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數(shù)據(jù)驅動的在線閉環(huán)質量設計理論與方法

數(shù)據(jù)驅動的在線閉環(huán)質量設計理論與方法

作者：歐陽林寒
出版社：科學出版社出版時間：2023-02-01
開本： B5 頁數(shù)： 344
本類榜單：管理銷量榜
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數(shù)據(jù)驅動的在線閉環(huán)質量設計理論與方法 版權信息

數(shù)據(jù)驅動的在線閉環(huán)質量設計理論與方法 本書特色

隨著國際市場競爭的日趨激烈以及我國制造業(yè)的迅速崛起，制造業(yè)如何以高質量、低成本、短周期獲得競爭優(yōu)勢，已成為\"中國制造\"向\"中國質造\"轉變過程中必須面對的問題。

數(shù)據(jù)驅動的在線閉環(huán)質量設計理論與方法 內容簡介

隨著國際市場競爭的日趨激烈以及我國制造業(yè)的迅速崛起，制造業(yè)如何以高質量、低成本、短周期獲得競爭優(yōu)勢，已成為"中國制造"向"中國質造"轉變過程中必須面對的問題。質量設計作為持續(xù)質量改進活動的重要支撐技術，主要應用在產品/過程的設計階段，因此能夠從源頭上減小和控制產品實現(xiàn)過程中的波動。然而，在實際的生產過程中，由于人員、機器、原料、方法、環(huán)境、測試因素將在一定程度上影響試驗數(shù)據(jù)的準確性或影響產品/過程的顯著性變量無法準確地獲知，故模型不確定性廣泛存在于產品/過程的質量設計過程中。組合模型與區(qū)間估計作為解決模型不確定下穩(wěn)健參數(shù)設計（包括響應曲面構建及優(yōu)化策略構建兩個問題）的重要手段，不僅能夠確保建模的準確性，而且能夠提高質量設計的有效性。因此在組合模型與區(qū)間估計的框架下實現(xiàn)產品/過程的質量設計具有重要的理論意義和實用價值

數(shù)據(jù)驅動的在線閉環(huán)質量設計理論與方法 目錄

目錄
第1章　緒論　1
1.1　質量概念的演化　2
1.2　質量控制技術的發(fā)展階段　5
1.3　基于統(tǒng)計模型的質量數(shù)據(jù)分析　7
1.4　在線閉環(huán)產品質量設計面臨的挑戰(zhàn)　10
1.5　本書的主要內容和邏輯關系　12
參考文獻　13
第2章　質量設計理論基礎　16
2.1　產生質量問題的根本原因　16
2.2　質量特性分類及影響因素　19
2.3　質量設計　21
2.4　數(shù)據(jù)驅動的質量模型　26
參考文獻　29
第3章　單一模型下的質量設計　32
3.1　模型參數(shù)點估計下的質量設計　32
3.2　模型預測區(qū)域下的質量設計　41
3.3　多重參數(shù)區(qū)間下的質量設計　52
參考文獻　65
本章附錄　67
第4章　組合模型下的質量設計　69
4.1　基于Bootstrap法的模型篩選研究　70
4.2　基于0-1規(guī)劃的模型篩選研究　82
4.3　高度非線性下的多源組合質量建！98
參考文獻　107
本章附錄　110
第5章　基于貝葉斯方法的質量設計　111
5.1　基于貝葉斯層次模型的質量設計　111
5.2　基于貝葉斯模型平均的質量設計　133
5.3　基于穩(wěn)健貝葉斯的質量設計　144
參考文獻　157
本章附錄　160
第6章　融入多重效應的質量設計　162
6.1　基于*優(yōu)化性和穩(wěn)健性的優(yōu)化策略　162
6.2　基于*優(yōu)化性和可靠性的優(yōu)化策略　175
6.3　基于*優(yōu)化性和經濟性的優(yōu)化策略　186
參考文獻　199
第7章　基于穩(wěn)健統(tǒng)計的質量設計　202
7.1　數(shù)據(jù)污染情形下的穩(wěn)健設計　202
7.2　正態(tài)模型偏離下的穩(wěn)健設計　217
參考文獻　231
第8章　多重相關特性的質量設計　234
8.1　正態(tài)響應下似不相關的質量設計　234
8.2　非正態(tài)響應下似不相關的質量設計　253
參考文獻　268
本章附錄　271
第9章　閉環(huán)視角下的質量更新與風險評估　278
9.1　融入數(shù)據(jù)質量的在線質量更新　278
9.2　基于區(qū)間概率的質量風險評估　298
9.3　考慮穩(wěn)健特征的質量風險評估　312
參考文獻　326
本章附錄　328
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數(shù)據(jù)驅動的在線閉環(huán)質量設計理論與方法 節(jié)選

