「田口式品質(zhì)工程」是以最迅速最經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)方法，以最少實(shí)驗(yàn)數(shù)量，取得產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)及製程參數(shù)（作業(yè)設(shè)定條件），【1】所以田口式品質(zhì)工程是讓設(shè)計(jì)單位應(yīng)用于製程技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)，取得最適化設(shè)計(jì)或製造參數(shù)的方法。近年來(lái)隨著產(chǎn)品生命週期短及資訊科技發(fā)展之后，已有很多文獻(xiàn)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室小型模擬設(shè)備或「電腦輔助工程」CAE（Computer-Aided Engineering）結(jié)合「田口式品質(zhì)工程」，來(lái)獲得設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)之?dāng)?shù)據(jù)之案例，藉以降低新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)失敗成本及縮短研發(fā)時(shí)程。因此本文貢獻(xiàn)將探究虛擬製造環(huán)境「誤差設(shè)計(jì)」為題，提出運(yùn)用之方法架構(gòu)與實(shí)例。
一、探究造成變異的原因
一般將設(shè)計(jì)參數(shù)或製造參數(shù)交由實(shí)驗(yàn)室小型模擬設(shè)備或CAE分析時(shí)，往往取中間值做系統(tǒng)模擬分析，卻忽略對(duì)生產(chǎn)條件、公差條件等誤差影響，造成系統(tǒng)模擬與實(shí)際生產(chǎn)之落差。因此筆者經(jīng)多年研究案例分析歸納原因有以下3種案例提供參閱：
(一)使用環(huán)境造成的變異
有些產(chǎn)品在某種環(huán)境之下無(wú)法發(fā)揮其機(jī)能，舉例產(chǎn)品在高溫、高濕等環(huán)境下，就無(wú)法發(fā)揮機(jī)能，這就是環(huán)境的變異。以汽車輪胎抓地力之外部誤差為例如下說(shuō)明：
1.路況：柏油路、水泥路、砂石路等路況的誤差。
2.天氣：晴天、雨天、下雪天等天氣的誤差。
3.使用狀態(tài)誤差：車速、車重(含戴重)、上下坡等狀況。
如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有思考造成外部雜音對(duì)于產(chǎn)品功能之影響，當(dāng)遇到上述環(huán)境誤差、造成產(chǎn)品缺陷或?yàn)檫_(dá)設(shè)計(jì)之功能，稱為外部雜音。
(二) 生產(chǎn)環(huán)境造成的變異
【3p123】【4】生產(chǎn)設(shè)備參數(shù)中有溫度、壓力、時(shí)間等等。這些參數(shù)一般是有溫度上限與下限之間震蕩或是量測(cè)值與實(shí)際值落差，也會(huì)影響產(chǎn)品變異，如果以中間值做系統(tǒng)模擬分析，就會(huì)造成模擬分析之參數(shù)與實(shí)際量產(chǎn)作業(yè)落差，造成「再現(xiàn)性」不好之原因。
(三)產(chǎn)品之間的變異
無(wú)論在化學(xué)、電機(jī)、機(jī)械等設(shè)計(jì)或製造，對(duì)精度、尺寸或化員元素等，實(shí)際參數(shù)值所允許變動(dòng)量，也就是規(guī)格上下限就是公差，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中有所規(guī)範(fàn)，舉例ISO、JIS等皆有制訂國(guó)際公差標(biāo)準(zhǔn)可遵循，當(dāng)然公差與及價(jià)格、成本是息息相關(guān)的，公差越嚴(yán)格價(jià)格就越高，但是無(wú)論等級(jí)為何，產(chǎn)品之間、原物料之間就是存在差異，就成為產(chǎn)品間的變異，舉例：
1.尺寸公差
尺寸公差是指尺寸的變動(dòng)量，就是允許上限與下限尺寸代之間的數(shù)差。
2.形狀公差
指單零件形狀所容許的變動(dòng)量，例如直線度、平面度、圓度等項(xiàng)目。
3.位置公差
是位置對(duì)基準(zhǔn)所容許的變動(dòng)量，是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的點(diǎn)、線、面之間的相互位置關(guān)係，例如：平行度、垂直度、傾斜度、同軸度、等項(xiàng)目。
上述公差表示零件的精度，也反映產(chǎn)品之間存在誤差，因此累積公差所造成原料之品差異，稱為「產(chǎn)品之間的變異」。
二、探究誤差設(shè)計(jì)方法架構(gòu)
