现代质量工程/马义中

本教材的主要内容包括：质量工程概述，波动理论，统计分析基础，试验设计与分析，响应曲面与建模，田口稳健设计，广义线性模型，统计过程控制、多元质量控制，集成过程控制等。本书适合管理科学与工程专业的研究生使用，也适合相关领域的研究者阅读。

目录
第1章 质量、质量管理和质量工程 1
1.1 质量概念的演化和质量管理的发展 1
1.2 质量工程及其发展 8
1.3 产生质量问题的根本原因 13
1.4 新的质量损失原理 15
1.5 减小和控制波动的两种质量工程技术 18
第2章 质量改进的基础知识 20
2.1 过程输出的统计规律性 20
2.2 统计量与抽样分布 21
2.3 点估计和区间估计 25
2.4 假设检验 34
2.5 非参数假设检验方法 46
2.6 正态性检验与变换 52
2.7 比较分析过程的实施步骤 57
第3章 方差分析 60
3.1 单因子方差分析 60
3.2 两因子方差分析 65
第4章 相关分析与回归分析 73
4.1 相关分析 73
4.2 一元线性回归模型 76
4.3 多元线性回归分析 86
第5章 测量系统分析 102
5.1 过程分析与文档 102
5.2 数据的搜集和整理 108
5.3 测量系统分析 116
5.4 特殊情况下的测量系统分析 129
第6章 经典的试验设计与分析 136
6.1 试验设计的发展历程和展望 136
6.2 试验设计的基础 139
6.3 单因子试验设计与分析 147
6.4 全因子试验设计与分析 152
6.5 部分因子试验 170
第7章 响应曲面试验设计与分析 192
7.1 响应曲面概述 192
7.2 响应曲面设计的分析及实例 203
7.3 多响应试验的优化和分析 211
第8章 田口方法 226
8.1 田口方法概述 226
8.2 稳健参数设计 232
8.3 容差设计 239
第9章 基于广义线性模型的稳健参数设计 258
9.1 双响应曲面法的基本介绍 258
9.2 基于广义线性模型的静态响应稳健参数设计 260
9.3 基于广义线性模型的动态响应稳健参数设计 266
第10章 过程能力分析 278
10.1 过程能力分析的基本概念 278
10.2 常用过程能力指数 280
10.3 过程绩效指数 288
10.4 多元质量特性的过程能力指数 292
10.5 需要说明的几个问题 294
第11章 统计过程控制 301
11.1 统计过程控制概述 301
11.2 常规计量控制图 308
11.3 计数值控制图 317
11.4 小批量控制图 323
11.5 小波动控制图 330
第12章 多变量过程控制技术 337
12.1 多变量过程控制的描述 337
12.2 控制图 340
12.3 Hotelling T2控制图 340
12.4 主成分控制图 343
12.5 MEWMA控制图 343
12.6 MCUSUM控制图 345
12.7 多变量残差控制图 345
12.8 仿真结果分析 357
第13章 波动源的探测、分离和诊断 362
13.1 变异源分析 362
13.2 波动源的分离技术 384
13.3 基于神经网络的诊断技术 393
13.4 基于PNN控制图模式识别的过程异常诊断 398
第14章 工程过程控制 405
14.1 工程过程控制的简介 405
14.2 工程过程控制的原理 406
14.3 工程过程控制与统计过程控制的整合 408
参考文献 411
附录 413

    第1章 质量、质量管理和质量工程
    伴随着全球经济一体化的发展和科学技术的进步，国内外市场中企业和产品的竞争日趋激烈，企业和产品竞争的焦点是质量（quality）、成本/价格（cost/price）、上市时间和产量（marketing time and yield）。任何组织要想在激烈的竞争中求得生存和发展，必须连续不断地提高质量，同时降低成本和提高效率，以满足顾客的需求，这就是西方人所说的全面质量（total quality）。要达到全面质量，不仅需要质量管理的思想、方法和手段，而且需要质量工程技术（quality engineering）的持续支持。如何利用质量管理和质量工程技术，设计并制造出高质量、高可靠性（reliability）、低成本、短周期的产品，由此获得竞争优势，已成为国内外管理和工程领域理论研究和实践工作者极为关注的问题。
    质量也称品质，它与人们的生活息息相关，本章主要介绍质量概念的演化和质量管理的发展历程；在此基础上，还将介绍质量工程的主要内容，分析产生质量问题的根本原因，阐释新的质量损失原理。
    1.1 质量概念的演化和质量管理的发展
    1.1.1 质量概念的演化
    随着工业的发展和质量管理实践的不断深入，人们对质量的认识在不断地变化和深入，质量的概念也在不断地发展、丰富和完善。大体上讲，人们对质量的认识经历了以下几个不同阶段。
    1.客观质量
