Chapter 7 產品與過程設計中的品質 補充部分 指導教授：陳永璋 博士 學生：林宜亭(93633115)

產品壽命週期－舉例說明 雪橇設計 　在1970年代之間，滑雪運動受歡迎程度達到顛峰；但是到1980年代時，滑雪運動開始退燒，導致雪橇的銷售量下滑；因此雪橇製造商投注更多財力於產品研發上，於是滑雪板應運而生。藉由吸引滑雪板的人群及年輕人的注意，滑雪板的產量穩定成長。雪橇在設計科技上的改變讓該市場東山再起。

設計可用的產品－舉例說明 為何需要動員火箭科學家設計高爾夫球？ 　羅伯．瑟曼是一位火箭科學家而目前是以設計高爾夫球面上的球渦為業，他解釋球渦的秘訣在於，其須有足夠的深度能在空中旋轉，以造成擾流效果，使球能順利突破力障；但是，擾流效果太強又會對球造成拖力，使球快速掉落。瑟曼說：「最理想的情況，便是為每位球友設計適合個人的球。」

ＤＦＭ的方法－舉例說明 以DFM為重心的通用汽車 DFM概念早在1970年代即於美國開始實施；今日所有汽車公司普遍均使用DFM方法，通用汽車藉由DFM過程，將所有層級、不同背景的小組活動融合一體，這些多元背景小組即稱為產品發展小組。在通用汽車，DFM最重要的便是能輕鬆組裝無瑕疵的車輛；而要達到此目標，過程變異則必須維持在最低。DFM的最後一個步驟，則是確認製造能力；設計小組發展一個工作雛型，以確認該設計符合所有要求；而從這個過程中所學習的知識可轉移給下一個車輛開發計畫為參考，以確保產品過程不斷地改進。

案例－福特金牛座 設計福特金牛座：為什麼要以品質為第一優先考量？ 金牛座的故事證明品質對產品在設計與研發的所有層面來說都非常重要。 金牛座對福特公司而言不只是一部汽車，它更代表福特汽車能以嶄新的方法製造車子。 金牛座即將上市時，福特公司宣佈一套新的產品理論「概念－顧客」的設計範例，下頁是為帶領金牛座專案過程中心方法的一些基本原則

案例－福特金牛座(續) 資深管理者應以多項的里程碑、而非日程時間表來評量研發計畫。 製造零件的供應商應負責雛型零件﹔他們可對外發包雛型的生產，但也必須負責品質、功能、成本及運費。 必須以製造工具生產試驗汽車的零件。 在隨後的設計過程中，福特汽車公司也實驗創新的管理理念，包括同步工程、純熟的製造輸入、雛型改進及標竿學習。

Taguchi Design of Experiments 補充-田口實驗設計 田口玄一 (Genichi Taguchi） ©2004 Prentice-Hall

序論及大綱 本補充的重點在於一種專門用來改善產品與製程設計的設計方法，也就是田口實驗法，針對田口實驗法設計行為層面與技術層面進行探討。 大綱如下： 一．田口實驗設計 二．田口方法的背景基礎 三．田口程序 四．舉例說明

摘要 田口方法專注於參數設計，藉此為生產產品或服務指出所需的投入組合。 田口為理想品質界定一個標準，以減少社會損失的品質水準。本方法提供不同的模式，來計算社會帶來的損失，而這些模式則稱為品質損失函數。 完成田口方法的步驟包括辨識問題、 腦力激盪、實驗設計 、進行實驗 、結果分析及確認操作。

一．田口實驗設計 田口方法 田口方法是透過實驗設計(DOE)來決定參數，以找出生產產品或服務的最適輸入組合的標準方法。實驗設計在設計與處理工程方面是極為重要的工具，它能找出生產高品質產品或服務的最適原料份量。 田口對設計的看法可分為四個方面： 穩健設計、概念設計、 參數設計及允差設計

穩健設計 穩健設計 田口對穩健設計的概念是：產品或服務的設計應以能維持產品或服務無瑕疵及高品質為出發點。 田口創新提出三個步驟且能達成穩健設計的新方法，即(1)概念設計、(2)參數設計及(3)允差設計。

