想得到“質量”,就別測量“質量”!

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1 田口玄一博士


田口玄一博士是著名的質量專家,他以預防為主、正本清源的哲學方法運思,把數理統計、經濟學應用到質量管理工程中,發展出獨特的質量控制技術創立了“品質工學( Quality Engineering )”,從而形成自己的質量哲學,即:質量不是靠檢驗得來的,也不是靠控制生產過程得來的;質量,就是把顧客的質量要求分解轉化設計參數、形成預期目標值,最終生產出來低成本且性能穩定可靠的“物美價廉”的產品。


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田口玄一博士在多年研究和實踐的基礎上,創造性地提出了關於質量的定義:“所謂質量,是指產品上市後給社會帶來的損失。但是功能本身所產生的損失除外。”質量損失是指產品出廠後“給社會帶來的損失”,包括直接損失(如空氣汙染,雜訊汙染等)和間接損失(如顧客對產品的不滿意以及由此造成的市場損失,銷售損失等)


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2 品質工學發展史


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(1)1950~1970年間致力品質提升而實施SPC,為了達成品質穩定,探討品質問題原因而因此必須進行篩選設計,然而DOE數理統計在當時是非常複雜,因此田口玄一發展出用直交表、點線圖方便進行設計實驗篩選出品質的關鍵要因,此階段的實驗方法當時被稱為田口方法,時過境遷1980年代中期田口玄一出來呼籲澄清,除非採用有噪音因子的內外表與SN比才能稱作田口方法,但是目前日本企業學習實驗計畫主流內容仍是以直交表與點線圖為主;


(2)1980年代以後日本品質登峰造極,田口致力於能夠適用於設計階段品質作入的實驗計劃法而發展出,採用有噪音因子的內外表與靜態特性的SN比以及二階段設計等技術,而稱為田口品質工學,但外人還是稱為田口方法;


(3)1990年以後全球化貿易擴張,田口方法加入動態特性、基本機能、MT法等觀念,在日本稱為品質工學,其最新想法就是在商品企劃後利用模擬方法實施田口方法,以求品質安定化設計,不過外人仍稱為田口方法。


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源流管理


田口博士認為,開發設計階段是保證產品質量的源流,是上流,製造和和檢驗階段是下游;在質量管理中,“抓好上游管理,下游管理就很容易”,如果設計質量水平上不去,生產製造過程中就很難造成高質量的產品。


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日本的眾多企業就是用田口的質量管理方法進行質量管理田口博士將質量分為二類,第一類是顧客要的,這包括機能本身、外觀、產品種類、售價等相關議題;第二類是顧客不要的,例如社會損失、失效、缺點、汙染、機能變異等。第一類的質量與顧客個人的所得收入與價值觀有關,這方面的質量問題不是工程師所能決定的,它是取決於公司的產品策略。因此公司需決定市場區隔的大小、決定產品規格等。第二類的質量問題正是工程師所要改善的,它對於市場佔有率有著重要的影響,並可提升出口市場的競爭力。


田口博士認為所有第二類型的質量問題都是起因於底下三種雜音因子:(1)環境使用狀況,(2)退化與磨損,(3)個別的差異(即製造的不良)。非常重要的觀念就是,生產或製造工程師無法解決來自使用狀況與退化等雜音的問題,他們只能改善來自制造不良的問題;然而產品設計工程師卻可以改善所有來自上述三種雜音因子的問題。所以在研發階段,訓練產品設計工程師如何衡量產品機能的穩健性,是很重要的。也就是說,傳統產品研發的測試與評估方式需要做改變,我們需要訓練設計工程師如何評估產品機能性(相對於下游的使用狀況),而這種訓練對於達成競爭力而言是一最急迫的投資。在日本已有許多世界級的公司大量投資在這方面的訓練。


想得到“質量”,就別測量“質量”!


田口方法為日本田口玄一博士依據統計學原理、方法所開發出來的一種實驗方法,可協助研發工程人員以最少的實驗次數,快速尋找最佳的製程參數組合條件,以大量減少實驗次數,降低實驗成本而提高效率。


3 縮短研發時間

想得到“質量”,就別測量“質量”!

當今製造業面對市場競爭國際化,市場需求多樣化,產品的壽命週期日益縮短,惟有用極短的研發週期源源不斷的推出新產品,才能在市場佔據有利地位。 否則企業將會失去市場份額。


因為不管多好的產品,錯過了上市時機就可能變的一錢不值!然而即使研發人員加班加點也無濟於事,似乎縮短研發週期的潛力已經被挖盡了。事實上只有不斷改革“研發方法”才能解決根本問題。徹底改變“研發方法”的方法早在20世紀70年代就產生了,那就是田口方法,早在20世紀八十年代,田口方法就已在美國的國防、汽車工業領域聞名遐邇。在應用田口方法的研發過程中,人們幾乎看不到反反覆覆的設計更改,在產品整體設計確定之前技術人員就可開始進行關鍵技術的研發。由於在最接近源頭的階段使用田口方法,所以從根本上防止了因下游出現的問題而造成的設計返工、更改,做到防患於未然,大幅度縮短了開發週期。


田口方法能夠縮短研發時間,首先在於它在短時間內將開發產品對噪聲的穩定性推向極限,即在開發的最初階段就將開發產品的穩定性提高到極限。這樣後續耐久實驗中可能出現的問題就被防患於未然了,從而也就避免了反覆實驗和設計更改。


