質(zhì)量改進(jìn)與六西格瑪中的穩(wěn)健設(shè)計

　　說起試驗設(shè)計(DOE)，很多人就會想起完全析因設(shè)計、部分析因設(shè)計、響應(yīng)面設(shè)計等傳統(tǒng)方法，可是隨著工藝要求的提高、客戶需求多樣性的增強(qiáng)、成本壓力的不斷增大，根據(jù)這些方法得到的優(yōu)化方案往往在實際工作中實現(xiàn)不了預(yù)取的效果。這也是為什么很多開展六西格瑪管理的企業(yè)在從傳統(tǒng)的六西格瑪改進(jìn)DMAIC向六西格瑪設(shè)計DFSS的進(jìn)化過程中，越來越重視一種高級試驗設(shè)計——穩(wěn)健設(shè)計的原因。

　　穩(wěn)健設(shè)計Robust Design是在傳統(tǒng)試驗設(shè)計DOE基礎(chǔ)上發(fā)展起來的低成本、高穩(wěn)定性、高再現(xiàn)性的產(chǎn)品與技術(shù)開發(fā)、設(shè)計方法體系。其價值在于通過產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(fā)使產(chǎn)品或技術(shù)用最小的資源消耗對于外界環(huán)境變化、零部件制造公差和時間因素造成的老化、劣化、磨損等干擾的影響有很強(qiáng)的抵抗能力，從而讓產(chǎn)品具有高度穩(wěn)定的性能，讓開發(fā)的技術(shù)在大規(guī)模生產(chǎn)和各種不同使用條件下都具有高度再現(xiàn)性，以達(dá)到長期穩(wěn)定地滿足客戶需求的目的。無論在工業(yè)工程的學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，還是在企業(yè)的研發(fā)和六西格瑪項目中，穩(wěn)健設(shè)計都受到了越來越多的關(guān)注。目前，比較成熟的穩(wěn)健設(shè)計方法大致有四種。調(diào)查當(dāng)前的統(tǒng)計質(zhì)量咨詢與軟件市場后發(fā)現(xiàn)，只有專業(yè)質(zhì)量管理及六西格瑪軟件JMP能夠全部實現(xiàn)這些方法：

　　一、田口設(shè)計Taguchi Design

　　田口設(shè)計是一種源自日本的穩(wěn)健設(shè)計方法。它最大的創(chuàng)新之處在于從試驗數(shù)據(jù)中提煉出兩個指標(biāo)來衡量產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性：靈敏度和信噪比。在比較典型的望目特性流程中，一般用均值表示靈敏度，用均值平方與方差之比的對數(shù)的10倍表示信噪比，而且強(qiáng)調(diào)在設(shè)計優(yōu)化中應(yīng)當(dāng)先將信噪比調(diào)節(jié)到最大，然后才將均值調(diào)整到需要的目標(biāo)位置。下圖是基于JMP軟件實現(xiàn)的田口設(shè)計優(yōu)化示意圖。

　　二、多響應(yīng)優(yōu)化 Multiple Responses Optimization

　　多響應(yīng)優(yōu)化的思路最簡單易懂，它其實是源自歐美的響應(yīng)面模型的拓展。在這種方法中，我們需要同時考慮兩個響應(yīng)：均值和標(biāo)準(zhǔn)差。顯然，標(biāo)準(zhǔn)差總是越小越好，均值一般總是越接近目標(biāo)值越好。兩者要同時考慮時，可以通過構(gòu)建意愿函數(shù)Desirability Function實現(xiàn)。下圖是基于JMP軟件實現(xiàn)的多響應(yīng)優(yōu)化示意圖。

　　三、誤差傳遞 Propagation of Error

　　誤差傳遞的方法相對較新，其原理也稍微復(fù)雜一些。簡單地說，過程響應(yīng)的變異是由各個過程因素的變異共同造成的，而且其大小可以用下列公式估算：

　　其中的 是因素X1對響應(yīng)Y的偏導(dǎo)數(shù)，同時被稱為是因素X1對響應(yīng)變異影響的敏感度系數(shù)。由此可知，如果要盡可能地降低響應(yīng)變異，必須要想方設(shè)法減小各個難控制的噪聲因素的偏導(dǎo)數(shù)。這樣一來，優(yōu)化問題也轉(zhuǎn)化成了一個多響應(yīng)優(yōu)化問題。只是在這個時候，需要優(yōu)化的響應(yīng)分別是響應(yīng)值本身和各個噪聲因素的偏導(dǎo)數(shù)。顯然，各個偏導(dǎo)數(shù)總是越小越好，響應(yīng)值本身一般總是越接近目標(biāo)值越好。下圖是基于JMP軟件實現(xiàn)的誤差傳遞示意圖。

　　四、蒙特卡洛模擬 Mote Caro Simulation

　　誤差傳遞的方法也比較新，不過易于理解。它是在統(tǒng)計模型已經(jīng)成功構(gòu)建的基礎(chǔ)上，使用計算機(jī)技術(shù)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)據(jù)，以此來預(yù)測過程的表現(xiàn)水平，尋求系統(tǒng)的最優(yōu)參數(shù)。隨著模擬次數(shù)的增多，其預(yù)計精度也會逐漸增高。如果運(yùn)用得當(dāng)，我們還可以確定產(chǎn)品穩(wěn)定工作時各個難控制的噪聲因素的允許波動范圍，以及實現(xiàn)可控因素的公差設(shè)計。下圖是基于JMP軟件實現(xiàn)的蒙特卡洛模擬示意圖。

　　總之，穩(wěn)健設(shè)計是一種提高產(chǎn)品質(zhì)量的有效途徑，它的實質(zhì)是運(yùn)用精細(xì)化手段提高產(chǎn)品性能對時間因素和環(huán)境因素造成波動的抵御能力。正如古人所云，工欲善其事，必先利其器。JMP軟件可以幫助我們大幅度降低分析難度，更快速有效地實現(xiàn)穩(wěn)健設(shè)計的目標(biāo)。