第1章 緒論 隨著國際市場競爭的日趨激烈以及我國制造業(yè)的升級換代，制造業(yè)如何以高質量、低成本、短周期而獲得競爭優(yōu)勢，進而實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，已成為工業(yè)界和學術界極為關注的問題。特別是進入21世紀以來，質量得到了前所未有的重視，著名質量專家朱蘭曾說過，“21世紀將是質量的世紀”。同時，站在“兩個一百年”的歷史交匯點，高質量發(fā)展成為我國社會發(fā)展的主旋律，如何推動實現(xiàn)全面高質量發(fā)展成為政府、行業(yè)及企業(yè)各項工作的重中之重。從現(xiàn)代質量工程的觀點來看，產生質量問題的根本原因是波動（variation）。從制造業(yè)和服務業(yè)來看，推動企業(yè)的質量管理工作，提高產品或服務在國際市場上的競爭力，關鍵在于采用科學、先進的質量思想、工具和方法。2014年6月，中國質量協(xié)會調研報告表明，約有33%的被調查企業(yè)沒有使用或局限性地使用了研發(fā)質量工程技術，而能夠積極持續(xù)應用并有效提升研發(fā)質量和效率的企業(yè)比例也偏低。同時，實施卓越績效、六西格瑪、精益生產等先進質量管理方法的被調查企業(yè)比例為58.5%，該水平遠低于歐美發(fā)達國家。2015年5月，國務院印發(fā)了我國實施制造強國戰(zhàn)略的**個十年行動綱領《中國制造 2025》，并明確提出了“創(chuàng)新驅動、質量為先、綠色發(fā)展、結構優(yōu)化、人才為本”的方針，無論是在擺位上，還是在表述內容上，質量元素都得到了凸顯[1]。 眾所周知，產品質量不僅是企業(yè)的生命線，更是在全球市場上贏得顧客的關鍵，因此持續(xù)性質量改進已成為世界各大企業(yè)永恒追求的目標。實現(xiàn)產品的持續(xù)性質量改進，不僅需要質量管理思想和方法的指導，更需要質量工程技術的支持。例如，在微納加工過程中，如何精準地構建加工質量與加工參數(shù)間的函數(shù)關系，并基于該函數(shù)關系優(yōu)化加工參數(shù)。因此，實現(xiàn)質量為先的關鍵之一在于有效地采用先進的質量設計技術。 現(xiàn)代質量管理的主流觀點認為：波動是產品產生質量問題的根本原因。盡管人們無法完全消除波動，但是可以減小和控制它。新的質量損失原理表明：只要質量特性偏離其設計目標值，就會造成質量損失，偏離越遠，損失越大。因此，為了改進或提高產品質量、降低成本，就必須*大限度地減小和控制圍繞設計目標值的波動。如何減小和控制產品實現(xiàn)過程中的波動，已經成為持續(xù)性質量改進活動中的核心內容[2，3]。由于質量設計是從源頭上查找并消除引起產品質量缺陷的因素，故其能夠有效地減少波動并改變以往依靠檢驗進行事后質量管理的工作方式。因此，在學術界與工業(yè)界已形成一個共識：產品質量首先是設計出來的，其次才是制造出來的。 本章將主要介紹質量概念的演化、質量控制技術的發(fā)展階段、基于統(tǒng)計模型的質量數(shù)據(jù)分析、在線閉環(huán)產品質量設計面臨的挑戰(zhàn)，以及本書的主要內容及邏輯關系。 1.1 質量概念的演化 隨著工業(yè)的發(fā)展和人們對質量管理實踐的不斷深入，人們對質量的認識也在不斷地變化和深化，質量的概念也在不斷地發(fā)展、豐富和完善。大體上講，人們對質量的認識經歷了以下六個不同階段[4]。 1）客觀質量 人們*早使用的質量概念是通過設計規(guī)格（specification）來定義的，即滿足規(guī)格（落入設計公差）要求的產品為合格/質量產品，不滿足規(guī)格要求的產品為不合格品。實際上，該定義源于工程背景，通常稱為客觀質量（objective quality）。這是從生產者角度來定義的產品質量，此外規(guī)格有先進和落后之分，對于落后的規(guī)格，即使產品滿足其規(guī)格要求，也不能被認為是質量好的產品。如何確定規(guī)格，往往是由生產者決定的，因此，*初的規(guī)格要求并不能反映顧客的各種需求和期望。 