新产品设计中的质量控制

■文/孙明书 张 晨

有很多因素影响着产品的质量，我们可以把这些因素归纳为产品设计、生产工艺设计和生产过程控制三个阶段。有统计资料表明：产品的质量问题中有70%的问题属于先天不足的设计问题，因此提高和控制产品的质量设计是控制产品质量的关键，可以说设计过程决定了产品的固有质量、固有成本、性能和可靠性等，而且在这一阶段控制质量也相对更经济，对产品质量的影响力度更大。下图中的质量杠杆图就很好地表明各个阶段的质量控制水平。

设计师在设计中应该有着强烈的质量意识，在具体的设计过程中，对于任何可能影响质量的因素加以分析，尽可能找到最佳方案完成自己的设计工作，从而得到高质量的产品。

稳健性设计是目前设计质量控制上用得较多的一种方法。它起源于当代日本著名学者田口玄一博士于20世纪70年代初创立的质量工程新技术。田口认为，质量的改善应尽可能地追溯到源游阶段（技术开发阶段），把考虑问题的重点放在开发阶段。其理由为：技术开发阶段用以改善产品稳健性的可靠因素数目最多，而在中、下游阶段可控因素的数目逐渐减小，难以控制的噪声因素数目逐渐增多，只有在技术开发阶段积极利用误差因素模拟下游阶段的干扰，充分考虑影响稳健性的可控因素来进行优化，才能到达再现性最好、效率最高的开发效果。稳健性设计的基本思想是将传统的产品设计、工艺设计程序改为按照系统设计、参数设计、容差设计三次定量优化的程序，实现提高产品的稳定性与设计质量。

一是系统设计。分析系统中误差因素，以误差因素模拟造成的产品质量波动的各种干扰，并利用更多的可控因素来减少和消除误差。而随着产品逐步进入生产制造，可控能力逐步减少，所以设计前期对误差因素的控制能起到事半功倍的效果。所以系统设计就是兼顾整个系统，以消除误差为目的的优化设计。二是参数设计。以信噪比作为衡量产品质量稳定性的指标，从而实现控制产品的设计质量。

稳健性设计给出的动态数学模型为：理想动态特性：Y=bM。其中Y代表输出参数，M代表输入参数，b表示灵敏度。

而通常产品的动态特性具有功能波动的特点，受多重误差因素的影响，实际的动态特性表达式为：Y=f(M,X1,X2,……Xm)=b M+η。其中：X为误差因素，η为噪声干扰。η的大小反应了噪声干扰的强弱，服从于正态分布N（0，σ2）。动态特性噪声比为SN=b2/σ2。

通过对设计参数进行优化组合的过程，以达到减少波动使信噪比最优，实现产品的稳定性。通过参数设计，使系统的元、器件配置最优化，以达到预期稳定的输出效果。系统支持静态特性试验型、静态特性计算型、数字系统和动态特性等参数设计。

三是容差设计。容差设计的目的是在参数设计阶段确定的最佳条件的基础上，确定各个参数合适的容差。容差设计的基本方法是根据各参数的波动对产品质量特性贡献(影响)的大小，从经济性角度（质量损失函数）考虑有无必要对影响大的参数给予较小的容差(例如用较高质量等级的元件替代较低质量等级的元件)。

在现代产品设计中，应该把质量控制作为研发过程的重要内容，通过优化质量设计，提高产品的质量水平。特别是在信息技术和网络技术飞速发展的今天，大量先进的质量设计工具和方法得以应用到企业研发过程中来，企业应从自身实际需要出发，寻找出一套适合自身条件的产品开发和质量保证体系，在产品开发中注入质量控制的理念，从而在质量竞争中立于不败之地。