品质管理与管制课件

Tools for Design OptimizationnTaguchi loss functionnOptimizing reliability1品質管理與管制1Tools for Design OptimizationTKey IdeaDesign optimization includes setting proper tolerances to ensure maximum product performance and making designs robust,that is,insensitive to variations in manufacturing or the use environment.2品質管理與管制2Key IdeaDesign optimization in田口損失函數（Taguchi loss function）n田口假設損失可用一種平方函數來估算，使得偏離目標值越遠相當於損失越大。n損失函數表示為：品質管理與管制3田口損失函數（Taguchi loss function）Loss Functions4loss lossno loss nominaltolerancelosslossTraditional ViewTaguchis View品質管理與管制4Loss Functions4loss lossno losTaguchi Loss Function CalculationsLoss function:L(x)=k(x-T)2Example:Specification=.500 .020.Failure outside of the tolerance range costs$50 to repair.Thus,50=k(.020)2.Solving for k yields k=125,000.The loss function is:L(x)=125,000(x-.500)2Expected loss=k(2+D2)where D is the deviation from the target.5品質管理與管制5Taguchi Loss Function Calculat品質管理與管制6品質管理與管制6傳統的品質一致性之經濟模型總成本不一致成本品質保證成本品質“最佳水準”100%品質管理與管制7傳統的品質一致性之經濟模型總成本不一致成本品質保證成本品質“現代的品質一致性之經濟模型總成本不一致成本品質保證成本100%品質管理與管制8現代的品質一致性之經濟模型總成本不一致成本品質保證成本100Optimizing ReliabilitynStandardizationnRedundancynPhysics of failure9品質管理與管制9Optimizing ReliabilityStandardTools for Design VerificationnReliability testingnMeasurement systems evaluationnProcess capability evaluation品質管理與管制10Tools for Design VerificationRKey IdeaDesign verification is necessary to ensure that designs will meet customer requirements and can be produced to specifications.品質管理與管制11Key IdeaDesign verification isReliability testingnLife testingnAccelerated life testingnEnvironmental testingnVibration and shock testingnBurn-in(component stress testing)品質管理與管制12Reliability testingLife testinMeasurement System EvaluationnWhenever variation is observed in measurements,some portion is due to measurement system error.Some errors are systematic(called bias);others are random.The size of the errors relative to the measurement value can significantly affect the quality of the data and resulting decisions.品質管理與管制13Measurement System EvaluationW度量衡（Metrology）量度之科學 n準確度（Accuracy）：）：定義為觀測值接近已接受參考值或標準的一致性。n精密度（Precision）：）：定義為隨機選取個別量度或結果之間的一致程度。品質管理與管制14度量衡（Metrology）量度之科學 準確度（Accu品質管理與管制15品質管理與管制15重複性和可再測性研究 n1.選出m個操作員和n個零件，一般來說至少選2個操作員和10個零件。要讓操作員看不到零件編號。n2.校準測量儀器。n3.讓每個操作員以隨機的次序測量各零件，並記錄結果。針對總共r次試驗重複此程序；但必須要試驗兩次以上。n4.計算每個操作員的平均測量值，以及最大和最小平均值的差異。n5.計算各零件和各操作員的全距：這些值，顯示同一個操作員重複測量同一個零件的變異性。接下來，計算各操作員的平均全距：n計算整體平均全距。n6.計算個別全距 的管制界限。品質管理與管制16重複性和可再測性研究 1.選出m個操作員和n個零件，一般來Repeatability and ReproducibilitynRepeatability(equipment variation)variation in multiple measurements by an individual using the same instrument.nReproducibility(operator variation)-variation in the same measuring instrument used by different individuals品質管理與管制17Repeatability and ReproducibilRepeatability&Reproducibility StudiesnQuantify and evaluate the capability of a measurement