三次设计

日本田口玄一创立的系统化设计理论。

三次设计(three steps design)理论是由日本著名质量管理学家田口玄一在20世纪70年代创立的一种系统化设计理论。三次设计的核心是在产品的设计阶段就进行质量控制，争取用最低的生产成本制造出满足顾客需求的、对社会造成的损失最小的、质量最高的产品。田口博士将产品设计过程分为三个阶段：系统设计阶段、参数设计阶段和容差设计阶段。

概念

三次设计理论是日本著名的质量管理专家田口玄一博士在20世纪70年代初创立的。该方法是一种低成本，高效益的质量工程方法，它是一种在产品开发和设计早期阶段防止质量问题的技术。

田口方法的基本思想是把产品的稳健性设计到产品和制造过程中，通过控制源头质量来抵御大量的下游生产或顾客使用中的噪声或不可控因素的干扰，这些因素包括环境湿度、材料老化、制造误差、零件间的波动等等。田口方法不仅提倡充分利用廉价的元件来设计和制造出高品质的产品，而且使用先进的试验技术来降低设计试验费用，这也正是田口方法对传统思想的革命性改变，为质量改进和企业增效指出了一个新方向。

与传统的质量定义不同，田口玄一博士认为产品的质量应该是：产品出厂后避免对社会造成损失特性，用“质量损失”对产品质量进行定量描述。质量损失是指产品出厂后“给社会带来的损失”，包括直接损失(如空气污染、噪声污染等)和间接损失(如顾客对产品的不满意以及由此导致的市场损失、销售损失等)。质量特性值偏离日标值越大损失越大，即质量越差，反之，质量就越好。田口方法通过调整设计参数，使产品的功能、性能对偏差的起因不敏感，以提高产品自身的抗干扰能力。为了定量描述产品质量损失,田口提出应用“质量损失函数”的概念，并以信噪比来衡量设计参数的稳健程度。由此可见，田口方法是一种聚焦于最小化过程变异或使产品、过程对环境变异最不敏感的实验设计，是一种能设计出环境多变条件下稳健和优化操作的高效方法。

一般而言，任何一个质量特性值在生产过程中均受很多因素的影响，田口理论将影响质量特性的因素分为输入变量、可控变量和不可控变量，如图1所输人变量非设计参数，可控变量是田口方法的设计对象。所谓可控变量，即可以整可控制的参数，这种变量通常称为信号因子。不可控变量，顾名思义，即不可制的变量，也称为噪音因子，就是使质量特性偏离目标值的因素。田口理论又将音因子分为三类：外部噪音，如温度湿度、灰尘等；内部噪音，如劣化等；产品间噪音，如制造缺失等。

田口方法的基本原理是通过控制可控因素的水平和配合，使产品和工艺对噪声因素的敏感程度降低，从而使噪声因素对产品质量的影响作用减少和消除，以实现提高和稳定产品质量的目的。

主要内容

田口提出的“三次设计法”，即分三个阶段对产品质量进行优化：

系统设计(一次设计)

应用科学理论和工程知识对产品功能原型进行设计开发，这阶段完成了产品的配置和功能属性，其主要目的是确定产品的主要性能参数、技术指标和外观形状等重要参数。系统设计是产品设计的基础，它很大程度上决定了产品的性能和成本。目前，系统设计一般借助质量功能配置等方法，以“质量屋”为工具将来自顾客或市场的需求精确无误地转移到产品寿命循环中去，同时为了提高系统设计的质量，还采用譬如计算机辅助设计、面向装配和制造的设计，面向维修的设计以及面向拆卸的设计以及虚拟制造等现代方法。

参数设计(二次设计)

在系统结构确定后进行参数设计。这一阶段以产品性能优化为目标确定产品参数水平及配置，使工程设计对干扰源的敏感性最低；它可以利用公差范围较宽的廉价元件组装成高质量的产品，其实质是利用产品输出特征和元件参数水平之间的非线性效应。

通常一个产品由许多零部件组成，寻求这些零部件的参数组合并不是一件容易的事情，尤其是当输出特征和零部件之间无法建立数学模型时，田口博士建议采用正交试验法来完成这个任务。

容差设计(三次设计)

参数设计完成后，就可以进一步确定零部件的容差，容差设计的目的是确定各个参数容许的误差大小。在一个系统中，由于结构不同，各个参数对系统输出特征的影响也就不同，容差设计的基本思想就是对影响大的参数给予较小的公差值，对影响小的参数给予较大的公差值，从而保证在确保系统质量的前提下成本最小。

系统设计、参数设计、容差设计，这三方面的内容构成田口方法的“线外质量控制”，田口线外质量控制、质量损失函数和田口线上质量控制就构成了田口质量工程。一般所讲田口参数设计是指田口线外质量控制，田口实验设计即为田口线外质量控制。在田口线外质量控制中，参数设计是线外质量控制的核心，它通过实验优化方法确定系统各参数的最优组合，使产品对环境条件和其他噪声因素的敏感性降低。最终效果是在不提高产品成本甚至降低成本的基础上使产品质量损失最小，可见，参数设计是获得高质量产品的关键，也是田口方法的中心内容。系统设计是线外质量控制的基础和前提，容差设计是对系统设计和参数设计的完善与提高，质量水平评价是对田口线外质量控制的效果评价与分析。

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