當然這樣不僅防止了開發階段的問題也防止了推向市場之後的問題。反過來說,如果應用田口方法仍不能保證功能對外部干擾的穩定性(抗干擾性),那麼即使努力開發下去也難成氣候。田口方法可在早期判斷開發產品的前途,這樣你可早點轉向別的開發方向,避免沉溺於其中,使時間流失,失去金錢、失去機會。


4 田口方法

田口方法能夠縮短研發週期的第二個原因是在產品整體設計完成之前,先開發關鍵技術與基本系統。傳統的開發方法是如果沒有明確尺寸和性能,就無法確定開發方向,通常是在產品整體設計成熟後再進行關鍵技術開發,可是這就延誤了時間。


田口方法則是將必要的系統與技術在產品整體設計之前開發,產品整體設計確定後馬上將其結合起來。 組裝成產品。田口方法最核心的技術是參數設計。在產品設計中採用參數設計、容差設計的思想。


技術開發主要應用參數設計,通過參數優化設計實現產品的穩定性和基本功能,再進行容差設計,錦上添花。參數設計:開發基本功能並使其健壯。以汽車剎車器為例,“各種油壓(輸入)及與制動力矩(輸出)存在線性比例關係,也就是說踩剎車踏板的力與制動力成比例,如果保證這種基本功能具有健壯性(抵抗外界能力強),就可以最大限度地提高能量的利用率。


田口認為所有的質量問題都可看成是基本功能不完善造成,提高能量利用率就是優質產品。比如,如果所有的系統都能將投入的能量100%轉化到設計目標中去,噪音、震動、發熱等質量問題就不會產生,產生噪音和震動引發的質量問題,就是因為投入的能量沒有被有效地利用。


在這種情況下,傳統的做法是對噪音、震動等用戶能夠直接感受到的質量特性進行直接測量,改變設計使之達到最小限度,如加入防震橡膠或加個蓋子,然而,用防震橡膠減輕的震動和用蓋子封住的噪音卻轉化成了熱能,引起發熱。這又成了一個新的質量問題。如果為防止發熱而安裝冷卻裝置,將會伴有更大的發熱,還會引起一連串的其他方面問題。從以上問題分析我們可以看到噪音、震盪等質量特性,不過是機器內部產生某些故障的表現形式,對它進行測量,採取措施降低,並不解決實際問題。而按照田口方法,只要改善系統的基本功能,提高能量利用率,從根本上杜絕能力損失,引起質量的問題也就消失了。 繼續分析汽車剎車器,當剎車時,加在剎車上的油壓與制動力成線性關係變化,參數設計的目的是,即使存在使用環境變化和生鏽、磨損等內部老化,我們也要儘量保持使油壓(輸入)與制動力(輸出)成直線。


因此在技術開發階段,人為製造各種噪聲干擾,在這種條件下,使加在剎車踏板上的力發生各種變化,通過實驗尋找最佳參數搭配,使踏力與制動力之間的關係接近直線,這就是產品的健壯性設計。 接下來,我們進一步尋找不影響健壯性卻能決定產品性能的參數,對其進行調整,儘量提高油壓與制動力的比例係數,實現以較小的踏力來獲得較大的制動力。


這就相當於提高了能量的利用效率。參數設計解決的是與產品基本功能有關的問題,與產品整體設計無關。這樣就可以大幅度的超越現實來改變設計參數,擴大實驗範圍,直至逼近極限,大膽摸索找到使基本功能儘可能健壯的參數。


以上剎車器的技術開發只是開發出一種剎車器,至於產品用於小轎車還是大卡車等具體產品都沒有涉及,所以說在產品整體設計前完成了技術開發。這樣,只要你改變剎車盤直徑、剎車片尺寸等少量設計參數,就可以在短期內實現系列產品的開發。


5 要想得到品質,就不測量品質

日本與歐美的學者關於試驗設計法數學模型方面的爭論,便涉及到工程觀念和科學觀點的問題。田口玄一博士是工程師出身的數學家,他能融合工程與科學於一身,在理論方面有創造性,在應用方面能達到自如境地。


想得到“質量”,就別測量“質量”!

田口博士認為他的方法是一種工程的方法,而工程與科學之間有很大的差別存在。科學是追求能夠說明自然現象的法則,以找出唯一的正確法則為目的而努力。在工程的領域裡,擁有同樣機能的產品可用各種方法來設計與製造。目前有很多工程方面的書描述如何設計一產品以執行產品機能,但這些書就是不談如何在各種使用狀況下最小化機能失效、如何藉由改善穩健性來降低製造成本、如何最小化汙染等問題。這些問題對於一企業的競爭力有著重要影響,對此田口方法將扮演相當重要的角色。田口博士認為他的方法可用來改善研發部門的效率。


要想得到品質,就不測量品質!


日本已經迎來了令和的時代,而經濟低迷的現狀似乎不見起色。產業更加空洞化、GDP被中國趕超、技術革新力底下等諸多問題。


在新的令和時代,希望能夠看到更多好的案例:可以滿足顧客需求的新系統的創立、開發新的技能性評價,從而進行穩健設計。


在現今全球競爭化激烈的時代,日本在系統創新,新價值創造的領域已經是不容樂觀的狀態。


大多數技術者和管理者,僅僅把品質工學認為是評價和優化的一種更有效率的方法。然而田口先生十分強調創造性。強調系統的創造性。所以品質工學更應該是一種新技術,新產品開發的工具。


我們在更多的場合應該強調這一點。


日本人是很認真的。我們過去很多情況下,把美國開發的新產品、新技術拿過來發展到極致。卻很少有完全自己日本人開發的新技術。這也可能是日本人太過於認真的原因吧。


來源 | TPP管理諮詢

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