systemSelectmoperatorsandnpartsCalibratethemeasuringinstrumentRandomlymeasureeachpartbyeachoperatorforrtrialsComputekeystatisticstoquantifyrepeatabilityandreproducibility品質管理與管制18Repeatability&ReproducibilitSpreadsheet Template品質管理與管制19Spreadsheet Template品質管理與管制19R&R EvaluationnUnder 10%error-OKn10-30%error-may be OKnover 30%error-unacceptable品質管理與管制20R&R EvaluationUnder 10%error Key IdeaOne of the most important functions of metrology is calibrationthe comparison of a measurement device or system having a known relation-ship to national standards against another device or system whose relationship to national standards is unknown.品質管理與管制21Key IdeaOne of the most importProcess Capability 品質管理與管制22Process Capability 品質管理與管制22Process CapabilitynThe range over which the natural variation of a process occurs as determined by the system of common causesnMeasured by the proportion of output that can be produced withindesignspecifications品質管理與管制23Process CapabilityThe range oProcess Capability for VariablesA highly capable process produces high volumes with few or no defectsWorld-class levels of process capability are measured by parts per million(ppm)defect levels 品質管理與管制24Process Capability for VariabProcess Capability for VariablesSix SigmaA design program which emphasizes engineering(designing)parts so that they are highly capable 品質管理與管制25Process Capability for VariabProcess Capability for VariablesCapability StudiesTwo purposes to determine whether a process is capable1.To determine whether a process consistently results in products that meet specifications2.To determine whether a process is in need of monitoring 品質管理與管制26Process Capability for VariabTypes of Capability Studies (1)(1)nPeakperformancestudyHowaprocessperformsunderidealconditionsnProcesscharacterizationstudyHowaprocessperformsunderactualoperatingconditions品質管理與管制27Types of Capability Studies Types of Capability Studies (2)(2)nComponentvariabilitystudyRelativecontributionofdifferentsourcesofvariation(e.g.,processfactors,measurementsystem)品質管理與管制28Types of Capability Studies Process Capability Study1.Choose a representative machine or process2.Define the process conditions3.Select a representative operator4.Provide the right materials5.Specify the gauging or measurement method6.Record the measurements7.Construct a histogram and compute descriptive statistics:mean and standard deviation8.Compare results with specified tolerances品質管理與管制29Process Capability StudyChooseProcess Capabilityspecificationspecificationspecificationspecificationnatural variationnatural variation(a)(b)natural variationnatural variation(c)(d)品質管理與管制30Process CapabilityspecificatioProcess Capability IndexCp=USL-LSL 6Cpl,Cpu USL-m 3Cpl=m-LSL 3Cpk=minCpu=品質管理與管制31Process Capability IndexCp=UProcess Capability RatiosNon-centered process(generalcase):choose cpk=the lower of:Upper Spec Limit Process Mean cpu=-or 3 Process Mean Lower Spec Limit cpl=-3 品質管理與管制32Process Capability RatiosNon-cProcess