工具之1— FMEA和FTA分析

故障模式與影響分析(FMEA)和故障樹分析(FTA)均是在可靠性工程中已廣泛應用的分析技術，國外已將這些技術成功地應用來解決各種質量問題。在ISO 9004：2000版標準中，已將FMEA和FTA分析作為對設計和開發以及產品和過程的確認和更改進行風險評估的方法。我國目前基本上僅將FMEA與FTA技術應用于可靠性設計分析，根據國外文獻資料和我國部分企業技術人員的實踐，FMEA和FTA可以應用于過程(工藝)分析和質量問題的分析。質量是一個內涵很廣的概念，可靠性是其中一個方面。

通過FMEA和FTA分析，找出了影響產品質量和可靠性的各種潛在的質量問題和故障模式及其原因（包括設計缺陷、工藝問題、環境因素、老化、磨損和加工誤差等），經采取設計和工藝的糾正措施，提高了產品的質量和抗各種干擾的能力。根據文獻報道，某世界級的汽車公司大約50%的質量改進是通過FMEA和FTA/ETA來實現的。

工具之2——Kano模型

日本質量專家Kano把質量依照顧客的感受及滿足顧客需求的程度分成三種質量：理所當然質量、期望質量和魅力質量。

A：理所當然質量。當其特性不充足（不滿足顧客需求）時，顧客很不滿意；當其特性充足（滿足顧客需求）時，無所謂滿意不滿意，顧客充其量是滿意。

B：期望質量也有稱為一元質量。當其特性不充足時，顧客很不滿意，充足時，顧客就滿意。越不充足越不滿意，越充足越滿意。

C：魅力質量。當其特性不充足時，并且是無關緊要的特性，則顧客無所謂，當其特性充足時，顧客就十分滿意。

理所當然的質量是基線質量，是最基本的需求滿足。

期望質量是質量的常見形式。

魅力質量是質量的競爭性元素。通常有以下特點：

具有全新的功能，以前從未出現過；

性能極大提高；

引進一種以前沒有見過甚至沒考慮過的新機制，顧客忠誠度得到了極大的提高；

一種非常新穎的風格。

Kano模型三種質量的劃分，為6Sigma改進提高了方向。如果是理所當然質量，就要保證基本質量特性符合規格（標準），實現滿足顧客的基本要求，項目團隊應集中在怎樣降低故障出現率上；如果是期望質量，項目團隊關心的就不是符合不符合規格（標準）問題，而是怎樣提高規格（標準）本身。不斷提高質量特性，促進顧客滿意度的提升；如果是魅力質量，則需要通過滿足顧客潛在需求，使產品或服務達到意想不到的新質量。項目團隊應關注的是如何在維持前兩個質量的基礎上，探究顧客需求，創造新產品和增加意想不到的新質量。

工具之3——POKA-YOKE

POKA-YOKE意為“防差錯系統”。日本的質量管理專家、著名的豐田生產體系創建人新江滋生（Shingeo Shingo）先生根據其長期從事現場質量改進的豐富經驗，首創了POKA-YOKE的概念，并將其發展成為用以獲得零缺陷，最終免除質量檢驗的工具。

POKA-YOKE的基本理念主要有如下三個月：

決不允許哪怕一點點缺陷產品出現，要想成為世界的企業，不僅在觀念上，而且必須在實際上達到“0”缺陷。

生產現場是一個復雜的環境，每一天的每一件事都可能出現，差錯導致缺陷，缺陷導致顧客不滿和資源浪費。

我們不可能消除差錯，但是必須及時發現和立即糾正，防止差錯形成缺陷。

工具之4——質量功能展開（QFD）

質量功能展開(Quality Function Deployment,縮寫為QFD)是把顧客或市場的要求轉化為設計要求、零部件特性、工藝要求、生產要求的多層次演繹分析方法，它體現了以市場為導向，以顧客要求為產品開發唯一依據的指導思想。在健壯設計的方法體系中，質量功能展開技術占有舉足輕重的地位，它是開展健壯設計的先導步驟，可以確定產品研制的關鍵環節、關鍵的零部件和關鍵工藝，從而為穩定性優化設計的具體實施指出了方向，確定了對象。它使產品的全部研制活動與滿足顧客的要求緊密聯系，從而增強了產品的市場競爭能力，保證產品開發一次成功。

