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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
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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.
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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.
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QC 工具可以用來發現產品缺點 Causes Can be: Operator, Material, CNC programming,
Measurement, …….etc.
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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.
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實驗設計之策略 一次一因子. 因子設計.
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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
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因子設計 同時考量兩個以上因子
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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)
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Plastics Injection Modeling Using Taguchi Method 塑膠射出成型應用田口方法
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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.
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企業應用田口方法的例子
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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
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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.
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衝模加工的系統設計是?
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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.
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衝模設計
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銑床操作系統設計
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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
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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.
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(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
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模組 2 -- 參數設計法 鋼板衝製田口參數設計
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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
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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
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參數 水準 衝模間隙 (A) min min min 衝程距離(B) in in in 衝擊力量(C) lb lb lb 材料厚度(D) /16 in /8 in /16 in 材料硬度(E) HRc< HRc>=30
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實驗設定
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完成品
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田口直交表 L9(34)
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L9(34) E E2 y1 y y3 y4 A B C D /16 /16 /16 /16 /16 /16 /16 /16 /16
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Response Raw Data A B C D y1 y2 y3 y4 1 7.5 0.5 100 1/16 35 38 30 37
in E E2 A B C D y1 y y3 y4 / / / / / / / / /
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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
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ANOVA 表
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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
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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
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反應圖
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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
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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
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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.
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期望反應值
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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.
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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。
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Hole Plate (from sheet steel)
決定材料硬度之差 Hole Plate (from sheet steel)
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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.
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田口損失函數 USL LSL Nominal
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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.
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當硬度無法符合規格公差要求時 已損失A 取代 L 而 因此,
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鋼板硬度之公差 硬度之公差以 表示
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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 (HRc). 須於設計階段將品質設計入產品內.
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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。
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