品質管理之穩健性設計 應用田口方法 工業工程與管理系教授 楊 烈 岱 98.11.10
工業工程的品質管理 (IE). 田口方法的需要性 模組 1—系統設計法. 模組 2—參數設計法. 模組 3—公差設計法. 內容綱要 工業工程的品質管理 (IE). 田口方法的需要性 模組 1—系統設計法. 模組 2—參數設計法. 模組 3—公差設計法.
柏拉圖 魚骨圖 直方圖 管制圖 Run Chart etc. 常用的品質工具 柏拉圖 魚骨圖 直方圖 管制圖 Run Chart etc.
QC 工具可以用來發現產品缺點 Causes Can be: Operator, Material, CNC programming, Measurement, …….etc.
在產品或製程設計階段強調品質問題 Leads to a more robust and reliable product because quality is designed into the product instead of adding it in at a later stage. 方法: 實驗設計、田口方法.
實驗設計之策略 一次一因子. 因子設計.
改變進刀率, 固定主軸轉速、 切削深度、刀具半徑、 材料、 … 等. 缺點: 無法考慮因子交互作用 一次一因子設計 改變進刀率, 固定主軸轉速、 切削深度、刀具半徑、 材料、 … 等. 缺點: 無法考慮因子交互作用
因子設計 同時考量兩個以上因子
實驗設計 小結 全因子設計之成本過高，並非是一經濟的 好方法。 (45=1280 runs)
Plastics Injection Modeling Using Taguchi Method 塑膠射出成型應用田口方法
任何世界級企業均需應用田口方法找出降低變異的因子. Dr. James M. Cupello , President of Quality Engineering Associates, San Antonio, Texas, (1999) indicated that 任何世界級企業均需應用田口方法找出降低變異的因子.
企業應用田口方法的例子
模組 1--系統設計法 模組 2--參數設計法 模組 3--公差設計法 田口方法包括 模組 1--系統設計法 模組 2--參數設計法 模組 3--公差設計法
目的: 設計一製程或產品系統可以產生一好產品符合顧客需求. 模組 1—系統設計法. 目的: 設計一製程或產品系統可以產生一好產品符合顧客需求.
衝模加工的系統設計是?
衝模系統圖 系 統 雜音因子: 原料硬度, 模具形狀, 溫度, 等等. 可控因子:衝模間隙,衝模力量, 衝程距離, 潤滑油, etc. 輸入: 原料, 能源 輸出: 產品 可控因子:衝模間隙,衝模力量, 衝程距離, 潤滑油, etc.
衝模設計
銑床操作系統設計
模組1 了解到 因此田口參數設計需要被介紹 輸入、可控、不可控等因子將會影響一個系統的功能表現。 系統功能的量測包括目標值與變異數。 系統可以正常工作，但它可以更好。 因此田口參數設計需要被介紹
田口參數設計 設計製程或產品使之對雜因因子不敏感 (To design processes or products so that they are robust to noise factors.) Robust means: The process or product performs consistently and is relatively insensitive to factors that are difficult to control.