    人们最早使用的质量概念是通过设计规格（specification）来定义的，即“满足规格（落入设计公差内）要求的产品为合格/质量产品，不满足规格要求的产品为不合格品”。实际上，该定义来源于工程背景，通常称之为客观质量（objective quality）。这是从生产者角度来定义的产品质量，此外“规格”也有优选和落后之分，对于落后的规格，即使产品满足其要求，也不能被认为是质量好的产品。而如何确定规格，往往是由生产者决定的，因此，最初的“规格要求”并不能反映顾客的各种需求和期望。
    2.主观质量
    随着市场竞争的发展，顾客已逐渐成为市场的主体，而上述客观质量没有把经营中的市场因素联系起来，由此，产生了主观质量（subjective quality）的概念，即质量就是要满足顾客的需求。20世纪50年代初期，美国有名质量专家戴明（W. E. Deming）在日本进行质量教育和培训时，根据市场竞争的需要，提出了主观质量这一概念，指导日本企业从管理到工程的每个细节着手为顾客考虑，实现了企业真正地为顾客而存在。这正是20世纪80年代初期日本产品在国际市场上取得主导地位的主要原因之一。
    3.动态质量
    随着科学技术快速发展，市场竞争日趋激烈，人类的期望不断提高。今天顾客满意的产品，明天或许就会被顾客遗忘，于是动态质量（dynamic quality）的概念应运而生，即质量要连续不断地满足顾客需求。这一动态质量概念，正是近年来许多重量公司所推崇的连续质量改进的企业文化的源泉。从狩野纪昭（Noriaki Kano）提出的顾客需求模型（Kano模型）中，可以清楚地看到这一点，见图1.1。
    图1.1Kano模型
    Kano把顾客需求划分为三个层次：基本需求、期望的需求和令人愉悦的需求（迷人的需求）。基本需求是顾客潜意识的期望，它是明显的，无须表述的需求，如果不能满足这些需求，必然导致顾客的不满意；期望的需求是指顾客意识到的和期望的需求，满足顾客的期望需求，必将极大地提高顾客的满意度；令人愉悦的需求是指超越顾客期望的需求，往往能够给顾客带来意外的惊喜。我们应充分注意到模型中三要素的动态特性，今天是令人愉悦的质量，明天也许变成期望的质量，后天也许成为最基本的质量。同时我们也应该看到：任何一种产品在投放市场初期，不管多么令人惊喜，最终都将会成为一种基本需求。
    4.全面质量
    要真正做到连续不断地满足顾客的需求，仅仅要求质量是不够的，只有实现高质量和合理价格的“两位一体”才能真正使顾客满意。在合理的价格下要保证企业的利润、生存和发展，必须优选限度地降低成本，减少质量损失，因而西方质量专家把这种“低投入下获得的高质量”称为全面质量。值得注意的是不能把全面质量误解为产品实现全过程的质量总和，即产品开发、设计、制造、检验、售后服务等阶段的全部质量。全面质量是从质量到价格全面竞争的产物，它强调了经济的含义，反映了当代质量管理哲学。现在所进行的连续质量改进工作，实际上正是朝着全面质量的目标进行的，也就是连续全面质量改进。
    5.多维度质量观
    哈佛商学院的戴维?加文认为，质量的定义是难以形容的，有的基于产品，有的基于用户，有的基于制造，有的基于价值。产品质量应从8个维度来描述：①性能（performance），指产品应达到的预期功能目标；②特征（features），指增加产品基本功能的产品属性，以区别于其他产品；③可靠性，指产品在设计的使用寿命周期内一致地完成规定功能的能力；④符合性（conformance），指产品设计时的规格，如果一个产品的某一维度在规格允许的容差范围之内，则它具有符合性；⑤耐用性（durability），指产品在忍受压力或撞击时不会出现故障的程度；⑥可服务性（serviceability），指产品易于修复，如果一个产品可以很容易地被修复，则该产品具有很好的可服务性；⑦美感（aesthetics），指一种主观感觉特征，反映的是顾客的主观偏好；⑧感知质量（perceived quality），是以顾客的感知为准的。尽管加文的多维度质量观被广泛引用，但它也不是没有遗漏的，有学者认为质量概念还应该包括其他质量维度，如安全性。
    6.国际标准化组织的质量观
    为了给质量一个明确而又可操作的定义，国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）在ISO9000：2015《质量管理体系基础和术语》标准中，把质量定义为：“客体的一组固有特性满足要求的程度”，并对定义进行详细的解释。这一定义虽然看上去高度抽象而概括，但只要把握了“特性”和“要求”这两个关键词就很容易理解。它从“特性”和“要求”二者之间的关系来描述质量，即某种事物的“特性”满足某个群体“要求”的程度，满足的程度越高，质量也就越好。
    固有的：其反义是“赋予的”，是指在某事或某物中本来就有的，尤其是那种较为的特性。它是产品、过程或体系的一部分，而人为赋予的特性（如产品的价格）不是固有特性，不反映在产品的质量范畴中。
    特性：是指“可区分的特征”，它可以是固有的或赋予的，定性的或定量的。固有特性的类型包括技术性或理化性的特性（这些特性可以用理化检测仪器准确测定）、心理方面的特性、时间方面的特性、社会方面的特性、安全方面的特性等。
