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田口式品质工程运用在产品设计阶段之误差设计

时间:2020-05-22 15:57来源:未知 作者:admin 点击:
「田口式品质工程」是以最迅速最经济的实验方法,以最少实验数量,取得产品设计参数及製程参数(作业设定条件),【1】所以田口式品质工程是让设计单位应用于製程技术开发、产

「田口式品质工程」是以最迅速最经济的实验方法,以最少实验数量,取得产品设计参数及製程参数(作业设定条件),【1】所以田口式品质工程是让设计单位应用于製程技术开发、产品设计,取得最适化设计或製造参数的方法。近年来随着产品生命週期短及资讯科技发展之后,已有很多文献运用实验室小型模拟设备或「电脑辅助工程」CAE(Computer-Aided Engineering)结合「田口式品质工程」,来获得设计相关参数设计之数据之案例,藉以降低新产品开发失败成本及缩短研发时程。因此本文贡献将探究虚拟製造环境「误差设计」为题,提出运用之方法架构与实例。

一、探究造成变异的原因

一般将设计参数或製造参数交由实验室小型模拟设备或CAE分析时,往往取中间值做系统模拟分析,却忽略对生产条件、公差条件等误差影响,造成系统模拟与实际生产之落差。因此笔者经多年研究案例分析归纳原因有以下3种案例提供参阅:

(一)使用环境造成的变异

有些产品在某种环境之下无法发挥其机能,举例产品在高温、高湿等环境下,就无法发挥机能,这就是环境的变异。以汽车轮胎抓地力之外部误差为例如下说明:

  1.路况:柏油路、水泥路、砂石路等路况的误差。

  2.天气:晴天、雨天、下雪天等天气的误差。

  3.使用状态误差:车速、车重(含戴重)、上下坡等状况。

如果产品设计时没有思考造成外部杂音对于产品功能之影响,当遇到上述环境误差、造成产品缺陷或为达设计之功能,称为外部杂音。

(二) 生产环境造成的变异

  【3p123】【4】生产设备参数中有温度、压力、时间等等。这些参数一般是有温度上限与下限之间震荡或是量测值与实际值落差,也会影响产品变异,如果以中间值做系统模拟分析,就会造成模拟分析之参数与实际量产作业落差,造成「再现性」不好之原因。

(三)产品之间的变异

无论在化学、电机、机械等设计或製造,对精度、尺寸或化员元素等,实际参数值所允许变动量,也就是规格上下限就是公差,在国际标準中有所规範,举例ISO、JIS等皆有制订国际公差标準可遵循,当然公差与及价格、成本是息息相关的,公差越严格价格就越高,但是无论等级为何,产品之间、原物料之间就是存在差异,就成为产品间的变异,举例:

 1.尺寸公差

  尺寸公差是指尺寸的变动量,就是允许上限与下限尺寸代之间的数差。

 2.形状公差

  指单零件形状所容许的变动量,例如直线度、平面度、圆度等项目。

 3.位置公差

  是位置对基準所容许的变动量,是指两个或两个以上的点、线、面之间的相互位置关係,例如:平行度、垂直度、倾斜度、同轴度、等项目。

  上述公差表示零件的精度,也反映产品之间存在误差,因此累积公差所造成原料之品差异,称为「产品之间的变异」。

二、探究误差设计方法架构

  在进行时实验计画时,其意义在于设计出可抵抗环境误差、设备、产品间误差因素的参数,然而许多工程师只是注意控制因素的设计,往往被忽略将上述误差因素溶入实验之中,尤其是运用实验室小型模拟设备或CAE「电脑辅助工程」时,只是用绝对值来进行模拟时,不但忽略误差因素、更忽略公差累计的概念,就是导致「模拟」与「实际」落差之主因。

(一)完整误差因素实验设计

田口式品质工程运用在参数设计时,随机抽样是否可以完全反应误差?是否抽到因素之累积?尤其以系统模拟之前不仅仅注意控制因素之完整性,忽略了「误差因素完整性」,也可能造成「模拟」与「实际」落差,得不到理想的製造或设计参数。举例电镀的误差:

  1. 电镀导电架电阻值:电镀导电架在抛光清洁前与清洁后有导电係数:0.9、1.0、1.1倍。

  2.电镀化学药剂比重值会有刚刚调整与即将在调整前之係数有:0.9、1.0、1.1。(当然电镀槽有很多化学药剂可以再逐项探讨)

  3.电镀槽温度也会有上限与下限之间震荡,以温度上下限之间关係:0.9、1.0、1.1。

  4.量的测定位置在钢板的位置:右、中央、左共三点,也会有产品间之差异。

(二)调合误差因素设计

上述如果「完整误差因素」完全溶入实验中,那实验规模将变得很大,因此【3】调合误差目的是要将实验减量,但是仍然能达实验效果,那就是将误差因素各水準予以适当调合成使系统输出呈极端的现象,后仅取「负侧极坏」、「中间值」、「正侧极坏」来调和,藉此来价低实验数量,但是仍模拟实际量产之环境。【1】【3】调合方式如下:

  N1(正侧极坏)=使系统输入因素、控制因素全部採极大之组合

  N2(中间值)=使系统输入因素、控制因素全部採中间值之组合

  N3(负侧极坏)=使系统输入因素、控制因素全部採极小之组合

其实验配置如下图:

田口式品质工程运用在产品设计阶段之误差设计

以上述误差因素经过调和之后案例如下:

  N1(负侧极坏)= 电镀导电架电阻值0.9+药剂比重值0.9+电镀槽温度0.9+测定中间位置。

  N2 (中间值)= +电镀导电架电阻值1.0药剂比重值1.0+电镀槽温度1.0 +测定右侧位置。

  N3(正侧极坏)=电镀导电架电阻值1.1+药剂比重值1.1+电镀槽温度1.1 +测定左侧位置。

外侧直交表配置案例【1】

田口式品质工程运用在产品设计阶段之误差设计

  结论上述【3】一再说明在设计阶段同步思考使用环境、製造环境及零组件的之间差异,思考完整的误差因素的参数,再给予误差因素之调和。在设计阶段所设计之产品参数或作业参数皆能抵抗环境、设备、原料之间误差,以产品同步工程而言做到「技术同步化」来缩小品质变异、缩短研发时程、最低成本等优点。

三、结论

  田口博士 (Dr. Taguchi)发展『田口式品质工程』是让设计单位应用于製程技术开发、产品设计,取得最适化参数设计及缩小变异的最好方法。笔者20年前透过中国生产力中心指派学习与引进田口式品质工程,很荣幸受田口博士及吴玉印教授启蒙,整理多年来再辅以「虚拟製造环境」之实务经验为题,分享产品研发在设计阶段同步研拟生产参数设计,以先行性(技术準备)提供的国内工程技术人员参阅。

参考文献:

【1】 田口玄一,1994,品质世品质工程案例技术手册,中国生产力中心。

【2】 田口玄一,1992,品质工程案例集,中国生产力中心。

【3】 黄廷彬,田口品质工程实务讲义,中国生产力中心。

【4】 山崎  秀久、加本 浩二,2000 ,高精度迴路材料尺寸精度的提高,第八回品质工程研究发表大会年 。


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