在進(jìn)行時(shí)實(shí)驗(yàn)計(jì)畫(huà)時(shí)，其意義在于設(shè)計(jì)出可抵抗環(huán)境誤差、設(shè)備、產(chǎn)品間誤差因素的參數(shù)，然而許多工程師只是注意控制因素的設(shè)計(jì)，往往被忽略將上述誤差因素溶入實(shí)驗(yàn)之中，尤其是運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室小型模擬設(shè)備或CAE「電腦輔助工程」時(shí)，只是用絕對(duì)值來(lái)進(jìn)行模擬時(shí)，不但忽略誤差因素、更忽略公差累計(jì)的概念，就是導(dǎo)致「模擬」與「實(shí)際」落差之主因。
(一)完整誤差因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
田口式品質(zhì)工程運(yùn)用在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，隨機(jī)抽樣是否可以完全反應(yīng)誤差？是否抽到因素之累積？尤其以系統(tǒng)模擬之前不僅僅注意控制因素之完整性，忽略了「誤差因素完整性」，也可能造成「模擬」與「實(shí)際」落差，得不到理想的製造或設(shè)計(jì)參數(shù)。舉例電鍍的誤差：
1. 電鍍導(dǎo)電架電阻值：電鍍導(dǎo)電架在拋光清潔前與清潔后有導(dǎo)電係數(shù)：0.9、1.0、1.1倍。
2.電鍍化學(xué)藥劑比重值會(huì)有剛剛調(diào)整與即將在調(diào)整前之係數(shù)有：0.9、1.0、1.1。(當(dāng)然電鍍槽有很多化學(xué)藥劑可以再逐項(xiàng)探討)
3.電鍍槽溫度也會(huì)有上限與下限之間震蕩，以溫度上下限之間關(guān)係：0.9、1.0、1.1。
4.量的測(cè)定位置在鋼板的位置：右、中央、左共三點(diǎn)，也會(huì)有產(chǎn)品間之差異。
(二)調(diào)合誤差因素設(shè)計(jì)
上述如果「完整誤差因素」完全溶入實(shí)驗(yàn)中，那實(shí)驗(yàn)規(guī)模將變得很大，因此【3】調(diào)合誤差目的是要將實(shí)驗(yàn)減量，但是仍然能達(dá)實(shí)驗(yàn)效果，那就是將誤差因素各水準(zhǔn)予以適當(dāng)調(diào)合成使系統(tǒng)輸出呈極端的現(xiàn)象，后僅取「負(fù)側(cè)極壞」、「中間值」、「正側(cè)極壞」來(lái)調(diào)和，藉此來(lái)價(jià)低實(shí)驗(yàn)數(shù)量，但是仍模擬實(shí)際量產(chǎn)之環(huán)境?！?】【3】調(diào)合方式如下：
N1（正側(cè)極壞）＝使系統(tǒng)輸入因素、控制因素全部採(cǎi)極大之組合
N2（中間值）＝使系統(tǒng)輸入因素、控制因素全部採(cǎi)中間值之組合
N3（負(fù)側(cè)極壞）＝使系統(tǒng)輸入因素、控制因素全部採(cǎi)極小之組合
其實(shí)驗(yàn)配置如下圖：
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以上述誤差因素經(jīng)過(guò)調(diào)和之后案例如下：
N1（負(fù)側(cè)極壞）= 電鍍導(dǎo)電架電阻值0.9+藥劑比重值0.9+電鍍槽溫度0.9+測(cè)定中間位置。
N2 （中間值）= +電鍍導(dǎo)電架電阻值1.0藥劑比重值1.0+電鍍槽溫度1.0 +測(cè)定右側(cè)位置。
N3（正側(cè)極壞）=電鍍導(dǎo)電架電阻值1.1+藥劑比重值1.1+電鍍槽溫度1.1 +測(cè)定左側(cè)位置。
外側(cè)直交表配置案例【1】
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結(jié)論上述【3】一再說(shuō)明在設(shè)計(jì)階段同步思考使用環(huán)境、製造環(huán)境及零組件的之間差異，思考完整的誤差因素的參數(shù)，再給予誤差因素之調(diào)和。在設(shè)計(jì)階段所設(shè)計(jì)之產(chǎn)品參數(shù)或作業(yè)參數(shù)皆能抵抗環(huán)境、設(shè)備、原料之間誤差，以產(chǎn)品同步工程而言做到「技術(shù)同步化」來(lái)縮小品質(zhì)變異、縮短研發(fā)時(shí)程、最低成本等優(yōu)點(diǎn)。
三、結(jié)論
田口博士 (Dr. Taguchi)發(fā)展『田口式品質(zhì)工程』是讓設(shè)計(jì)單位應(yīng)用于製程技術(shù)開(kāi)發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)，取得最適化參數(shù)設(shè)計(jì)及縮小變異的最好方法。筆者20年前透過(guò)中國(guó)生產(chǎn)力中心指派學(xué)習(xí)與引進(jìn)田口式品質(zhì)工程，很榮幸受田口博士及吳玉印教授啟蒙，整理多年來(lái)再輔以「虛擬製造環(huán)境」之實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)為題，分享產(chǎn)品研發(fā)在設(shè)計(jì)階段同步研擬生產(chǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)，以先行性（技術(shù)準(zhǔn)備）提供的國(guó)內(nèi)工程技術(shù)人員參閱。
參考文獻(xiàn)：
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