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第六章产品三次设计,第一节 概述 产品设计的五个阶段,市场规划,功能配置,系统设计,参数设计,容差设计,质量改进,三次设计,第六章-产品三次设计,三次设计简介 系统设计(属于专业技术) 根据功能特性要求,选择产品系统,研制样机或样品及其生产工艺。 系统设计的内容涉及:,总系统设计 子系统设计 零部件设计 原材料设计 组装件设计 系统结构设计 生产设备设计,生产工序设计 专利技术使用 安全性设计 可靠性设计 测量系统设计 等等,第六章-产品三次设计,参数设计(属于通用技术) 对系统设计中的各种参数(包括系统结构参数、原材料或零部件参数、生产过程的工艺参数),寻求各种参数中心值之间的最佳搭配。 参数设计同时改进质量和成本,是三次设计的关键。 数学模型,其中: y 为产品的特性值; X 表示影响 y 的可控因素(或可控变量),涉及: 系统结构参数,系统输入参数,零部件参数,原材料参数,生产工序参数,等; Z 表示产品在生产和使用过程中影响 y 的不可控因素(也称为噪声因素、随机因素或随机变量)。,第六章-产品三次设计,容差设计(对质量和成本进行折中) 参数中心值确定之后,来确定各种参数的容许误差,使得质量和成本综合起来达到最优。 基本方法 采用质量损失函数(田口方法) 6Sigma方法:即容差D=6s(s为特性值y的标准差) 或s=D/6。,第六章-产品三次设计,第二节 正交试验设计 概述 “正交试验设计”简称“正交设计”,是用正交表来安排试验的一种试验设计方法。 正交设计是试验设计的主要方法,使用最广泛。 正交设计的方法分两大体系(在理论和方法上有很大不同),即在安排试验时考虑交互作用和不考虑交互作用。前者源于英国统计学家R.A. Fisher,日本学者田口玄一和美国学者G.E.P. Box都有重要贡献。后者是由中国学者张里千创立,是对前者的改进,其使用比较简便,通常效率更高,又称“正交法”或“正交优化法”。,第六章-产品三次设计,正交表简介 正交表是一种已经制作好的规格化的数表,是正交试验的基本工具。它有两个性质,例如, 对于正交表L4(23)来说,它满足: 每纵列恰有2个“1”和2个“2”; 任意两列,(1,1)、(1,2)、(2,1)和(2,2)各出现1次。,正交表L4(23),第六章-产品三次设计,对于正交表L8(27)来说,也满足这两条性质,即: 每纵列恰有4个“1”和4个“2”; 任意两列,(1,1)、(1,2)、(2,1)和(2,2)各出现2次。,正交表L8(27),第六章-产品三次设计,对于正交表L9(34)来说,也满足这两条性质: 每纵列的各个数字都出现相同次数 ; 任意两列之间的各个数字搭配也都出现相同次数。,正交表L9(34),第六章-产品三次设计,正交表L8(4124)和L18(6136) ,也满足这两条性质: 每纵列的各个数字都出现相同次数 ; 任意两列之间的各个数字搭配也都出现相同次数。,正交表L8(4124),正交表L18(6136),第六章-产品三次设计,第三节 正交试验案例 2,4-二硝基苯肼的工艺改进 了解试验问题,明确试验目的: 二硝基苯肼是一种试剂产品,用于检验酮酸色层分析及肝功能试验,其外形为重要的特性指标。紫色为不合格品,橘黄色为合格品。原工艺在氯代笨与乙醇的混合溶液中,加入水合肼进行搅拌,反应中途再追加200毫升乙醇。外形虽合格,但产率只有45%。,第六章-产品三次设计,挑因素、选位级(“位级”又称“水平” ) 在集思广益的基础上,得到该试验的因素位级表:,第一批试验的因素位级表,确定试验方案 选用正交表L8(27),因素顺序上列,位级对号入座,得到试验计划或方案表。把试验结果填入表中,并做统计分析(即所谓的“算一算”)。,第六章-产品三次设计,2,4-二硝基苯肼的第一批试验,注:=位级1对应试验结果之和; =位级1对应试验结果之和。(下同),第六章-产品三次设计,找出好条件: 直接看的好条件: 第2号试验的产率最高,但颜色为紫色,不合格。为弄清原因,对第2号试验做重复试验,结果出现橘黄色。猜想其原因可能跟加料速度,希望在以后试验中做验证。于是得到直接看的好条件:,算一算的好条件:,第六章-产品三次设计,第二批试验 挑因素、选位级 固定第一批试验中某些因素的位级量,即:乙醇用量为0毫升,水合肼为粗品,温度为60oC,搅拌速度为快速。对其它3个因素(新增加了加料速度)继续进行试验。,第二批试验的因素位级表,确定第二批试验方案 选用正交表L4(23),因素顺序上列,位级对号入座,得到试验计划表。把试验结果填入表中,并做统计分析。,第六章-产品三次设计,2,4-二硝基苯肼的第二批试验,找出好条件 直接看和算一算的结果相同,即:水合肼用量为理论量的2.3倍,时间为2小时,加料速度为慢。 若有必要,可继续进行试验,第六章-产品三次设计,卷发器产品的市场试销设计,因素位级表,第六章-产品三次设计,试验方案及结果,第六章-产品三次设计,晶体退火工艺的改进试验 了解试验问题,明确试验目的: 检验癌细胞用到一种碘化纳晶体,要求应力越小越好,希望不超过2度。北京综合仪器厂经过30多炉试验,采用如下图所示工艺,各项指标都已合格,但应力未能低于7度。,第六章-产品三次设计,挑因素、选位级,确定试验方案,第六章-产品三次设计,晶体退火工艺的第一批试验,第六章-产品三次设计,趋势图,第六章-产品三次设计,找出好条件:,直接看好条件:,算一算好条件:,第六章-产品三次设计,第二批试验,第二批试验的因素位级表,第二批试验方案及试验结果,第六章-产品三次设计,Vc二步发酵的配方试验 试验目的: 捉高Vc(维生素丙)产量,降低成本。 生产Vc的二步发酵新工艺,是用某个菌种氧化山梨糖,得到中间体2-酮-L-古龙酸。为捉高Vc产量,降低成本,需选择能提高假单孢菌氧化能力、又有利于产品的后处理、且成分简单的发酵培养基。 试验方案及结果分析:,第一批试验的因素位级表,第六章-产品三次设计,第一批试验方案及试验结果,第六章-产品三次设计,极差修正系数表,例如:六位级因素尿素的修正极差45.31.6072.48,第六章-产品三次设计,OTL中点电压的三次设计 系统设计,第六章-产品三次设计,系统设计,其中,电阻A, B, C, D和E存在5%的波动,电感F存在50%的波动。,第六章-产品三次设计,参数设计,第一轮的因素位级表,第六章-产品三次设计,第六章-产品三次设计,第六章-产品三次设计,误差因素的位级确定方法: 位级1 =(1-d)中心值 位级2 = 中心值 位级1 =(1+d)中心值 其中,d为因素的波动大小,中心值即为选优表中的值。 选优表又称“内表”,误差表又称“外表”。,第六章-产品三次设计,第六章-产品三次设计,容差设计 计算各因素的质量损失Q、成本C和总损失L,例如A:,第六章-产品三次设计,第六章-产品三次设计,调整系统偏差的因素及关系式的确定 计算公式及计算结果如下:,第六章-产品三次设计,第六章-产品三次设计,第六章-产品三次设计,
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