質量管理體系產品實現條款要求和產品設計過程自身特點，基于質量特性層建立起外層質量表現和內層設計參數之間的內在聯系，研究質量特性提取、篩選和傳遞等方法，在產品設計階段形成產品數據的質量視圖，基于質量特性建立起系統的設計質量控制與保證基礎理論方法；2、基礎理論方法的實現技術研究。在明確質量特性的重要地位基礎之上，基于質量特性建立起貫穿產品設計階段的質量控制方法體系，整合現有設計控制和質量控制方法，體現產品設計質量控制基礎理論；3、集成化的軟件支持工具系統開發。在已有計算機輔助質量系統（computeraidquality，caq）的基礎上，以產品設計質量信息管理系統為起點，開發出識別、分析和控制產品質量特性的工具和方法，建立起貫穿于產品全生命周期的集成化質量控制與信息管理系統。

二、結束語

隨著產品設計質量得到越來多的重視，如何對其進行經濟而有效的系統控制，提高產品整體質量水平，已經成為工業界和學術界重點研究的課題。本文的目的是通過對產品設計質量基本概念、控制層次模型和典型控制技術與方法的論述，使人們對產品設計質量控制技術與方法有一個正確、系統的認識，有效的利用對數據的搜集處理輔助企業對其產品設計階段的質量進行控制，提高產品質量水平。