根據文獻報道，運用QFD方法，產品開發周期可縮短三分之一，成本可減少二分之一，質量大幅度提高，產量成倍增加。質量功能展開在美國民用工業和國防工業已達到十分普及的程度，不僅應用于具體產品開發和質量改進，還被各大公司用作質量方針展開和工程管理目標的展開等。

2000版ISO 9000系列標準要求“以顧客為關注焦點”,“確保顧客的要求得到確定并予以滿足”，作為分析展開顧客需求的質量功能展開方法必將在2000版ISO 9000系列標準的貫徹實施中獲得廣泛的應用。

工具之5——SOW

工作說明(Statement Of Work,縮寫為SOW)是合同的附件之一，具有與合同正文同等的法律效力。工作說明詳細規定了合同雙方在合同期內應完成的工作，如方案論證、設計、分析、試驗、質量控制，可靠性、維修性、保障性、標準化、計量保證等；應向對方提供的項目，如接口控制文件、硬件、計算機軟件、技術報告、圖紙、資料，以及何時進行何種評審等，因此，工作說明以契約性文件的形式進一步明確了顧客的要求和承制方為實現顧客要求必須開展的工作，它使產品的管理和質量保證建立在法律依據之上，成為合同甲方（顧客）對乙方(承制單位)進行質量監控的有力工具。工作說明的詳細要求可查閱GJB 2742－96。 工作說明的內容是質量功能展開的重要輸入。

工具之6——WBS

工作分解結構（Work Breakdown Structures,縮寫為WBS）是對武器裝備項目在研制和生產過程中應完成的工作自上而下逐級分解所形成的一個層次體系。該層次體系以要研制和生產的產品為中心，由產品（硬件和軟件）項目、服務項目和資料項目組成。WBS是通過系統工程工作而形成的，它顯示并確定了武器裝備項目的工作，并表示出各項工作之間以及它們與最終產品之間的關系，充分體現了系統的整體性、有序性（層次性）和相關性。GJB2116－94給出了WBS的典型發展過程及編制的基本要求，并在附錄中提供了七類武器系統的綱要WBS。

在質量功能展開和系統設計等工作中應用WBS的層次體系，參照GJB2116－94給出的綱要WBS，將極大地方便產品功能、結構和研制工作的構思，有助于QFD和系統設計等工作的完成，也有助于工作說明（SOW）的編制。WBS是對武器裝備研制實施系統工程管理的有效工具，也是設計完整性的保證。WBS的原理和思想，也同樣適用于各種大型、復雜、高科技的民用產品。

工具之7——并行工程

并行工程(Concurrent Engineering)是對于產品和其有關的過程(包括制造和保障過程)進行并行設計的一種系統的綜合方法，它要求研制者從一開始就考慮整個產品壽命周期(從概念形成到產品報廢處置)中的全部要素，包括質量、成本、進度及顧客需求。并行工程要求特別重視源頭設計，在設計的開始階段，就設法把產品開發所需的所有信息進行綜合考慮，把許多學科專家的經驗和智慧匯集在一起，融為一體。

在健壯設計中，尤其在進行質量功能展開和系統設計時，必須貫徹并行工程的原理和指導思想。

工具之8——參數設計

參數設計(Parameter Design)在系統設計之后進行。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，從而盡量減少外部、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。由于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復雜得多。田口博士采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。

工具之9——發散思維

發散思維又稱求異思維、輻射思維，是指從一個目標出發，沿著各種不同的途徑去思考，探求多種答案的思維，與聚合思維相對。不少心理學家認為，發散思維是創造性思維的最主要的特點，是測定創造力的主要標志之一。

美國心理學家吉爾福特認為，發散思維具有：流暢性、靈活性、獨創性三個主要特點。

流暢性是指智力活動靈敏迅速，暢通少阻，能在較短時間內發表較多觀念，是發散思維的量的指標；靈活性是指思維具有多方指向，觸類旁通，隨機應變，不受功能固著、定勢的約束，因而能產生超常的構思，提出不同凡響的新觀念；獨創性是指思維具有超乎尋常的新異的成分，因此它更多表證發散思維的本質。可以通過從不同方面思考同一問題，如“一題多解”、“一事多寫”、“一物多用”等方式，培養發散思維能力。

