參數設計

參數設計的基本思想是通過選擇系統中所有參數(包括原材料、零件、元件等)的最佳水平組合，從而儘量減少外部、內部和產品間三種干擾的影響，使所設計的產品質量特性波動小，穩定性好。另外，在參數設計階段，一般選用能滿足使用環境條件的最低質量等級的元件和性價比高的加工精度來進行設計，使產品的質量和成本兩方面均得到改善。

參數設計是一個多因素選優問題。由於要考慮三種干擾對產品質量特性值波動的影響，探求抗干擾性能好的設計方案，因此參數設計比正交試驗設計要複雜得多。田口博士採用內側正交表和外側正交表直積來安排試驗方案，用信噪比作為產品質量特性的穩定性指標來進行統計分析。

為什麼即使採用質量等級不高、波動較大的元件，通過參數設計，系統的功能仍十分穩定呢？這是因為參數設計利用了非線性效應。

通常產品質量特性值y與某些元部件參數的水平之間存在着非線性關係，假如某一產品輸出特性值為y，目標值為m，選用的某元件參數為x，其波動範圍為Dx (一般呈正態分佈)，若參數x取水平x1，由於波動Dx，引起y的波動為Dy1，通過參數設計，將x1移到x2，此時同樣的波動範圍Δx，引起y 的波動範圍縮小成Dy2，由於非線性效應十分明顯，Dy2Δy2，即提高了元件質量等級後，對應於x1的產品質量特性y的波動範圍仍然比採用較低質量等級元件、對應於水平x2的y波動範圍D y2要寬，由此可以看出參數設計的優越性。

例如，有一晶體管穩壓電源，輸入為交流220V，要求輸出目標值為直流110V，波動範圍必須控制在±2V。決定穩壓電路輸出特性的主要因素是晶體管的電流放大倍數 hFE（其輸出特性呈非線性關係）以及調節電阻R的大小（電阻的輸出呈線性關係）。

通常專業設計人員看到電路輸出與目標值發生偏離時，大多是調整晶體管 hFE的工作點，使輸出達到目標值，但又產生了輸出電壓波動偏大的問題。例如原穩壓電源的晶體管hPE工作點在A1（A1=20），對應的輸出電壓為95V。這時，設計人員通常是把hFE從A1調整到A2（A2=40），使輸出電壓達到110V。但是，晶體管的hFE總會有一定範圍的波動。假定hFE的波動範圍為±20，當選定A2=40為設計中心值時，hFE就將在20-60（A1-A3）之間波動，對應的輸出目標的波動範圍將是95-120V。過去為解決這一問題，都是進一步嚴格挑選元件，以減小hFE的波動範圍。這樣勢必增加製造成本。如何運用參數設計的原理來優化設計呢？由此可知，當A4=80這個工作點時，對應的輸出特性曲線變化的平坦區。現在仍採用hFE波動為±20的晶體管，但工作點選A4=80上，此時輸出電壓波動範圍為120耀122V之間，波動幅度大大減小。但這時的輸出電壓為121V，比目標值110V高出一個M=11V的偏差。這個偏差可用線性元件電阻 R來校正，通過改變電阻R的大小來調整輸出電壓；使其達到110V。通過這項設計，我們找到了晶體管hFE與電阻的最佳參數組合為A4B4。

在設計開發的過程中，常常是在關係未知的情況下進行參數設計的，而不是象上例中的關係明確可鑑。這就必須通過試驗的辦法，並藉助於正交試驗、方差分析、信噪比等數理統計的方法，以較少的次數找出符合設計目標值且穩定性很高的參數組合。