韓之俊
教授，南京理工大學經濟管理學院原院長、博士生導師，享受國務院頒發的政府特殊津貼。長期從事穩健參數設計的研究與應用，曾先後獲得：原中國兵器工業總公司科技進步二等獎、原中國航空工業集團公司科技進步二等獎、國防科技工業質量工作突出貢獻個人獎，以及原國家人事部、原國家質量監督檢驗檢疫總局聯合授予的“全國質量工作先進個人”稱號。

單汩源
湖南大學工商管理學院教授、博士生導師，湖南大學質量研究所所長。1986年師從韓之俊教授開展穩健參數設計研究，長期從事運營與質量管理、項目管理、信息管理與信息繫統等理論研究與推廣應用。

滿敏
滿緣紅（常州）質量技術創新發展研究院執行院長，師從韓之俊教授，開展穩健質量工程繫統開發與實踐。國內首批將穩健質量工程與工業互聯網高度融合的新銳專家之一，致力於穩健質量工程技術在工業新時代背景下的推廣與應用。

目錄

前言
第1章 穩健參數設計概論
1.1 質量工程學與穩健參數設計 / 00
1.1.1 質量工程學 / 00
1.1.2 三次設計 / 00
1.1.3 穩健參數設計 / 00
1.2 傳統實驗設計與穩健參數設計的區別 / 00
1.2.1 目的和假設不同 / 00
1.2.2 對交互作用的處理方法不同 / 00
1.2.3 選用的正交表不同 / 00
1.2.4 分析方法不同 / 00
1.3 穩健參數設計的基本概念 / 00
1.3.1 普通名詞、術語 / 00
1.3.2 專業術語、定義 / 00
1.4 穩健參數設計的基本原理 / 00
1.4.1 產品質量等於產品上市後給社會造成的損失 / 00
1.4.2 質量損失函數 / 00
1.4.3 質量波動源於三種噪聲 / 0
1.4.4 源流質量管理 / 0
1.4.5 科學選擇輸出特性 / 0
1.4.6 以噪聲因子模擬噪聲，以信噪比作為穩健性評定指標
1.4.7 用特殊正交表設計實驗方案 / 0
1.4.8 兩步優化方法 / 0
1.4.9 進行確認實驗，驗證信噪比增益的重現性 / 0
思考與練習

第2章 方差分析
2.1 響應、因子與水平 / 0
2.1.1 響應 / 0
2.1.2 因子 / 0
2.1.3 水平 / 0
2.2 單因子方差分析 / 0
2.2.1 實驗數據表 / 0
2.2.2 案例2-1 / 0
2.3 雙因子方差分析（不考慮交互作用） / 0
2.3.1 實驗數據表 / 0
2.3.2 案例22 / 0
2.4 雙因子方差分析（考慮交互作用） / 0
2.4.1 交互作用的概念 / 0
2.4.2 實驗數據表 / 0
2.4.3 案例2-3 / 0
思考與練習 / 0

第3章 回歸分析
3.1 概述 / 0
3.1.1 回歸分析的研究對像 / 0
3.1.2 回歸分析的基本步驟 / 0
3.1.3 回歸方程的類型 / 0
3.線性回歸 / 0
3.2.1 案例3-1 / 0
3.2.2 案例32 / 0
3.比例式回歸 / 0
3.3.1 問題的提出 / 0
3.3.2 案例33 / 0
思考與練習 / 0

第4章正交實驗設計

4.1 正交表簡介 / 0
4.1.1 二水平正交表 / 0
4.1.2 三水平正交表 / 0
4.1.3 特殊正交表 / 0
4.2 二水平正交實驗設計 / 0
4.2.1 基本步驟 / 0
4.2.2 案例41 / 0
4.3 三水平正交實驗設計 / 0
4.3.1 基本步驟 / 0
4.3.2 案例42 / 0
4.4 正交實驗設計的原理 / 0
4.5 多響應的正交實驗設計 / 0
4.5.1 多響應正交實驗設計的方法 / 0
4.5.2 案例4-3 / 0
思考與練習 / 0

第5章 望目特性的穩健參數設計
5.1 望目特性的信噪比與靈敏度 / 0
5.1.1 望目特性的信噪比（目標值m>0） / 0
5.1.2 望目特性的靈敏度 / 0
5.2 望目特性穩健參數設計的基本步驟 / 0
5.3 可計算繫統的穩健參數設計 / 0
5.4 不可計算繫統的穩健參數設計 / 0
5.5 望零特性的信噪比 / 0
思考與練習 / 0