2）主觀質量 隨著市場的競爭和發(fā)展，顧客已逐漸成為市場的主體，而上述客觀質量沒有把經營中的市場因素聯(lián)系起來，由此，產生了主觀質量（subjective quality）的概念，即質量就是要滿足顧客的需求。20世紀50年代初期，美國著名質量專家戴明（W. E. Deming）在日本進行質量教育和培訓時，根據(jù)市場競爭的需要，提出了主觀質量這一概念，指導日本企業(yè)從管理到工程的每個細節(jié)都要著手為顧客考慮，實現(xiàn)企業(yè)真正地為顧客而存在。這正是20世紀80年代初期日本產品在國際市場上取得主導地位的主要原因之一。 3）動態(tài)質量 隨著科學技術的快速發(fā)展，市場競爭的日趨激烈以及人類期望的不斷提高，今天是顧客滿意的產品，明天或許被顧客遺忘，于是動態(tài)質量（dynamic quality）的概念應運而生，即質量要連續(xù)不斷地滿足顧客需求。這一動態(tài)質量概念，正是近年來許多世界*公司所推崇的連續(xù)質量改進的企業(yè)文化的源泉。從狩野紀昭（Noriaki Kano）提出的顧客需求模型（Kano模型）中，可以清楚地看到這一點，見圖1-1。 Kano把顧客需求劃分為三個層次：基本需求、期望需求和令人愉悅的需求；拘枨笫穷櫩蜐撘庾R的期望，它是明顯的，無須表述的需求，如果不能滿足這些需求，必然導致顧客的不滿意；期望需求是顧客意識到的和期望的需求，滿足顧客的期望需求，必將極大地提高顧客的滿意度；令人愉悅的需求是指超越顧客期望的需求，往往能夠給顧客帶來意外的驚喜。我們應充分注意到模型中三要素的動態(tài)特性，今天是令人愉悅的質量，明天也許變成期望的質量，后天也許成為*基本的質量要求。同時我們也應該看到：任何一種產品在投放市場初期時，不管多么令人驚喜，*終都會成為一種基本需求。 4）全面質量 要真正做到連續(xù)不斷地滿足顧客的需求，僅僅要求質量是不夠的，只有實現(xiàn)高質量和合理的價格“兩位一體”才能真正使顧客滿意。在合理的價格下要保證企業(yè)的利潤、生存和發(fā)展，必須*大限度地降低成本、減少質量損失，因而西方質量專家把這種低投入下獲得的高質量稱為全面質量（total quality）。值得注意的是，不能把全面質量誤解為產品實現(xiàn)全過程的質量總和，即產品開發(fā)、設計、制造、檢驗、售后服務等階段的全部質量。全面質量是從質量到價格全面競爭的產物，它強調了經濟的含義，反映了當代質量管理哲學，現(xiàn)在所進行的連續(xù)質量改進工作實際上正是朝著全面質量的目標而進行的，也就是連續(xù)全面質量改進。 5）多維度質量觀 哈佛商學院的戴維?加文認為，質量是難以形容的，有的基于產品，有的基于用戶，有的基于制造，有的基于價值。產品質量應從8個維度來描述：①性能（performance），是指產品應達到預期的功能目標；②特征（features），是指增加產品基本功能的產品屬性，以區(qū)別于其他產品；③可靠性（reliability），是指產品在設計的使用壽命周期內一致地完成規(guī)定功能的能力；④符合性（conformance），是指產品設計時的規(guī)格，如果一個產品的某一維度在規(guī)格允許的容差范圍之內，則它具有符合性；⑤耐用性（durability），是指產品能忍受壓力或撞擊而不會出現(xiàn)故障的程度；⑥可服務性（serviceability），是指產品易于修復，如果一個產品可以很容易地修復，則該產品具有很好的可服務性；⑦美感（aesthetics），是指一種主觀感覺特征，反映的是顧客的主觀偏好；⑧感知質量（perceived quality），是以顧客的感知為準的。盡管加文的多維度質量觀被廣泛引用，但它也不是沒有遺漏，有學者認為質量概念還應該包括其他質量維度，如安全性。 6）國際標準化組織的質量觀 為了給質量一個明確而又可操作的定義，國際標準化組織（International Organization for Standardization，ISO）在ISO 9000 2015《質量管理體系——基礎和術語》標準中，把質量定義為“客體的一組固有特性滿足要求的程度”，并對定義進行詳細的解釋。這一定義看上去高度抽象而概括，但只要把握了特性和要求這兩個關鍵詞就很容易理解。它從特性和要求二者之間的關系來描述質量，即某種事物的特性滿足某個群體要求的程度，滿足的程度越高，質量也就越好。 