工具之10——方差分析與回歸分析

方差分析(Analysis of Variance, 縮寫為ANOVA)是數理統計學中常用的數據處理方法之一，是工農業生產和科學研究中分析試驗數據的一種有效的工具。也是開展試驗設計、參數設計和容差設計的數學基礎。一個復雜的事物，其中往往有許多因素互相制約又互相依存。方差分析的目的是通過數據分析找出對該事物有顯著影響的因素，各因素之間的交互作用，以及顯著影響因素的最佳水平等。方差分析是在可比較的數組中，把數據間的總的“變差”按各指定的變差來源進行分解的一種技術。對變差的度量，采用離差平方和。方差分析方法就是從總離差平方和分解出可追溯到指定來源的部分離差平方和。這是一個很重要的思想。

回歸分析(Regression Analysis)是研究一個變量Y與其它若干變量X之間相關關系的一種數學工具，它是在一組試驗或觀測數據的基礎上，尋找被隨機性掩蓋了的變量之間的依存關系。粗略地講，可以理解為用一種確定的函數關系去近似代替比較復雜的相關關系，這個函數稱為回歸函數，在實際問題中稱為經驗公式。回歸分析所研究的主要問題就是如何利用變量X，Y的觀察值（樣本），對回歸函數進行統計推斷，包括對它進行估計及檢驗與它有關的假設等。

工具之11——顧客滿意度評估

ISO9000：2000系列標準要求企業對顧客有關組織是否已滿足其要求的感受的信息進行測量和監視。與顧客有關的信息可包括：對顧客和使用者的調查，有關產品方面的反饋，顧客要求和顧客抱怨，合同信息，市場需求，服務提供數據和競爭方面的信息等。

對于顧客滿意的評估可以有各種方法，近年來，美國、瑞典等國采用顧客滿意度指數(Customer Satisfaction Index, 縮寫為CSI)進行評估，很有成效。CSI是用于評價產品(硬件、軟件、服務、流程性材料)滿足顧客需求程度的參數，也是評價產品質量的一種綜合指數。設顧客對產品提出了n項需求，每項需求得到滿足的程度為qi, ( i=1, 2, … , n),則顧客滿意度指數CSI是qi 的函數。

對于qi，應由市場開發人員對顧客群進行隨機抽樣調查， 結合通過售后服務所收集的顧客投訴和對產品的質量問題進行分析、統計來確定。顧客滿意度指數的評估是相當復雜的事情。企業、社會和國家機關都可以根據需要，委托中立的專業機構，進行產品、服務和行業的顧客滿意度指數的評估，用以指導質量改進的方向。

工具之12——精益生產(Lean Production)

精益生產(Lean Production，簡稱LP)是美國麻省理工學院根據其在“國際汽車項目”研究中，基于對日本豐田生產方式的研究和總結，于1990年提出的制造模式。其核心是追求消滅包括庫存在內的一切“浪費”，并圍繞此目標發展了一系列具體方法，逐漸形成了一套獨具特色的生產經營管理體系。

精益生產是通過系統結構、人員組織、運行方式和市場供求等方面的變革，使生產系統能很快適應用戶需求不斷變化，并能使生產過程中一切無用、多余的東西被精簡，最終達到包括市場供銷在內的生產的各方面最好的結果。

工具之13——均勻設計

正交試驗設計在挑選試驗點時，有兩個特點：均勻分散，整齊可比。“均勻分散”使試驗點有代表性，“整齊可比”便于試驗數據的分析。為了保證“整齊可比”的特點，正交設計至少要求做q2次試驗。若要減少試驗的數目，只有取掉整齊可比的要求。均勻設計就是只考慮試驗點在試驗范圍內均勻散布的一種試驗設計方法。均勻設計和正交設計相似，也是通過一套精心設計的表——均勻表來進行試驗設計，用回歸分析的方法分析試驗結果的。每一個均勻設計表有一個代號 或 ，其中U表示均勻設計，n表示要做n次試驗，q表示每個因素有q個水平，s表示該表有s列，U的右上角加“*”和不加“*”代表兩種不同類型的均勻表。通常加“*”的均勻表有更好的均勻性。均勻設計的一個顯著特點是試驗次數隨著因素水平的增加而顯著減少。