第6章望小特性的穩健參數設計
6.1 望小特性的信噪比 / 0
6.1.1 定義式 / 0
6.1.2 計算式 / 0
6.2 望小特性穩健參數設計的基本步驟 / 0
思考與練習 / 0

第7章望大特性和靜態功能窗的穩健參數設計
7.1 望大特性的信噪比 / 0
7.2 望大特性的穩健參數設計 / 0
7.3 靜態功能窗的穩健參數設計 / 0
思考與練習 /

第8章多特性的穩健參數設計
8.1 綜合平衡法 /
8.2 信噪比之和法 /
思考與練習 /
第9章動態特性的穩健參數設計
9.1 動態特性的信噪比與靈敏度 /
9.1.1 零點比例式的情形 /
9.1.2 線性式的情形 /
9.1.3 參考點比例式的情形 /
9.2 動態特性穩健參數設計的基本步驟 /
9.3 主動型動態特性穩健參數設計 /
9.4 被動型動態特性穩健參數設計 /
思考與練習 /

第10章計數分類值特性的穩健參數設計
10.1 計數分類值特性與計量值特性的區別 /
10.2 分為兩類，隻有一種錯誤的情形 /
10.2.1 p值越大越好的情形 /
10.2.2 p值越小越好的情形 /
10.2.3 其他百分率數據的情形 /
10.3 分為兩類，有兩種錯誤的情形 /
10.3.1 問題的提出 /
10.3.2 標準錯誤率的確定 /
10.3.3 標準信噪比的計算 /
10.3.4 案例10-1 /
10.3.5 案例10-2 /
10.4 分為兩類，信號因子真值未知的情形 /
10.5 分為三類及以上，信號因子真值已知的情形 /
10.5.1 信噪比計算公式 /
10.5.2 案例10-3 /
10.6 分為三類及以上，信號因子真值未知的情形 /
10.7 分為三類及以上，無信號因子的情形 /
思考與練習 /

第11章關於信噪比的若干命題
11.1 一些特殊情形 /
11.1.1 在繫統比較中使用信噪比 /
11.1.2 非線性公式的情形 /
11.1.3 非動態特性的信噪比的使用場合 /
11.2 雙信號因子的情形 /
11.2.1 兩個信號因子相乘的情形 /
11.2.2 兩個信號因子相除的情形 /
11.2.3 正交表中不同實驗的信號因子水平不同的場合 /
11.3 化學反應的信噪比 /
11.3.1 種情形：無副反應（反應生成物質量Y與反應時間T） /
11.3.2 第二種情形：無副反應（反應率p與反應時間T） /
11.3.3 第三種情形：有副反應的情形（動態功能窗） /
11.4 復數特性的信噪比 /
11.4.1 電流電路的理想功能 /
11.4.2 復數信噪比 /
11.4.3 艾米特型 /
11.4.4 濾波電路的設計 /
11.5 不完整數據的情形 /
11.5.1 不完整數據的類型 /
11.5.2 不完整數據的處理方法 /
11.5.3 序列近似法 /
11.5.4 數字型例子 /
思考與練習 /

第12章穩健參數設計在工程領域的應用
12.1 在機械工程中的應用 /
12.2 在電氣工程中的應用 /
12.3 在電子工程中的應用 /
12.4 在冶金工程中的應用 /
12.5 在熱處理工程中的應用 /
12.6 在車輛工程中的應用 /
12.7 在能源工程中的應用 /
12.8 在紡織服裝工程中的應用 /
12.9 在電線電纜工程中的應用 /
12.10 在制藥工程中的應用 /
12.11 在食品工程中的應用 /
12.12 在生物工程中的應用 /
12.13 在測量工程中的應用 /
12.14 穩健參數設計在各個領域的應用提示 /
參考文獻 /
附錄 /
附錄A 穩健參數設計常用正交表 /
附錄B 穩健參數設計符號名詞對照表 /

前言

20世紀50年代，日本著名質量工程學家田口玄一博士首次用信噪比（SN比）來評定計測繫統功能的穩健性。1958年，在他的著作《實驗設計法》中，又用信噪比來評定產品功能的穩健性，信噪比的應用範圍超出了原來的計測領域。1972年，日本標準化協會出版了《實驗和計測方法對比用的SN比手冊》。1980年，日本標準化協會和美國供應商協會（ASI）合作出版了“質量工程學”繫列叢書。《質量評價用的SN比》為該叢書的第三卷，其中介紹了信噪比在計測繫統功能和產品功能穩健性評價中的應用。20世紀90年代，信噪比的應用又有了新的突破，擴展到了電子電路設計、動態特性功能窗、化學反應的信噪比和復數信噪比等。

