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系统设计的质量取决于专业技术的高低。但对于某些结构复、多参数、多特性值
的产品，要全面考虑各种参数组合的综合效应，单凭专业技术往往无法定量地确
定经济合理的最佳参数组合。尽管系统设计有这个不足，有时甚至由于时间限制，
不可能对所有系统进行研究，只能根据直觉或预测，从各个系统中挑选几个重要
的系统进行研究。系统设计是整个设计的基础，它为选择需要考察的因素和待定
的水平提供了依据。
□参数设计（二次设计）
在系统设计的基础上，就该决定这些系统中各参数值的最优水平及最佳组合。
但由于系统设计是凭专业知识推定出待考察的因素和水平，无法综合考虑减小质
量波动，降低成本等因素。而参数设计是一种非线性设计，它运用正交试验、方
差分析等方法来研究各种参数组合与输出特性之间的关系，以便找出特性值波动
最小的最佳参数组合。因此，参数设计也称参数组合的中心值设计。
实践表明，整机质量的好坏，既取决于产品整体的设计，又取决于零部件的
质量。一个系统功能好坏很大程度上取决于系统本身的结构。好的参数组合不一
定是以每件零部件最优为条件的，而是一种不同档次、不同质量水平的低成本的
组合，从而实现低成本高质量的设计要求。
产品设计中的波动情况是复杂的，很多产品的输出特性与因素组合之间并不
是线性关系。例如：某特性值y 与因素组合（或各种零件参数组合）为X 的产品
之间存在着非线性关系。
当因素组合处于X1时，因素波动为△X1；输出特性为Y1，输出特性的波动幅
度为△Y1。 如果通过正交试验找到参数组合X2，输出特性为Y2当因素波动△X2与
△X1相同时，输出特性的波动△Y2＜＜△Y1。 可见选择合理的因素组合可以减小
输出功能的波动幅度。但是，此时输出特性值已从Y1变为Y2，需采取措施将Y2减
小M 降至Y1。 通常是选择一种因素2 ，使Z 与输出特性Y 呈线性关系，即Y ＝az
＋b。只要改变Z ，便可将输出特性值从Y2降到Y1，并使Y2－Y1＝M ，这样，M 的
偏移量就得到了补偿。
例如，有一晶体管稳压电源，输入为交流220V，要求输出目标值为直流110V，
波动范围必须控制在±2V。 决定稳压电路输出特性的主要因素是晶体管的电流放
大倍数 hFE（其输出特性呈非线性关系）以及调节电阻R 的大小（电阻的输出呈
线性关系）。
通常专业设计人员看到电路输出与目标值发生偏离时，大多是调整晶体管hFE
的工作点，使输出达到目标值，但又产生了输出电压波动偏大的问题。
例如原稳压电源的晶体管HFE 工作点在A1（A1＝20），对应的输出电压为95V。
这时，设计人员通常是把hFE 从A1调整到A2（A2＝4O），使输出电压达到
11OV。 但是，晶体管的hFE 总会有一定范围的波动。假定hFE 的波动范围为
±20，当选定A2＝40为设计中心值时，hFE 就将在20～60（Al～A3）之间波动，
对应的输出目标的波动范围将是95～120V。 过去为解决这一问题，都是进一步严
格挑选元件，以减小hFE 的波动范围。这样势必增加制造成本。如何运用参数设
计的原理来优化设计呢？由此可知，当A4＝80这个工作点时，对应的输出特性曲
线变化的平坦区。现在仍采用hFE 波动为±20的晶体管，但工作点选在A4＝80上，
此时输出电压波动范围为12O ～122V之间，波动幅度大大减小。但这时的输出电
压为121V，比目标值110V高出一个M ＝11V 的偏差。这个偏差可用线性元件电阻
R 来校正，通过改变电阻R 的大小来调整输出电压；使其达到110V。 通过这项设
计，我们找到了晶体管hFE 与电阻的最佳参数组合为A4B4。 在设计开发的过程中，
常常是在关系未知的情况下进行参数设计的，而不是象上例中的关系明确可鉴。
这就必须通过试验的办法，并借助于正交试验、方差分析、信噪比等数理统计的
方法，以较少的次数找出符合设计目标值且稳定性很高的参数组合。