Capability Example-1 1nSpecificationNominal(target)dimension:30mmTolerance:+1mm,-0.5mmn Process standard deviation:0.2531 30 30 29.5cpu=-=1.33 cpl=-=0.67 3(0.25)3(0.25)andthereforeCpk=0.67品質管理與管制33Process Capability Example-1Process Capability RatiosCentered process(specialcase):specification width cp=-process width Upper Spec Limit Lower Spec Limit =-6 品質管理與管制34Process Capability RatiosCenteProcess Capability Example-2 2nSpecificationNominal(target)dimension:30mmTolerance:1mmn Process standard deviation:0.2531 29cp=-=1.33 6(0.25)品質管理與管制35Process Capability Example-2Process Capability RequirementsnProcess must be normally distributednProcess must be in controlnProcess capability result:1.00=notcapable1.33=capableandacceptable(generally)2.00=capableandacceptable(6)5or10is“overkill”,excessiveresourceuseSJSU Bus.142 David A.Bentley 0/24/06品質管理與管制36Process Capability RequirementProcess Capability Spreadsheet Template品質管理與管制37Process Capability SpreadsheetCapability Versus ControlnProcess capability(Cp or Cpk)MeasureofvariabilityagainstdesignspecificationsSpecssetbycustomerordesignengineerSpecwidth:USL&LSL(orUTL<L)nStatistical process control(SPC)MeasureofvariabilityagainstcontrollimitsControllimitscalculatedfromsampledataUCLandLCL品質管理與管制38Capability Versus ControlProceCapability Versus ControlControlCapability CapableNot Capable In Control Out of ControlIDEALTHE MANAGEMENT AND CONTROL OF QUALITY,5e,2002 South-Western/Thomson LearningTM品質管理與管制39Capability Versus ControlContrProcess Control vs.CapabilityThe difference between capability and stability(control)A process is capable if individual products consistently meet specificationA process is stable(incontrol)only if common variation is present in the process 品質管理與管制40Process Control vs.CapabilityProcess CapabilitynThe range over which the natural variation of a process occurs as determined by the system of common causesnMeasured by the proportion of output that can be produced within design specifications41品質管理與管制41Process CapabilityThe range ovTypes of Capability StudiesnPeak performance study-how a process performs under ideal conditionsnProcess characterization study-how a process performs under actual operating conditionsnComponent variability study-relative contribution of different sources of variation(e.g.,process factors,measurement system)42品質管理與管制42Types of Capability StudiesPeaProcess Capability Study1.Choose a representative machine or process2.Define the process conditions3.Select a representative operator4.Provide the right materials5.Specify the gauging or measurement method6.Record the measurements7.Construct a histogram and compute descriptive statistics:mean and standard deviation8.Compare results with specified tolerances43品質管理與管制43Process Capability StudyChoose製程能力研究的六個步驟 n1.選擇一個具代表性的機器或製程。n2.定義製程條件。n3.選出一個具代表性的操作員。n4.提供充足而標準等級的物料，使研究不致中斷。n5.訂出所用的測量方法。n6.提出依序紀錄產出單位的測量值與條件的方法。品質管理與管制44製程能力研究的六個步驟 1.