工具之14——排列圖

排列圖的全稱是“主次因素排列圖”，也稱為Pareto圖。它是用來影響產品質量的各種因素中主要因素的一種方法，由此可以用來確定質量改進的方向。因為在現實中存在的多數問題通常是由少數原因引起的。經濟學上的80/20原則用到管理領域，其基本原理是區分“關鍵的少數”和“次要的多數”，這樣有助于抓關鍵因素，解決主要問題，為直觀起見，用圖形表示出來，這一圖形便是排列圖。

工具之15——平衡計分卡

哈佛商學院的羅伯特.S.卡普蘭（RobertKaplan 哈佛商學院的領導力開發課程教授）和諾朗諾頓研究所所長大衛.P.諾頓（DavidNorton復興全球戰略集團創始人兼總裁）經過為期一年對在績效測評方面處于領先地位的12家公司的研究后，發展出一種全新的組織績效管理方法，即“平衡計分卡”，并發表于1992年1/2月號的《哈佛商業評論》中。

平衡計分卡的基本內容：平衡計分卡打破了傳統的只注重財務指標的業績管理方法，認為傳統的財務會計模式只能衡量過去發生的事情。在工業時代，注重財務指標的管理方法還是有效的，但在信息社會里，傳統的業績管理方法并不全面。組織必須通過在客戶、供應商、員工、組織流程、技術和革新等方面的投資，獲得持續發展的動力。基于這種認識，平衡計分卡方法認為，組織應從四個角度審視自身業績：客戶、業務流程、學習與成長、財務。平衡計分卡中的目標和評估指標來源于組織戰略，它把組織的使命和戰略轉化為有形的目標和衡量指標。

工具之16——容差設計

容差設計(Tolerance Design)在完成系統設計和由參數設計確定了可控因素的最佳水平組合后進行，此時各元件(參數)的質量等級較低，參數波動范圍較寬。

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，由于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后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，采取最佳決策。

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。用于容差設計的主要工具是質量損失函數和正交多項式回歸。

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盡可能減少質量波動，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范圍。對于下屬零部件通過容差設計確定科學合理的容差，作為生產制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，采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，不斷地采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，應減少容差范圍。

工具之17——實驗設計(DOE)

實驗設計(Design of Experiments, 縮寫為DOE)是研究如何制定適當實驗方案以便對實驗數據進行有效的統計分析的數學理論與方法。實驗設計應遵循三個原則：隨機化，局部控制和重復。隨機化的目的是實驗結果盡量避免受到主客觀系統因素的影響而呈現偏倚性；局部控制是化分區組，使區組內部盡可能條件一致；重復是為了降低隨機誤差的影響，目的仍在于避免可控的系統性因素的影響。實驗設計大致可以分為四種類型：析因設計、區組設計、回歸設計和均勻設計。析因設計又分為全面實施法和部分實施法。析因實驗設計方法就是我們常說的正交實驗設計。

所謂正交實驗設計就是利用一種規格化的表─—正交表來合理地安排實驗，利用數理統計的原理科學地分析實驗結果，處理多因素實驗的科學方法。這種方法的優點是，能通過代表性很強的少數次實驗，摸清各個因素對實驗指標的影響情況，確定因素的主次順序，找出較好的生產條件或最優參數組合。經驗證明，正交實驗設計是一種解決多因素優化問題的卓有成效的方法。正交表是運用組合數學理論在拉丁方和正交拉丁方的基礎上構造的一種表格，它是正交設計的基本工具，它具有均衡分散，整齊可比的特性。

實驗設計法已有70余年的歷史，在美國和日本，被廣泛應用于農業、制藥、化工、機械、冶金、電子、汽車、航空、航天等幾乎所有工業領域，來提高產品質量。美國汽車工業標準QS 9000“質量體系的要求”中已將實驗設計列為必須應用的技術之一。著名的參數設計也是在正交實驗設計的基礎上發展起來的。另外開展實驗設計不但可找到優化的參數組合，在很多情況下也可通過設置誤差列，進行方差分析，定性地判斷環境因素和加工誤差等各種誤差因素對期望的產品特性的影響，并采取改進措施，消除這些誤差的影響。因此對于一些簡單的工程問題，直接應用實驗設計法也能獲得滿意的健壯的設計方案。實驗設計還可應用于改進企業管理，調整產品結構，制定生產效益更高的生產計劃等。