□容差设计（三次设计）
系统要素的中心值决定后，便进入决定这些因素波动范围的容差设计。
由于某些输出特性的波动范围仍然较大，若想进一步控制波动范围，就得考
虑选择较好的原材料、配件，但这样自然会提高成本。因此有必要将产品的质量
和成本进行综合平衡。
容差是从经济角度考虑允许质量特性值的波动范围。容差设计通过研究容差
范围与质量成本之间的关系，对质量和成本进行综合平衡。例如：可以将那些对
产品输出特性影响大而成本低的零部件的容差选得紧一些，而对输出特性影响小
而成本又很高的零部件选得松一些。为此，必须要有一个质量损失函数来评价质
量波动所造成的经济损失。
仍以上述晶体管理稳压电源的设计为例。当输出电压正好等于110V时，质量
波动最小。随着质量波动的增大，引起的经济损失（包括社会经济损失）
也将增大。例如：质量波动造成零部件返工、报废以及用户由于质量波动也
多付费用等。
假设Y 为输出功能波动情况；L 为质量波动造成的经济损失；L （Y ）为质
量管理费用，m 为目标值。由此可见，当y ＝m 时，经济损失最小。
围绕目标值m ，对L （Y ）作泰勒展开可得L'（m ） L″（m ）
L （Y ）＝（m ＋Y －m ）＝L （m ）＋（y －m ）＋（y －1 ！ 2！
2 m ）＋…
由于L （y ）在y ＝m 时为极小值，因此L （m ）＝0 ，可见泰勒展开式中
的L ″（m ）
第2 项和第1 项都等于0 ，L （y ）的主要项就是第3 项（y －m ）
2 ！
L ″（m ）
2 ！，其中当m 确定后，是一个常数，可用比例常数K 来表示。由2 ！
此可见，L （y ）的大小主要取决于y 与目标值m 的偏差大小来决定。即：
2 2 L （y ）＝K （y －m ）＝K б式中б——方差。
L （y ） A从上式可得K ＝ 2＝σ2 （y … m ）△式中△0 ———产品使用
过程中单侧极限允许差；A ———产品在超出极限允许差时的经济损失。
假设当该稳压电源偏离目标值1OV 时（即△0 ＝1O时），造成设备异常，用
户需化400 元进行大修（即用户的经济损失A ＝400 ），则A 400 K ＝ = =4 △
σ2 100 从而得（y ）＝L4（y －10O ）2 以上是用户损失。制造厂由于质量波
动不得不采取措施加以调整或返工，使产品达到目标值，这势必也要增加成本。
假定稳压电源在出厂检查时发现输出电压为105V，偏离量为5V，尽管未超过
10V ，如出厂，制造厂应取多大的制造公差比较合适，这也应通过计算L （y ）
加以分析。
假定工厂把输出电压从105V调整到目标值110V需要增加费用3 元，代入上式，
得L （y ）＝K （y －m ）
3 ＝4 （V －110 ）2 解之，得＝110 ±y0。87 （v ）
这说明当用户使用极限的界限为 11O±10V ，生产制造为把输出电压从105V
调整到110V时，返修费为3 元的情况下，对稳压电源的公差应控制在110 ±0。87V
的范围内。当输出电压为105V时，如果工厂为了节省3 元调整费用，那么给用户
造成的损失将是100 元。
2 L （105 ）＝4 ×（105 －100 ）＝100 （元）
可见，容差设计是在决定了最佳参数组合的中心值后，根据质量损失函数，
在综合平衡用户与制造厂质量费用的情况下，选定合理的公差范围。
以上通过稳压电源的参数设计和容差设计的例子，对三次设计的原理进行概
念性的介绍。实际计算往往要复杂得多，通常要运用正式试验、方差分析和信噪
比对质量特性进行综合评定。
四、现场质量管理
现场质量管理又称制造过程质量管理、生产过程质量管理，是全面质量管理
中一种重要的方法。它是从原材料投入到产品形成整个生产现场所进行的质量管
理。由于生产现场是影响产品质量的4MIE（人、机器、材料、方法、环境）诸要
素的集中点，因此搞好现场质量管理可以确保生产现场生产出稳定和高质量的产
品