田口式品質工程方法
田口玄一博士(Dr. G. Taguchi)所倡導的品質工程,與穩健性設計 ( Robust Design )概念相同,是一種透過製程參數條件最適化來進行品質改善的方法,稱為田口方法(Taguchi Methods) 或田口品質工程,而其基本概念是以社會損失成本做為衡量產品品質的依據,強調在產品或製程設計時就考慮品質問題,運用穩健性設計找到使產品變異縮小的設計或製程參數組合,使得產品品質的問題對社會所造成的平均損失成本最小。田口博士認為會對輸出品質特性產生影響的參數,可以分為信號因子(Signal Factor)、控制因子(Controllable Factors)、雜音因子(Noise Factor)三種因子類型,而其中會使產品品質產生變異性的原因,則為雜音因子,三種因子類型內容簡述如下:
(一)信號因子:當品質特性改變時,可以調整信號因子,使品質特性目標值一致。
(二)控制因子:由產品使用者或製程操作者自行調整,能使品質特性變數增減的因子。
(三)雜音因子:製造過程中無法控制的因子,其來源主要有外部雜音、內部雜音、產品間雜音三種。
田口博士認為品質是對機能變異的評價,而不是對機能本身的評價,當產品未發揮產品原有設計之機能時就會產生品質損失,與傳統的品質觀念不同,傳統品質觀念認為當品質特性介於品質允差上下限之間時,品質損失為零,在田口式品質工程中,不論產品特性相對於目標值而言,是產生負值或正值,只要產品特性偏離機能目標值就是損失,這樣的觀念可以用品質損失函數的方式表示:
品質損失函數 L(y) = K (y-m)2
其中L代表產品性能的損失,K代表常數,y代表產品功能特性,m代表目標值,其概念如傳統品質損失與田口式品質損失比較圖所示。
依據上述之概念來看,田口博士認為品質可以透過信號雜訊比(Signal-to-Noise, S/N比)來評估, S/N比可以反應品質特性的變異,同時與品質特性平均值的調整無關[7],S/N比之值愈大,表示品質特性值之變異愈小,且愈接近目標值,依據品質損失函數的概念來看,田口博士認為不同的品質特性之S/N比可分成下列四種型態:
(一)望小特性(Smaller the better, STB):品質功能特性y 為非負值,且值越小越好,最好為零,望小型S/N比定義:S/NSTB = -10*log10 (1/n ΣYi2)。
(二)望大特性(Larger the better, LTB):品質功能特性y 為非負值,且值越大越好,品質目標值最大化,望大型S/N比定義:S/NLTB = -10*log10 (1/n Σ(1/Yi)2)。
(三)望目特性(Nominal the best, NTB):品質功能特性y為有限定的目標值,品質目標比目標值大或小都不好,期望值能趨近於目標值,望目型S/N比定義:S/NNTB = 10*log10 ( y2/ s2)。
(四)符號望目特性(Signed Target Type, STT):品質功能特性y 為連續且其值可正可負,目標值通常為零或選用一適當的參考值使目標值為零,平均值為零時,標準差不為零,符號望目型S/N比定義:S/NSTT=-10*log10(s 2)。
在產品或製程設計階段中,田口博士將品質工程分成三階段設計,以達到產品穩健性:
(一)第一階段系統設計(System Design):由工程人員依據專業知識、經驗與相互討論,決定產品或參數設計概念。
(二)第二階段參數設計(Parameter Design):選定相關產品製程參數,經由直交配置並執行實驗,其目的在於使產品對於雜訊因子(Noise Factor)干擾敏感度較低,以減少產品品質變異
(三)第三階段允差設計(Tolerance Design):針對製程作業條件和產品變異原因分解,決定其公差範圍。