固有的：其反義是賦予的，指在某事或某物中本來就有的，尤其是那種永久的特性。它是產品、過程或體系的一部分，而人為賦予的特性（如產品的價格）不是固有特性，不反映在產品的質量范疇中。 特性：指可區(qū)分的特征，它可以是固有的或賦予的，定性的或定量的。固有特性的類型包括技術或理化方面的特性（這些特性可以用理化檢測儀器精確測定）、心理方面的特性、時間方面的特性、社會方面的特性、安全方面的特性等。 要求：是指明示的、通常隱含的或必須履行的需求或期望。明示的可以理解為規(guī)定的要求，是供需雙方在業(yè)務洽談和簽訂合同過程中，用技術規(guī)范、質量標準、產品圖樣、技術要求加以明確規(guī)定的內容，在文件中予以闡明。通常隱含的則是指組織、顧客或其他相關方的慣例或一般做法，所考慮的需求是不言而喻的。要求可由不同的相關方提出，可以是多方面的，特定要求可使用修飾詞表示，如產品要求、質量管理要求、顧客要求等。 在理解質量術語時，還要注意以下幾點內涵。 質量的廣義性：質量的載體是實體，實體是可單獨描述和研究的事物。實體可以是產品（硬件和軟件），也可以是組織、體系或人，以及以上各項的任意組合。質量不僅指產品質量，也可以指某項活動或過程的工作質量，還可以指涉及人的素質、設備的能力、管理體系運行的質量。 質量的時效性：組織的顧客及其他相關方對組織的產品、過程和體系的需求和期望是不斷變化的，組織應根據(jù)顧客和相關方的需求和期望變化，不斷調整對質量的要求，并爭取超越他們的期望。 質量的相對性：組織的顧客和相關方對同一產品的功能提出不同的需求；也可能對同一產品的同一功能提出不同的需求；需求不同，質量要求也就不同，但只要滿足需求，就應該認為質量是好的。 質量的動態(tài)性：隨著科學技術的發(fā)展，生活水平的提高，人們對產品、過程或質量體系會提出新的質量要求。因此，應定期評價質量要求，修訂規(guī)范。對于不同顧客、不同地區(qū)，因自然環(huán)境條件不同，技術水平的不同，消費水平的差異，也會對產品提出不同的要求，產品應具有這種環(huán)境的適應性，以滿足顧客明示或隱含的需求。 盡管不同的組織和個人對質量的理解和認識有所不同，但在一個組織內部對質量的認識必須統(tǒng)一，以形成共同的語言，這是進行交流、溝通、改進的基礎。 隨著人類社會的進步，人們對質量的認知也在不斷變化，越來越接近事物的本質，并逐步被企業(yè)、社會理解和接受。因此，人們對質量的認知過程是永無止境的。 1.2 質量控制技術的發(fā)展階段 ISO 9000 2015《質量管理體系—基礎和術語》中明確指出：質量控制是質量管理的一部分，致力于滿足質量要求。從狹義上講，質量控制是一個設定標準（根據(jù)質量要求）、分析結果、發(fā)現(xiàn)偏差，并采取糾正和預防措施的過程。質量控制通常與質量工程技術密切相關，組織利用這些技術對產品形成和體系實施的全過程進行控制，找出不滿足質量要求的因素并予以消除，以減少損失。從廣義上講，質量控制是指在產品實現(xiàn)過程中的不同階段所采用的質量工程技術，見圖 1-2。例如，在產品設計與開發(fā)階段，所采用的質量工程技術稱為質量設計（design for quality），也稱離線質量控制；在生產制造階段所采用的質量工程技術稱為過程控制（process control），也稱在線質量控制。按照時間順序，質量控制技術在制造業(yè)中的應用大體上經歷了三個階段[4]：產品質量檢驗、過程控制和質量設計。 **個階段，產品質量檢驗。抽樣檢驗就是按照規(guī)定的抽樣方案和程序，從一批產品或一個過程中抽取一部分樣本進行檢驗，根據(jù)檢驗結果來判定產品批次或過程是否合格的活動。它興盛于第二次世界大戰(zhàn)期間，通過產品質量檢驗來保證產品質量，當時人們認為產品質量是檢驗出來的。嚴格地講，抽樣檢驗并不能提高產品質量。在產品檢驗過程中，檢驗所做的工作只是判定產品是否滿足規(guī)格要求。 第二個階段，過程控制。過程控制既包括統(tǒng)計過程控制（statistical process control，SPC），也

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