（１）概念設計 概念設計是檢驗產品生產時所使用的科技過程，其包括過程科技選擇與過程設計選擇概念設計有助於降低生產成本，並產出更高品質的產品。 以影印店為例，概念設計包括版面與科技選擇﹔且候選的影印機須分別測試，以判定其是否適用。

（２）參數設計 參數設計係指選擇控制因子，以及決定每個因子的最適水準。 控制因子指的是在過程中，管理者能加以控制的參數，例如顧客服務代表的受訓種類與多寡。若顧客所接受的服務品質取決於顧客服務代表所受訓練的多寡，訓練便可視為控制因子，且對生產成本不會造成任何影響。 例如，每張紙寬８英吋可視為一個目標，而其目的是為了找出最有效率的程序或服務設計。

（３）允差設計 允差設計係用來處理發展中的規格限制。當參數設計在減少變數後，情況卻未見改善時，下一步驟便是允差設計，但它往往會導致生產成本上揚。 例如，工程師可能會選擇性地緊縮某些允差度，並要求使用較高級的原料。 舉例，烤蛋糕的例子，若使用田口方法，即可找出最適烤蛋糕的溫度與時間、麵粉、蛋，以及其他原料的用量。參數便如同原料。

二．田口方法的背景基礎-1 歷史由來 田口方法是由田口玄一博士於1980年，首先向貝爾實驗室提出。 從歷史傳承的角度來看，田口方法可說是承襲自蕭德華在統計品質管制，以及戴明在改善日本品質方面的工作而來。 田口方法係提供以下條件：判定可控制的產品或服務因子與程序結果之間功能關係的基礎、強化可控制變數來調整過程目的的方法檢驗程序中隨機事件與產品或服務的變異性之關係的方法。

二．田口方法的背景基礎-2 １．田口品質的定義 對田口而言，理想品質是一個可以用來判定產品或服務之品質層級的參考點或目標值。 亦即當產品或服務在合理操作、且無有害副作用的情況下，計畫生命週期可表現出其應有的功能。

二．田口方法的背景基礎-3 ２．品質損失函數 圖7.1中顯示對產品重要特性的衡量(以A點表示)。依據傳統理論，如果A是在規格之內便沒有問題；但事實上，圖中A比較靠近規格的邊緣，離目標的衡量值較遠，這表示在一段時間後問題可能會出現，田口稱該潛在問題為潛在社會損失 (loss to society)。社會損失可視為與目標值的成本差離。

二．田口方法的背景基礎-4 圖7.1 傳統品管程序 Q(c) 報廢成本 LSL USL 目標 A

二．田口方法的背景基礎-5 品質損失函數 為了量化社會損失，田口採用二次損失函數。圖7.2顯示出任何不同於目標6(T = 6)的改變，均會導致公司的損失。

二．田口方法的背景基礎-6 圖7.1 田口二次損失函數

二．田口方法的背景基礎-7 使用品質損失函數 品質損失函數(QLF)係著重於因買進不符合規格之產品，而導致的經濟或社會成本，其可能包括維修成本、故障成本、環境保護，以及產品運作超額成本。 其公式：Ｋ＝Ｃ/Ｔ;Ｌ＝Ｋ＊Ｖ2 (美元/單位) 　Ｋ表示恆定數。 　Ｃ表示單位維修成本。 　Ｔ表示允差範圍。

二．田口方法的背景基礎-8 使用品質損失函數 假設修理汽車暖氣機所需金額為200美金。在允差為6± 0.5mm、 且距目標值的離差平方為(1/6)2 的條件下，計算由於目標設定的離差而導致的品質損失函數。 帶入公式：Ｋ＝200/0.52=800 ，而 　Ｌ＝Ｋ＊Ｖ2 =800*(1/6) 2=22.22 (美元/單位） 　因此可知，由於目標標準的離差而導致的損失是每單位22.22美元。在以這個成本和其他缺陷比較，便可決定實施產品設計改善的優先順序。

三．田口程序 1.辨識問題 2.腦力激盪階段(辨識因子、因子設 初 定、可能的交互作用及目標) 始 步   2.腦力激盪階段(辨識因子、因子設 初 定、可能的交互作用及目標) 始 　　　步 3.實驗設計(選擇正交表列、設計實驗)　　驟 　　　　 4.進行實驗 　　　 　5.結果分析 　　　　　　　　　　　　 　6.確定操作