選擇一個具代表性的機器或製程。品質管理與管制45品質管理與管制45品質管理與管制46品質管理與管制46Process Capability47specificationspecificationspecificationspecificationnatural variationnatural variation(a)(b)natural variationnatural variation(c)(d)品質管理與管制47Process Capability47specificatKey IdeaThe process capability index,Cp(sometimes called the process potential index),is defined as the ratio of the specification width to the natural tolerance of the process.Cp relates the natural variation of the process with the design specifications in a single,quantitative measure.48品質管理與管制48Key IdeaThe process capabilityProcess Capability Index49Cp=UTL-LTL 6Cpl,Cpu UTL-m 3Cpl=m-LTL 3Cpk=minCpu=品質管理與管制49Process Capability Index49Cp=Spreadsheet Template品質管理與管制50Spreadsheet Template品質管理與管制50製程能力指標 品質管理與管制51製程能力指標 品質管理與管制51單邊製程能力指標 品質管理與管制52單邊製程能力指標 品質管理與管制52本章結束THANKS!品質管理與管制53本章結束THANKS!品質管理與管制53第 12 章六標準差設計品質管理與管制54第 12 章六標準差設計品質管理與管制54六標準差設計（Design for Six Sigma;DFSS）nDFSS包含四種主要活動：1.概念的發展，此時基於客戶要求、技術能力，和經濟現實狀況，而決定產品的功能性。2.設計的發展，專注於產品和服務的性能，必須要滿足產品和服務的製造或交貨要求。3.設計最佳化，設法使生產或使用的變異性最小，即開發一種強健設計。4.設計的確認，確保系統產能符合適當的標準差水準。品質管理與管制55六標準差設計（Design for Six Sigma;Key IdeaDFSS的多數工具就像六標準差般已行之有年;但其獨特之處，是把他們融合成正式的理論方法,由六標準差哲學主導,並切記明確的企業目標。56品質管理與管制56Key IdeaDFSS的多數工具就像六標準差般已行之有年;概念發展的工具n概念設計Concept development 是應用科學、工程、以及企業知識，來產生基本的功能設計，同時滿足顧客、和製造或服務的要求。品質機能展開品質機能展開(QFD)概念工程概念工程57品質管理與管制57概念發展的工具概念設計Concept developmentKey Idea研發基本功能設計，是把顧客需求轉換成可衡量的技術量度，以及轉換成後續的細部設計規格。58品質管理與管制58Key Idea研發基本功能設計，是把顧客需求轉換成可衡量的品質機能展開 n品質機能展開（quality function deployment;QFD）使在整個設計過程以及設計生產系統時，能滿足顧客的需求。n這個名詞，是從描述流程的字Kanji翻譯而來。n常用一種矩陣圖來呈現數據和資訊。品質管理與管制59品質機能展開 品質機能展開（quality functio品質機能展開60 技術要求 組件特性 製程作業品質計畫品質管理與管制60品質機能展開60 技術要求 組件特性 製程作業品質計Key Idea透過改善價值鏈中所有機制的溝通和團隊合作，如行銷與設計之間設計與製造之間以及採購與供應商之間，故QFD使公司蒙受其利。61品質管理與管制61Key Idea透過改善價值鏈中所有機制的溝通和團隊合作，如品質屋62 技術需求顧客聲音關係矩陣技術需求優先順序 顧客需求的優先順序競爭性評估內部關係品質管理與管制62品質屋62 技術需求顧客聲音關係矩陣技術需求優先順序 顧客品質屋（The House of Quality）n建造品質屋有六個基本步驟：1.確認顧客需求。2.確認技術需求。3.把顧客需求和技術需求產生關聯。4.評估競爭性的產品或服務。5.評估技術需求，並擬定目標值。6.決定在其餘生產/交貨流程中，要佈署什麼技術需求。品質管理與管制63品質屋（The House of Quality）建造品質品質管理與管制64品質管理與管制64品質管理與管制65品質管理與管制65品質管理與管制66品質管理與管制66品質管理與管制67品質管理與管制67品質管理與管制68品質管理與管制68品質管理與管制69品質管理與管制69概念工程（Concept Engineering;CE）n主要步驟：1.瞭解顧客的環境。2.把瞭解轉換成需求。3.把已得知者轉化為作業。5.概念的遴選。4.概念的產生。品質管理與管制70概念工程（Concept Engineering;CE）可靠度設計 Design for Reliability 品質管理與管制71可靠度設計 Design for Reliability 發展設計的工具n公差設計n設計失效模式和影響分析n可靠度預測72品質管理與管制72發展設計的工具公差設計72品質管理與管制72公差設計n決定某個尺寸允許的變異。n工程師須瞭解成本與性能的權衡取捨。73品質管理與管制73公差設計決定某個尺寸允許的變異。73品質管理與管制73公差設計(1)(1)n規格規格Specification將顧客需求轉換為設計需求。包含名義尺寸(nominal dimensions)和公差(tolerances).n名義值名義值Nominalvalue製造時設法滿足顧客需求的理想尺寸或目標值n公差公差Tolerance名義值上下所允許的變異體認到製程中有自然的變異(稱為一般原因commoncauses)品質管理與管制74公差設計(1)規格 Specification品質管理與Tolerance Design (2)(2)n考慮成本與性能的權衡取捨n太緊的公差=不必要的成本n太鬆的公差=不符合顧客需求n最終的結果:太鬆或太緊都會耗費你的錢!品質管理與管制75Tolerance Design (2)考慮成本與性能的Key Idea由於五個 M：men and women,materials,machines,methods,and measurement，製程中有自然的變異(稱為一般原因common causes)，所以不是所有的零件都能剛好依照名義規格來生產，因此公差是必要的。