田口方法在汽车导航显示器设计中的应用
摘要：本文运用一个案例分析如何使用田口方法来改善产品质量，提出了田口方法在产品开发过程中的重要性。
关键词：田口方法正交试验设计
随着科技的发展，如今越来越多的汽车已经配置了导航显示器(GPS)。如今市场对汽车导航显示器的用途、性能、质量等要求越来越高，且同行业的竞争也越发激烈，促使开发的产品缩短设计周期，降低材料成本，提高产品质量。本论文以为提高一款车型导航显示器为典型产品，应用了田口方法优化设计、改善产品质量，从而提高产品的竞争力。
1 田口方法概述以及使用步骤
1.1 田口方法
田口方法又称稳健设计(Robust Design)，于1949年由日本田口玄一(Genichi Taguchi)博士所提出。田口博士为使高品质、低成本的产品能有效率的生产，采用参数设计的观念，利用直交表(Orthogonal Array，用来配置设计参数水准)的实验设计来进行实验收集资料，以最经济的实验次数而获得最可靠的因子估算值，将整个实验计划的实验次数完成后，再将实验之反应值平均分析每一个因子的影响，独立予以评估。
田口法并利用二次品质损失函数(Quality Loss Function)将品质予以量化，将实验的品质特性转换成信噪比(Signal-to-Noise Ratio,η=S/N，用来衡量品质的优劣)进行分析，经由统计的推定(Estimate)，决定参数的最佳水准组合，并估计其S/N比。目的是使产品品质对设计参数的变异不敏感，引用了通讯与统计的概念，其中两个主要的工具是直交表与信噪比。
运用直交表的实验设计可以用最少的实验次数推得设计参数水准的最佳组合，使得能生产出高品质及低成本的产品，帮助企业界做好品质设计和改善，在各种不同领域的成功应用实例也不断被发表。此方法主要是在实验的过程中，利用直交表配置以较少的实验次数，出各设计参数对品质目标的影响程度，进而决定设计参数在最佳化设计时之水准。
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完整的“田口法”由称为为“田口式品质工程”，其内容分为线上品质管理与线外品质管理两部分，线上品质管理注重于发生在生产过程的品质活动，而工程措施注重于制程实施诊断与调整、预测与修正及测试措施，而一般会配合统计的制程管制图来控制变因的发生；本论文的手法属于该前者的线内品质管理，主要是透过前述的稳健设计方法，以降低干扰因子对品质特性的干扰，以减少产品品质的变异。
1.2 设计参数的种类
在田口方法中，当讨论到影响某一产品之品质特性的设计参数时,
常以因子来代表，而其可分为可控制因子与不可控制因子两类。
(1)可控制因子。设计人员主要利用来控制产品之品质特性的设计参数，而依其对品质特性及品质稳定度的影响，又可细分为三种。
①控制因子。此类是对品质特性有直接影响且最易受设计者所控制的设计参数，它主要可以降低产品的品质特性受到干扰因子影响的程度。
②信号因子。当品质特性为动态特性时，期待产品品质之输出值能与目标值一致，而信号因子也就是设计人员所能控制的输入值，通常输入值与输出值之间会有一个希望达到的关系。
③调整因子。其对产品品质特性的变异没有影响，设计人员利用它来控制品质特性的平均值。所以在品质改善的计划中，一般会先选择使信噪比最大的水准组合，接着再利用调整因子。
(2)不可控制因子。
指的是设计人员所无法控制，或需要花费很高成本才能控制的因子，又称为干扰因子，它不仅使产品的品质特性发生变异，也会使其不稳定；而根据其发生状态的不同可分为三类:①产品使用时的干扰因子;
②产品制造时的干扰因子;③品质特性测量时的干扰因子。其中前两类又可分为外部干扰因子(External Noise)与内部干扰因子(Internal Noise)，外部干扰指环境的变异，内部干扰指控制因子本身的变异，至于
测量干扰指在不同时间或位置所测量的不同品质特性。
1.3 直交表
使用直交表来计划实验是田口法的特，而直交表是田口玄一博士由传统的部分因子实验法改良而来，其特点在于任何两行，其因子水准的所有组合都出现，且出现的次数完全一样；换而言之，由于存在直交性，对于任一因子的任一水准而言，其他因子的任何水准都是成对的出现，因此在经过计算后，其影响效果将会相互抵消，如此可增加实验的再现性。
直交表常见的表达方式为为Lx(MB)，其中X代表实验次数,M代表水准数，而B代表因子数；例如本论文中所使用的直交表，即代表共有七个控制因子，每个控制因子皆有2个水准，而共需实验8次；此与27=128次比较起来，可以看出直交表可以减少时间与成本的优点。依使用经验得知，当品质特性与控制因子间的关系为线性时，使用2水准的直交实验已经足够，若其关系为曲线时,3个水准的直交实验也能符合要求，而4个水准以上的直交表很少使用。
1.4 参数设计步骤
参数设计的目的就是决定最佳的可控制因子之水准组合，以达到产品品质或制程最佳化的目的，而出最佳化可控制因子水准组合的方式可区分为三个阶段。
(1)实验的规划：步骤一：明白确定设计的目的，确认采用参数设计或公差设计。步骤二：检讨目的特性及因素，决定以何种目的进行评价，识别噪声因子与测试条件，藉此以评估品质特性。步骤三：因子的配置，决定可控制因子及其相关可能水准采用直交表配置。步骤四：决定实验或模拟之程序及进度安排。步骤五：根据直交表进行目的特性模拟及实验的数据取得。
(2)实验的执行：步骤六：数据的解析及最适条件的决定，依直交表执行模拟或实验，决定重要因子及其水准。
(3)分析及验证实验结果：步骤七：分析资料并决定可控制因子的最佳化水准组合，并可预估其结果成效。步骤八：进行确认实验验证，并预估下一阶段的方案。
2 田口方法的案例分析
本论文首先探讨汽车导航显示器(ACF型态)在加工制程中，玻璃基板产生的翘曲现象，藉由计算机仿真了解其发生的原因，并进一步藉由参数化设计来改善翘曲。
七个可控制因子分别为:(1)加工制程接触应力;(2)加热温度;(3)加热时间;(4)ACF胶材料;(5)玻璃基板厚度;(6)ACF溢胶高度;(7)机台加热。参数设计为2个水准做参数最佳化设计，使用田口直交表配置并