工具之18——水平比較法(Benchmarking)

水平對比法(Benchmarking)又稱標桿法。是對照最強有力的競爭對手或已成為工業界領袖的公司，在產品的性能、質量和售后服務等各方面進行比較分析和度量，并采取改進措施的連續過程。水平比較法包括兩個重要的方面，一方面制訂計劃，不斷地尋找和樹立國內、國際先進水平的標桿，通過對比和綜合思考發現自已產品的差距；另一方面不斷地采取設計、工藝和質量管理的改進措施，取人之長、補已之短，不斷提高產品的技術和質量水平，超過所有的競爭對手，達到和保持世界先進水平。采用水平比較法不是單純地模仿，而是創造性地借鑒。通過深入的思考、研究，集眾家之長，開展技術創新，實現產品性能的突破。只有掌握了突破性的技術，才有可能領先世界。為了更好地貫徹水平比較法，應當建立有關的數據庫，并不斷更新。水平比較法在美國已獲得廣泛的應用和明顯的成效。

工具之19——統計過程控制(SPC)

統計過程控制(Statistical Process Control,縮寫為SPC)是由美國休哈特博士于上世20年代提出的，自第二次世界大戰后，SPC已逐漸成為西方工業國家進行在線質量控制的基本方法。根據SPC理論，產品質量特性的波動是出現質量問題的根源，質量波動具有統計規律性，通過控制圖可以發現異常，通過過程控制與診斷理論（SPCD）可以找出異常的原因并予以排除。常用的休哈特控制圖有均值－極差（x-R）控制圖，均值－標準差（x-S）控制圖，中位數－極差（x-R）控制圖，單值－移動極差（x-Rs）控制圖，不合格品率（P）控制圖，不合格品數（Pn）控制圖，缺陷數（C）控制圖，單位缺陷數（u）控制圖等。SPC方法是保持生產線穩定，減少質量波動的有力工具。

近年來，SPC方法獲得進一步發展，例如波音公司為了貫徹健壯設計思想，推出了一套新的供應商質量保證規范Dl-9000，主要的變化是要求建立先進的質量體系(Advanced Quality System，縮寫為AQS)。AQS體系將田口的質量損失的概念納入到生產制造階段的質量管理之中，提出了一整套與健壯設計相適應的生產制造質量控制要求。

AQS體系首先要求確定生產制造階段產品的關鍵特性，對這些關鍵特性及其所涉及的零部件，要求開展工藝健壯設計，以便確定健壯的工藝。在生產制造中要建立對關鍵特性的監控措施，除了應用SPC的常規控制圖外，AQS給出了三種小批量控制圖即單值移動極差控制圖、目標控制圖和比例控制圖，兩種改進的控制圖即移動平均控制圖和幾何移動平均控制圖，另外還有提高控制圖監控靈敏度的一些措施。根據監控情況和實際需要，改進工藝參數或改進工藝設計，糾正引起質量波動的任何人機料法環的因素，從而實現質量的連續改進。

工具之20——頭腦風暴法

頭腦風暴法又稱智力激勵法，是現代創造學奠基人美國奧斯本提出的，是一種創造能力的集體訓練法。它把一個組的全體成員都組織在一起，使每個成員都毫無顧忌地發表自己的觀念，既不怕別人的譏諷，也不怕別人的批評和指責，是一個使每個人都能提出大量新觀念、創造性地解決問題的最有效的方法。它有四條基本原則：

第一、排除評論性批判，對提出觀念的評論要在以后進行。

第二、鼓勵“自由想象“。提出的觀念越荒唐，可能越有價值。

第三、要求提出一定數量的觀念。提出的觀念越多，就越有可能獲得更多的有價值的觀念。

第四、探索研究組合與改進觀念。除了與會者本人提出的設想以外，要求與會者指出，按照他們的想法怎樣做才能將幾個觀念綜合起來，推出另一個新觀念；或者要求與會者借題發揮，改進他人提出的觀念。

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“感謝冠卓咨詢老師對項目組的全程輔導，通過做項目我們學會了如何用系統科學的方法分析研究問題；開闊了我們的視野并讓我們的管理人員明白了團隊協作的重要性。”

———北京某公司總經理 蘇先生