(without affected by noise factors) 穩健性 (可控因子) Feed rate, speed, depth of cut 產品具一致性功能與特性. Ex. Length. (without affected by noise factors) 原料 製程 不可控 雜因因子
模組 2 -- 參數設計法 鋼板衝製田口參數設計
田口參數設計步驟 1. 選擇品質特性 2.選擇可控與不可控因子 3.選擇直交表 4. 執行實驗 5. 分析結果與最佳參數組合
衝模設計參數 獨立因子 (A) 衝模間隙 (B) 衝程距離 (C) 衝擊力量 (D) 材料厚度 (E) 材料硬度 相依因子(Response) 鋼板長度大小
參數 水準 衝模間隙 (A) 7.5 min 15 min 22.5 min 衝程距離(B) 0.5 in 1.0 in 1.5 in 衝擊力量(C) 100 lb 300 lb 500 lb 材料厚度(D) 1/16 in 1/8 in 3/16 in 材料硬度(E) HRc<30 HRc>=30
實驗設定
完成品
田口直交表 L9(34)
L9(34) E1 E2 y1 y2 y3 y4 A B C D 1 7.5 0.5 100 1/16 2 7.5 1.0 300 2/16 3 7.5 1.5 500 3/16 4 15 0.5 300 3/16 5 15 1.0 500 1/16 6 15 1.5 100 2/16 7 22 0.5 500 2/16 8 22 1.0 100 3/16 9 22 1.5 300 1/16
Response Raw Data A B C D y1 y2 y3 y4 1 7.5 0.5 100 1/16 35 38 30 37 2.0035 in E1 E2 A B C D y1 y2 y3 y4 1 7.5 0.5 100 1/16 35 38 30 37 2 7.5 1.0 300 2/16 56 57 60 55 3 7.5 1.5 500 3/16 64 66 63 68 4 15 0.5 300 3/16 78 79 84 83 5 15 1.0 500 1/16 58 63 66 72 6 15 1.5 100 2/16 67 75 69 73 7 22 0.5 500 2/16 83 95 87 90 8 22 1.0 100 3/16 98 105 92 107 9 22 1.5 300 1/16 113 120 116 108
反應平均值與S/N比 y1 y2 y3 y4 Average S/N Ratio 1 35 38 30 37 35 19.85 1 35 38 30 37 35 19.85 2 56 57 60 55 55 28.43 3 64 66 63 68 65 29.37 4 78 79 84 83 81 28.79 5 58 63 66 72 64 20.88 6 67 75 69 73 71 25.78 7 83 95 87 90 88.78 24.88 8 98 105 92 107 100.5 23.32 9 113 120 116 108 114.3 27.08
ANOVA 表
因子A於水準1之平均效應 因子A於水準2之平均效應 因子A於水準3之平均效應
因子A於水準1之S/N比效應 因子A於水準2之S/N比效應 因子A於水準3之S/N比效應
反應圖
A,B,C and D 因子均顯著影響鋼板長度 最佳化因子與水準為
衝模設計參數 獨立因子 (A) 衝模間隙 (B) 衝程距離 (C) 衝擊力量 (D) 材料厚度 (E) 材料硬度 相依因子(Response) 鋼板長度大小
A1:衝模間隙 7.5 μin. B3:衝程距離 1.5 in. C2:衝擊力量300 lbs. D3:材料厚度 3/16 in. 最佳化操作條件 A1:衝模間隙 7.5 μin. B3:衝程距離 1.5 in. C2:衝擊力量300 lbs. D3:材料厚度 3/16 in.
期望反應值
如何確認製程之最佳參數。 了解干擾因子可能影響製程功能如材料之硬度變異。 要持續降低變異。 模組2 得知 如何確認製程之最佳參數。 了解干擾因子可能影響製程功能如材料之硬度變異。 要持續降低變異。 因此需要進行田口公差設計 Incoming material hardness is a noise factor in the experiment because it is difficult to control the variation of the product from different batches and suppliers.
模組 3 –公差設計法 田口公差設計 當參數設計法所產生之最佳化操作組合無法有效降低雜音效果時，則公差設計法就需要被應用。
Hole Plate (from sheet steel) 決定材料硬度之差 Hole Plate (from sheet steel)
孔板長度之尺寸受鋼板硬度(HRc)之影響 假如HRc變化一單位，則孔板長度之尺寸變化 7 in.
田口損失函數 USL LSL Nominal
X 是硬度特性, 而 是對孔板長度影響之效應，當 x 變化一單位時. 損失函數如下 其中 m 是孔板硬度之目標值.
當硬度無法符合規格公差要求時 已損失A 取代 L 而 因此,
鋼板硬度之公差 硬度之公差以 表示
如何設定材料公差， 根據品質損失 函數。 例如 30 1.07 (HRc). 須於設計階段將品質設計入產品內. Module 3 得知 如何設定材料公差， 根據品質損失 函數。 例如 30 1.07 (HRc). 須於設計階段將品質設計入產品內.
田口方法是企業提升品質之重要技術。 系統設計是不足以應付精密工業之要求。 參數設計是可達成產品品質最佳化之 經濟方法。 結論 田口方法是企業提升品質之重要技術。 系統設計是不足以應付精密工業之要求。 參數設計是可達成產品品質最佳化之 經濟方法。
敬請指導!