穩健參數設計是質量工程學的重要組成部分，屬於開發設計階段的質量工程學。質量的形成有一個過程，技術開發質量是源流質量，產品設計質量是上遊質量，產品制造質量是中遊質量，客戶使用質量是下遊質量。雖然客戶關心的是使用質量，但是質量改進應當從源流質量開始。穩健參數設計可以應用於技術開發、產品設計、產品制造各個階段，它以噪聲因子模擬各種噪聲（如內噪聲:劣化、老化；外噪聲：客戶使用環境；產品間噪聲：制造誤差），以信噪比評定繫統的穩健性，以正交表設計實驗方案，以統計方法分析實驗結果，終找到穩健性好、成本、周期短的繫統參數的搭配。


近年來，穩健參數設計在日本得到了大力推廣與應用。許多著名的日本公司都在應用穩健參數設計進行技術開發和產品設計，並卓有成效。其中部分成果會通過日本每年召開一次的品質工學大會進行發布。可以說，穩健參數設計技術是日本制造業高質量發展的秘密武器之一。由於對日本經濟和工業的卓越貢獻，田口博士曾經三次榮獲日本質量管理獎——戴明獎，並於1989年獲得日本政府授予的藍綬褒章。

穩健參數設計於1980年由田口博士和美籍華人吳玉印教授傳入美國，先在福特汽車公司及其供應商中推廣與應用，後來很快傳播到全美國，並被稱為“田口方法”。在美國供應商協會（ASI）的大力推廣下，許多著名的美國公司都在應用穩健參數設計進行技術開發和產品設計，並取得了豐碩成果。美國供應商協會每年還會專門召開一次田口方法成果發布會。田口博士於1986年獲得洛克威爾獎章（Willard F.Rockwell Medal），於1996年獲得美國質量協會（ASQ）授予的休哈特獎章（Shewhart Medal）,並被評為“世界十大傑出工程師之一”。

1985年，田口方法由南京理工大學的章渭基教授和韓之俊教授正式引入我國。中國兵器工業質量協會成立了田口方法推廣應用技術委員會，在原中國兵器工業總公司質量司解艾蘭司長的親自領導下，從1985年至2000年連續15年邀請田口博士講學和現場指導，韓之俊教授全程參與，並負責技術總對接。中國兵器工業質量協會從1987至2000年連續召開14次田口方法成果發布會，在提高兵器研制質量、降低研制成本、縮短研制周期等方面取得了突出成效。1994年，我國政府授予田口博士“中國政府友誼獎”。

韓之俊教授曾先後榮獲原國防科工委、原中國兵器工業總公司、原國家人事部、原國家質量監督檢驗檢疫總局、原江蘇省質量技術監督局授予的各種質量管理獎項，並享受國務院政府特殊津貼。2014年，南京市人民政府授予韓之俊教授南京市市長質量獎（個人）。

韓之俊教授從1985年開始，連續30多年悉心研究並大力推廣田口方法：培養了致力於研究田口方法的碩士研究生40多人，博士研究生20多人；出版著作《三次設計》《質量工程學》《測量質量工程學》《質量管理》等，發表論文150多篇；榮獲原兵器工業部科技進步二等獎、原航天工業部科技進步二等獎以及原國防科工委科技進步三等獎各一項；親自指導逾百家企業應用穩健參數設計技術改進產品研制質量。

2014年，國際標準化組織發布了穩健參數設計標準：ISO 16336∶2014《統計與相關方法在新技術和產品開發過程中的應用穩健參數設計》。2016年，日本發布了國家標準JIS Z 9061∶2016 《統計與相關方法在新技術和產品開發過程中的應用穩健參數設計》,該標準等同采用ISO16336∶2014。

2016年以來，湖南滿緣紅質量技術創新發展有限公司在韓之俊教授的帶領下，大力推廣應用穩健參數設計技術，指導中電工業互聯網有限公司、遠東電纜有限公司、福耀玻璃工業集團股份有限公司、江蘇陽光集團有限公司、湖南泰嘉新材料科技股份有限公司、廈門盈趣科技股份有限公司、浙江亞特電器有限公司、雙登集團股份有限公司、揚子江藥業集團有限公司等，應用穩健參數設計技術在提高產品質量、降低產品成本、縮短產品研制周期等方面卓有成效。

本書具有以下特點：

（1） 內容繫統，邏輯性強

本書共有12章，分為四個層次：層次為第1章，介紹穩健參數設計的基本概念、基本原理及其與傳統實驗設計的區別；第二層次為第2章至第4章，介紹傳統實驗設計；第三層次為第5章至第10章，介紹穩健參數設計；第四層次為第11章和第12章，介紹關於信噪比的若干命題及穩健參數設計在各個工程領域的應用。前一層次都是後一層次的基礎。