三．田口程序(英文)

三．田口程序-1 步驟1 : 辨識問題 首先須辨識與生產程序或服務本身有關的問題。

三．田口程序-2 步驟2 : 腦力激盪 腦力激盪可辨識對產品與服務有重大影響的可變因素。 在本階段，所須辨識的重要可變因素即田口所稱的因子。 其種類包括控制因子(即受到管理階層控制的可變因素)，或訊號因子(即無法控制的可變因素)。

三．田口程序-3 步驟3 : 實驗設計 實驗是依據集體研討會議中所得之因子、因子水準及目標來進行設計。田口方法使用線外實驗作為改進品質的方法，其與傳統的線上(處理中)品質提升方法有所不同。因此在進行田口實驗時，實驗設計是非常重要的一環。所需的重複次數也必須事先決定。

三．田口程序-4 步驟4 : 進行實驗 採用嚴格統計方式的田口方法，如變異數分析(ANOVA)、訊號與雜音之比率(S/N)及回應表(response charts)。 選擇實驗所適用的直交表，其所需根據集體研討會議所得的因子個數及水準來決定。 以適當的重複次數進行實驗，並紀錄結果。 計算每個因子與水準的平均成效水準。 將平均回應紀錄在回應表上，以顯示與實驗目標相符的最適成果。

三．田口程序-5 步驟5 : 結果分析 實驗可用來決定最接定目標的因子；基本上，所以因子的最適水準均須決定。如果兩因子間有明顯的交互作用，則可能有兩種選擇：第一種是忽略交互作用(但本法有風險)；另一種是在合理成本的情況下，進行完全因子實驗以確定交互作用，而完全因子實驗將測試變化內所有可能的交互作用。

三．田口程序-6 步驟6 : 確認操作 一旦決定了每一因子的最適水準後，應將因子設定在最適水準，並進行確認實驗以確認之前的結果，否則實驗會有明顯的錯誤。假若結果與預期有很大的差異，則可能存在交互影響，因此應重新進行實驗。

四．田口實驗法的例子-1 公司背景 　　位於密蘇里州奧克維斯市的Bronson保險集團，有一群文書人員，專門負責將個人汽車保險的申請資料輸入電腦系統，每一份申請書均含有大量資料。近期，該公司管理階層認為輸入系統內的資料有誤，長期以來，管理階層均將責任歸咎於文書人員的不夠謹慎小心﹔但開除部分員工之後問題依舊存在。因此公司雇用一位品管專家來研究這個問題。

四．田口實驗法的例子-2 田口實驗 經過初步調查後，品管專家設計一個讓管理階層能易於理解的田口實驗，以求進一步了解問題。 　　　經過初步調查後，品管專家設計一個讓管理階層能易於理解的田口實驗，以求進一步了解問題。 　　　利用田口實驗而得出的方法使用者並非高層，而是中高階層的管理者﹔因此，中高階層管理者的支持對新系統的推動與實施特別重要。

四．田口實驗法的例子-3 設計田口實驗 　　　此時所要解決的問題是:「導致低劣品質的不正榷操作程序」，而實驗的目標則是將程序的作用最大化以改善品質，也就是選擇能使品質瑕疵與社會成本減至最小的控制因素 。 　　　由集體研討會議結果，品管專家選了五個因子以進行田口實驗，如下所示：培訓方法、書架的置放位置、申請書的新設計、外務保險專員及內勤保費計算人員填寫申請書的新程序 、工作空間增大。

四．田口實驗法的例子-4 進行實驗 　　　由於中斷文書人員的工作將造成公司損失，因此管理階層決定只進行兩次實驗。一但實驗決定了最適水準後，將進行一個確認實驗以驗證前次結果，預期結果將減低輸入資料的錯誤。

四．田口實驗法的例子-5 實驗結果 　　　整體而言，實施田口實驗方法使得每一百件出錯次數由十五次減至二次。該實驗的成本約等於一名保費計時人員與兩名文書人員３星期的工資、 實驗準備及培訓成本。雖然為減少錯誤所花費的金錢難以量化，但管理者對結果很滿意，並認為公司已獲得突破性的品質提升。

簡報完畢