    要求：是指“明示的、通常隐含的或必须履行的需求或期望”。“明示的”可以理解为规定的要求，是供需双方在业务洽谈和签订合同过程中，用技术规范、质量标准、产品图样、技术要求加以明确规定的内容，在文件中予以阐明。而“通常隐含的”则是指组织、顾客或其他相关方的惯例或一般做法，所考虑的需求是不言而喻的。“要求”可由不同的相关方提出，可以是多方面的，特定要求可使用修饰词表示，如产品要求、质量管理要求、顾客要求等。
    在理解“质量”术语时，还要注意以下几点内涵。
    （1）质量的广义性：质量的载体是实体，实体是“可单独描述和研究的事物”。实体可以是产品（硬件和软件），也可以是组织、体系或人，以及以上各项的任意组合。质量不仅指产品质量，也可以指某项活动或过程的工作质量，还可以指涉及人的素质、设备的能力、管理体系运行的质量。
    （2）质量的时效性：组织的顾客及其他相关方对组织的产品、过程和体系的需求和期望是不断变化的，组织应根据顾客和相关方需求和期望的变化，不断调整对质量的要求，并争取超越他们的期望。
    （3）质量的相对性：组织的顾客和相关方可能对同一产品的功能提出不同的需求；也可能对同一产品的同一功能提出不同的需求；需求不同，质量要求也就不同，但只要满足需求，就应该认为质量是好的。
    （4）质量的动态性：随着科学技术的发展和生活水平的提高，人们对产品、过程或质量体系会提出新的质量要求。因此，应定期评价质量要求，修订规范。不同顾客、不同地区，因自然环境条件的不同、技术水平的不同、消费水平的差异，也会对产品提出不同的要求。产品应具有这种环境的适应性，以满足顾客“明示或隐含”的需求。尽管不同的组织和个人，对质量的理解和认识有所不同，但在一个组织内部对质量的认识必须统一以形成共同的语言，这是进行交流、沟通和改进的基础。
    随着人类社会的进步，人们对质量的认知在不断变化，也越来越接近事物的本质，并逐步被企业、社会所理解和接受。因此，人们对质量的认知过程是永无止境的。
    1.1.2 质量管理的发展过程
    随着质量概念的不断演化，质量管理也在不断地发展。根据对质量认识和质量管理主要方法的不同，质量管理经历了产品质量检验阶段、统计过程控制（statistical process control，SPC）阶段和全面质量管理（total quality control，TQC）阶段三大历史阶段。20世纪30年代前，质量保证是通过检验来把关的，这一阶段通常称为质量检验阶段；20世纪30年代休哈特（W. A. Shewhart）提出控制图，质量管理的重心从产品的事后检验转向对生产过程的监测控制，这一阶段通常称为SPC阶段；20世纪60年代费根堡姆（A. V. Feigenbaum）提出全面质量管理，质量管理进入了全面质量管理阶段。质量管理发展的路线图如图1.2所示。
    图1.2质量管理发展的路线图
    1.质量检验阶段
    人类历史上自有商品产生以来，就形成了以商品的成品检验为主的质量管理方法。在家庭作坊制生产条件下，产品质量主要依靠操作者的技艺和经验来保证，因此有人称之为“操作者的质量管理”。
    在20世纪初期，随着机器工业大生产的出现，“科学管理运动”的奠基人——美国的泰勒（F. W. Taylor）提出了科学管理的理论，要求按照职能的不同进行合理的分工，首次将质量检验作为一种管理职能从生产过程中分离出来，建立了专职检验的部门，并形成了严格的产品质量检验制度。同时，随着企业生产规模的扩大，基于大批量生产的产品技术标准也逐步建立起来，为质量检验奠定了基础，在这一阶段，执行质量管理的责任逐步由操作者转移到工长，然后由工长转移到专职的检验员。大多数企业都设置了专职的检验部门并直属厂长经理，负责企业各生产单位的产品检验工作，因此有人称之为“检验员的质量管理”。质量检验人员根据预先制定的产品技术和加工精度的要求，利用各种测试手段对零部件或成品进行检验，做出合格与不合格的判断，不允许不合格产品进入下一道工序或者出厂。
    质量检验属于事后把关，在防止不合格品出厂、维护消费者的利益与保证产品质量方面起到了重要的作用，但是这种事后检验方法存在一些主要的弱点，在产品生产过程中很难起到预防与控制的作用。其一，属于“事后检验”，无法在生产过程中进行预防和控制。一旦发现废品，往往无法挽救。其二，要求对成品进行百分之百的检验。这样做有时在经济上并不合理，造成检验成本太高；有时从技术上（如破坏性检验）也无法实现。特别是在大批量生产的情况下，这种检验方法的管理效能很低。
    2.统计过程控制阶段
    SPC起源于20世纪30年代。这一阶段主要特征是强调数理统计方法与质量管理方法相结合，从单纯依靠产品检验发展到过程控制（process control），通过控制过程质量来保证产品质量，形成了预防性控制与事后检验相结合的管理方式。
    随着生产力水平的提高，数理统计方法在质量管理领域得到了广泛的应用。