容差設計

容差設計的目的是在參數設計階段確定的最佳條件的基礎上，確定各個參數合適的容差。容差設計的基本思想如下：根據各參數的波動對產品質量特性貢獻(影響)的大小，從經濟性角度考慮有無必要對影響大的參數給予較小的容差(例如用較高質量等級的元件替代較低質量等級的元件)。這樣做，一方面可以進一步減少質量特性的波動，提高產品的穩定性，減少質量損失；另一方面，由於提高了元件的質量等級，使產品的成本有所提高。因此，容差設計階段既要考慮進一步減少在參數設計後產品仍存在的質量損失，又要考慮縮小一些元件的容差將會增加成本，要權衡兩者的利弊得失，採取最佳決策。

總之，通過容差設計來確定各參數的最合理的容差，使總損失(質量與成本之和)達到最佳(最小)。我們知道，使若干參數的容差減少需要增加成本，但由此會提高質量，減少功能波動的損失。因此，要尋找使總損失最小的容差設計方案。用於容差設計的主要工具是質量損失函數和正交多項式迴歸。

參數設計與容差設計是相輔相成的。按照參數設計的原理，每一層次的產品（系統、子系統、設備、部件、零件），尤其交付顧客的最終產品都應儘可能減少質量波動，縮小容差，以提高產品質量，增強顧客滿意；但另一方面，每一層次產品均應具有很強的承受各種干擾（包括加工誤差）影響的能力，即應容許其下屬零部件有較大的容差範圍。對於下屬零部件通過容差設計確定科學合理的容差，作為生產製造階段符合性控制的依據。但應指出，此處的符合性控制與傳統質量管理的符合性控制有兩點不同：第一，檢驗工序不能只記錄通過或不通過，還應記錄質量特性的具體數值；不能只給出不合格率，還要按照質量損失的理論制訂科學的統計方法來給出質量水平的數據。第二，採用適應健壯設計的在線質量控制方法（如先進的SPC方法等），實時監控產品質量波動的情況，進行反饋和工藝參數的調整；針對存在的問題，不斷地採取措施改進工藝設計，提高產品質量，在減少總損失的前提下使質量特性越來越接近目標值，條件具備時，應減少容差範圍。

（三次設計）

系統要素的中心值決定後，便進入決定這些因素波動範圍的容差設計。由於某些輸出特性的波動範圍仍然較大，若想進一步控制波動範圍，就得考慮選擇較好的原材料、配件，但這樣自然會提高成本。因此有必要將產品的質量和成本進行綜合平衡。容差是從經濟角度考慮允許質量特性值的波動範圍。容差設計通過研究容差範圍與質量成本之間的關係，對質量和成本進行綜合平衡。

例如：可以將那些對產品輸出特性影響大而成本低的零部件的容差選得緊一些，而對輸出特性影響小而成本又很高的零部件選得鬆一些。為此，必須要有一個質量損失函數來評價質量波動所造成的經濟損失。

仍以上述晶體管理穩壓電源的設計為例。當輸出電壓正好等於110V時，質量波動最小。隨着質量波動的增大，引起的經濟損失（包括社會經濟損失）也將增大。例如：質量波動造成零部件返工、報廢以及用户由於質量波動也多付費用等。

可見，容差設計是在決定了最佳參數組合的中心值後，根據質量損失函數，在綜合平衡用户與製造廠質量費用的情況下，選定合理的公差範圍。

以上通過穩壓電源的參數設計和容差設計的例子，對三次設計的原理進行概念性的介紹。實際計算往往要複雜得多，通常要運用正式試驗、方差分析和信噪比對質量特性進行綜合評定。