（2）知識前沿，技術先進

本書介紹了國內外穩健參數設計的知識和應用成果。從繫統的輸出特性來說，除了介紹連續性計量值繫統的穩健參數設計，還介紹了離散型計數分類值繫統的穩健參數設計，除了介紹靜態特性（望目、望零、望小和望大）的穩健參數設計，還介紹了動態特性（主動型、被動型）和多個輸出特性的穩健參數設計；從信號因子來說，除了介紹單信號因子的穩健參數設計，還介紹了雙信號因子的穩健參數設計；從信噪比來說，除了介紹靜態特性、動態特性信噪比情形下的穩健參數設計，還介紹了復數信噪比和化學反應的信噪比等情形下的穩健參數設計。

（3） 案例豐富，代表性強

本書有許多代表性的案例，特別是第12章介紹了穩健參數設計在機械、電氣、電子、冶金、熱處理、車輛、能源、紡織服裝、電線電纜、制藥、食品、生物和測量等工程領域的大量應用案例。這些案例中的絕大多數是在本書作者的指導下完成的，並且效果很好，具有很高的參考價值。

（4） 軟件演示案例，可操作性強

書中所有案例都是用Minitab軟件來演示的，省去了繁復計算，該軟件用戶界面良好，操作方便。

雖然本書在框架構思和材料收集方面花費了相當長的時間，但是初稿的真正寫作是從2020年2月1日開始的，至3月30日完成。在此期間，新冠肺炎疫情瘋狂肆虐全球。在中國共產黨的堅強領導下，中國人民眾志成城地投入到全面抗擊新冠肺炎疫情的戰鬥之中，廣大醫務工作者、解放軍、志願者等舍小家為大家，奔赴抗疫線，有的甚至獻出了自己寶貴的生命。在此期間，本書作者整天“宅”在家中，夜以繼日地寫作。在2020年2月21日晚上，湖南滿緣紅質量技術創新發展有限公司組織了一場名為“以質戰疫，以穩健質量提質增效”的公益性線上講座。通過這個線上講座，韓之俊教授介紹了穩健參數設計的思想和方法，列舉了“應用穩健參數設計技術，加快研制抗病毒新藥”和“應用穩健參數設計技術，優化SMT波峰焊工藝”的案例，
引起了7500多名線上學員的濃厚興趣和熱烈互動。

在本書即將出版發行之際，緬懷質量工程大師田口玄一博士、吳玉印教授和章渭基教授在穩健參數設計方面的突出貢獻。本書第10章和第11章主要參考了吳玉印教授的專著《田口式的穩健性設計》，謹致崇高的敬意和衷心的感謝。此外，我們還要衷心感謝福耀玻璃工業集團股份有限公司、中電工業互聯網有限公司、遠東電纜有限公司、江蘇陽光集團有限公司、浙江亞特電器有限公司、雙登集團股份有限公司、揚子江藥業集團有限公司等毫不吝惜地提供了卓有成效的穩健參數設計應用案例，以及湖南滿緣紅質量技術創新發展有限公司全體員工的配合和支持。

後，希望本書的出版能為我國制造業的高質量發展貢獻綿薄之力。


韓之俊 單汩源 滿 敏

2021年11月12日

穩健參數設計是一種實現產品性能更高、一致性更好、穩定性更強的設計技術。本書的出版發行，對其在我國的推廣應用將起到重要的指導作用。
——羅安 中國工程院院士

“穩健參數設計”是日本著名質量工程學家田口玄一博士於20世紀70年代創立的優化設計方法，1985年傳入中國。1985—2000年期間，原中國兵器工業總公司成立“田口方法推廣應用技術委員會”，聘請韓之俊教授和田口博士擔任中外專家，大力推廣穩健參數設計技術的應用，為提高產品研制質量、減少研制成本、縮短研制周期做出不少貢獻。在推廣應用田口方法過程中，本人有幸成為參與者和組織者，見證了許多優秀成果。
——徐留平 中國一汽集團有限公司黨委書記、董事長

福耀集團從2015年開始導入穩健參數設計技術，近6年來在韓之俊教授帶領的團隊的指導下，將穩健參數設計技術應用於技術開發、新產品設計和工藝優化，取得了許多卓有成效的成果。本書提供了穩健參數設計在各個行業的大量成功應用案例，對於企業進一步提高質量、降低成本、縮短研制周期很有參考價值，值得一讀！
——曹德旺 福耀玻璃工業集團股份有限公司董事長