三次設計

三次設計理論是日本著名的質量管理專家田口玄一博士在20世紀70年代初創立的。該方法是一種低成本，高效益的質量工程方法，它是一種在產品開發和設計早期階段防止質量問題的技術。

田口方法的基本思想是把產品的穩健性設計到產品和製造過程中，通過控制源頭質量來抵禦大量的下游生產或顧客使用中的噪聲或不可控因素的干擾，這些因素包括環境濕度、材料老化、製造誤差、零件間的波動等等。田口方法不僅提倡充分利用廉價的元件來設計和製造出高品質的產品，而且使用先進的試驗技術來降低設計試驗費用，這也正是田口方法對傳統思想的革命性改變，為質量改進和企業增效指出了一個新方向。

與傳統的質量定義不同，田口玄一博士認為產品的質量應該是：產品出廠後避免對社會造成損失特性，用“質量損失”對產品質量進行定量描述。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(如空氣污染、噪聲污染等)和間接損失(如顧客對產品的不滿意以及由此導致的市場損失、銷售損失等)。質量特性值偏離日標值越大損失越大，即質量越差，反之，質量就越好。田口方法通過調整設計參數，使產品的功能、性能對偏差的起因不敏感，以提高產品自身的抗干擾能力。為了定量描述產品質量損失,田口提出應用“質量損失函數”的概念，並以信噪比來衡量設計參數的穩健程度。由此可見，田口方法是一 種聚焦於最小化過程變異或使產品、過程對環境變異最不敏感的實驗設計，是一種能設計出環境多變條件下穩健和優化操作的高效方法。

一般而言，任何一個質量特性值在生產過程中均受很多因素的影響，田口理論將影響質量特性的因素分為輸入變量、可控變量和不可控變量，如圖1所輸人變量非設計參數，可控變量是田口方法的設計對象。所謂可控變量，即可以整可控制的參數，這種變量通常稱為信號因子。不可控變量，顧名思義，即不可制的變量，也稱為噪音因子，就是使質量特性偏離目標值的因素。田口理論又將音因子分為三類：外部噪音，如温度濕度、灰塵等；內部噪音，如劣化等；產品間噪音，如製造缺失等 ^[2]  。

田口方法的基本原理是通過控制可控因素的水平和配合，使產品和工藝對噪聲因素的敏感程度降低，從而使噪聲因素對產品質量的影響作用減少和消除，以實現提高和穩定產品質量的目的。

田口提出的“三次設計法”，即分三個階段對產品質量進行優化：

應用科學理論和工程知識對產品功能原型進行設計開發，這階段完成了產品的配置和功能屬性，其主要目的是確定產品的主要性能參數、技術指標和外觀形狀等重要參數。系統設計是產品設計的基礎，它很大程度上決定了產品的性能和成本。目前，系統設計一般藉助質量功能配置等方法，以“質量屋”為工具將來自顧客或市場的需求精確無誤地轉移到產品壽命循環中去，同時為了提高系統設計的質量，還採用譬如計算機輔助設計、面向裝配和製造的設計，面向維修的設計以及面向拆卸的設計以及虛擬製造等現代方法 ^[2]  。

在系統結構確定後進行參數設計。這一階段以產品性能優化為目標確定產品參數水平及配置，使工程設計對干擾源的敏感性最低；它可以利用公差範圍較寬的廉價元件組裝成高質量的產品，其實質是利用產品輸出特徵和元件參數水平之間的非線性效應。

通常一個產品由許多零部件組成，尋求這些零部件的參數組合並不是一件容易的事情，尤其是當輸出特徵和零部件之間無法建立數學模型時，田口博士建議採用正交試驗法來完成這個任務 ^[2]  。

參數設計完成後，就可以進一步確定零部件的容差，容差設計的目的是確定各個參數容許的誤差大小。在一個系統中，由於結構不同，各個參數對系統輸出特徵的影響也就不同，容差設計的基本思想就是對影響大的參數給予較小的公差值，對影響小的參數給予較大的公差值，從而保證在確保系統質量的前提下成本最小。

系統設計、參數設計、容差設計，這三方面的內容構成田口方法的“線外質量控制”，田口線外質量控制、質量損失函數和田口線上質量控制就構成了田口質量工程。一般所講田口參數設計是指田口線外質量控制，田口實驗設計即為田口線外質量控制。在田口線外質量控制中，參數設計是線外質量控制的核心，它通過實驗優化方法確定系統各參數的最優組合，使產品對環境條件和其他噪聲因素的敏感性降低。最終效果是在不提高產品成本甚至降低成本的基礎上使產品質量損失最小，可見，參數設計是獲得高質量產品的關鍵，也是田口方法的中心內容。系統設計是線外質量控制的基礎和前提，容差設計是對系統設計和參數設計的完善與提高，質量水平評價是對田口線外質量控制的效果評價與分析 ^[2]  。