76品質管理與管制76Key Idea由於五個 M：76品質管理與管制76設計失敗模式和影響分析DFMEA n設計失效模式和影響分析（design failure mode and effects analysis;DFMEA）的目的，是要找出所有可能會發生失敗的途徑，估計失敗的結果與嚴重性，以及建議矯正設計的措施。品質管理與管制77設計失敗模式和影響分析DFMEA 設計失效模式和影響分析（d78品質管理與管制7878品質管理與管制78可靠度模型Reliability Models 品質管理與管制79可靠度模型Reliability Models 品質管理可靠度可靠度n可靠度 Reliability 定義某個產品、某件設備，或系統，針對一段指定時間，在指定的運轉條件下，能執行預期功能的機率。此定義有四個要素：機率、時間、功能(績效)，和運轉條件。80品質管理與管制80可靠度可靠度 Reliability 80品質管理與管制80功能(績效)失效的種類n功能性失效(Functional failure)由於製造或材料的缺陷，產品壽命一開始就發生失效。n“新品故障，DOA，Dead on Arrival”n“早期失敗，夭折，infant mortality”n可靠度失效(Reliability failure)使用一段時間後的失效。81品質管理與管制81功能(績效)失效的種類功能性失效(Functional 可靠度測量n失效率失效率Failurerate(l l)每單位時間失效的次數n替代的測量平均失效時間平均失效時間(MTTF，Meantimetofailure)平均失效間隔時間平均失效間隔時間(MTBF，Meantimebetweenfailures)THE MANAGEMENT AND CONTROL OF QUALITY,5e,2002 South-Western/Thomson LearningTM品質管理與管制82可靠度測量失效率 Failure rate(l)每單可靠度的種類Types of Reliabilityn固有的可靠性Inherentreliability 依據產品設計所預測（穩健設計）n實現可靠性Achievedreliability 在使用過程中觀察THE MANAGEMENT AND CONTROL OF QUALITY,5e,2002 South-Western/Thomson LearningTM(Mod 11/11/02 DAB)品質管理與管制83可靠度的種類Types of Reliability固有的累積失效百分比曲線Cumulative Failure Rate CurveTHE MANAGEMENT AND CONTROL OF QUALITY,5e,2002 South-Western/Thomson LearningTM品質管理與管制84累積失效百分比曲線Cumulative Failure R可靠度模型Reliability Models 浴缸曲線縱軸是失敗率橫軸是時間顯示產品在他們的生命中，無論早期或晚期都更有可能失敗品質管理與管制85可靠度模型Reliability Models 浴缸曲線品Key Idea很多電子組件普遍在壽命早期，展現高卻遞減的失效率(如曲線陡峭的斜率所證明),接著是失效綠鄉邦穩定時期，而以失效率遞增結束。86品質管理與管制86Key Idea很多電子組件普遍在壽命早期，展現高卻遞減的失平均失效率曲線Average Failure RateTHE MANAGEMENT AND CONTROL OF QUALITY,5e,2002 South-Western/Thomson LearningTM品質管理與管制87平均失效率曲線Average Failure RateTH失敗率(failure rate）品質管理與管制88失敗率(failure rate）品質管理與管制88品質管理與管制89品質管理與管制89可靠度的函數n失效的機率密度函數 f(t)=le-lt for t 0n時間間隔(0,T)內失效之機率 F(t)=1 e-lT n可靠度函數(不會在T時間內失效的機率 R(T)=1 F(T)=e-lT 品質管理與管制90可靠度的函數失效的機率密度函數 品質管理與管制90系統可靠度 品質管理與管制91系統可靠度 品質管理與管制91串聯系統可靠度如果整個系統的績效依賴於所有組件能正常運作，則組件成一串聯系列。該元件不需要實質地串成一串所有組件都必須能正常運轉 品質管理與管制92串聯系統可靠度如果整個系統的績效依賴於所有組件能正常運作，則串聯系統RS =R1 R2.Rn 12nTHE MANAGEMENT AND CONTROL OF QUALITY,5e,2002 South-Western/Thomson LearningTM品質管理與管制93串聯系統RS =R1 R2.Rn 12nTHE串聯可靠度之例n元件可靠度:.95,.96,.94,.90n系統可靠度:(.95)(.96)(.94)(.90)=0.77品質管理與管制94串聯可靠度之例元件可靠度:.95,.96,.94,.並聯可靠度高可靠性系統往往需要極高可靠性的組成元件若極高可靠性的組成元件不可能的話，則使用替代物作為備份系統備份的另一個用詞是累贅的或並聯 品質管理與管制95並聯可靠度高可靠性系統往往需要極高可靠性的組成元件 品質管理並聯系統RS =1-(1-R1)(1-R2).(1-Rn)12nTHE MANAGEMENT AND CONTROL OF QUALITY,5e,2002 South-Western/Thomson LearningTM品質管理與管制96並聯系統RS =1-(1-R1)(1-R並聯可靠度之例n元件可靠度:.95,.96,.94,.90n系統可靠度:1-(1-.95)(1-.96)(1-.94)(1-.90)=0.999988品質管理與管制97並聯可靠度之例元件可靠度:.95,.96,.94,.串-並聯系統n轉換成等價的串聯系統A AB BC CC CD DR RA AR RB BR RC CR RD DR RC CA AB B CCD DR RA AR RB BR RD DR RCC=1 (1-R=1 (1-RC C)(1-R)(1-RC C)THE MANAGEMENT AND CONTROL OF QUALITY,5e,2002 South-Western/Thomson LearningTM品質管理與管制98串-並聯系統轉換成等價的串聯系統ABCCDRARBRCRDR串-並聯系統之例n元件可靠度:.95(s),.96(p),.94(p),.90(s)n並聯部份的可靠度:1-(1-.96)(1-.94)=0.9976n系統可靠度:(.95)(.9976)(.90)=0.8529品質管理與管制99串-並聯系統之例元件可靠度:.95(s),.96(p),