新產品設計中的質量控制

■文/孫明書 張 晨

有很多因素影響著產品的質量，我們可以把這些因素歸納為產品設計、生產工藝設計和生產過程控制三個階段。有統計資料表明：產品的質量問題中有70%的問題屬于先天不足的設計問題，因此提高和控制產品的質量設計是控制產品質量的關鍵，可以說設計過程決定了產品的固有質量、固有成本、性能和可靠性等，而且在這一階段控制質量也相對更經濟，對產品質量的影響力度更大。下圖中的質量杠桿圖就很好地表明各個階段的質量控制水平。

設計師在設計中應該有著強烈的質量意識，在具體的設計過程中，對于任何可能影響質量的因素加以分析，盡可能找到最佳方案完成自己的設計工作，從而得到高質量的產品。

穩健性設計是目前設計質量控制上用得較多的一種方法。它起源于當代日本著名學者田口玄一博士于20世紀70年代初創立的質量工程新技術。田口認為，質量的改善應盡可能地追溯到源游階段（技術開發階段），把考慮問題的重點放在開發階段。其理由為：技術開發階段用以改善產品穩健性的可靠因素數目最多，而在中、下游階段可控因素的數目逐漸減小，難以控制的噪聲因素數目逐漸增多，只有在技術開發階段積極利用誤差因素模擬下游階段的干擾，充分考慮影響穩健性的可控因素來進行優化，才能到達再現性最好、效率最高的開發效果。穩健性設計的基本思想是將傳統的產品設計、工藝設計程序改為按照系統設計、參數設計、容差設計三次定量優化的程序，實現提高產品的穩定性與設計質量。

一是系統設計。分析系統中誤差因素，以誤差因素模擬造成的產品質量波動的各種干擾，并利用更多的可控因素來減少和消除誤差。而隨著產品逐步進入生產制造，可控能力逐步減少，所以設計前期對誤差因素的控制能起到事半功倍的效果。所以系統設計就是兼顧整個系統，以消除誤差為目的的優化設計。二是參數設計。以信噪比作為衡量產品質量穩定性的指標，從而實現控制產品的設計質量。

穩健性設計給出的動態數學模型為：理想動態特性：Y=bM。其中Y代表輸出參數，M代表輸入參數，b表示靈敏度。

而通常產品的動態特性具有功能波動的特點，受多重誤差因素的影響，實際的動態特性表達式為：Y=f(M,X1,X2,……Xm)=b M+η。其中：X為誤差因素，η為噪聲干擾。η的大小反應了噪聲干擾的強弱，服從于正態分布N（0，σ2）。動態特性噪聲比為SN=b2/σ2。

通過對設計參數進行優化組合的過程，以達到減少波動使信噪比最優，實現產品的穩定性。通過參數設計，使系統的元、器件配置最優化，以達到預期穩定的輸出效果。系統支持靜態特性試驗型、靜態特性計算型、數字系統和動態特性等參數設計。

三是容差設計。容差設計的目的是在參數設計階段確定的最佳條件的基礎上，確定各個參數合適的容差。容差設計的基本方法是根據各參數的波動對產品質量特性貢獻(影響)的大小，從經濟性角度（質量損失函數）考慮有無必要對影響大的參數給予較小的容差(例如用較高質量等級的元件替代較低質量等級的元件)。

在現代產品設計中，應該把質量控制作為研發過程的重要內容，通過優化質量設計，提高產品的質量水平。特別是在信息技術和網絡技術飛速發展的今天，大量先進的質量設計工具和方法得以應用到企業研發過程中來，企業應從自身實際需要出發，尋找出一套適合自身條件的產品開發和質量保證體系，在產品開發中注入質量控制的理念，從而在質量競爭中立于不敗之地。