穩健化設計(Robust design)

穩健化設計（Robust Design）為同步工程中重要的一環，產品在製造、組裝與操作的過程中，因製造公差與使用環境的變化而造成控制參數偏離原先設計值，我們稱之為生命週期參數變異（Life-cycle parameter variation），這些變異導致設計輸出性能的分佈。品質設計必須面對這些變異時仍能滿足低成本、輕量化與高效率等重要的性質。傳統式的方法往往採用公差設計來控制輸出變異，不僅增加製造成本，而非控制因子的存在，仍會造成輸出性能的不穩定。因此品質與成本的觀念必須在設計階段就開始導入，以參數設計、公差設計，以及生產工程管理來進行品質的提昇。前二者皆屬線外的品管工作(Off-Line Quality Control)，也就是非生產性的工作。譬如零件幾何的設計、材料的選定、尺寸公差的制訂、製程的設計等都屬於線外的品管工作。而製程定期調整、製程控制則屬於線上的品管工作(On-Line Quality Control)，這就是製造單位依照製程設計之後的例行性生產工作。穩健化設計主要是運用參數設計，降低產品對參數變異的敏感度，以不增加成本的方式提昇品質，使研發產品在生命週期中都能保有穩定之性能。

穩健化的基本原理—經由降低變異原因的影響，而不是去除變異，來改善生產品質。這可由產品和製程設計的最適化，亦即將各種變異原因影響的極小化來達成，這就是參數設計。然而參數設計本身單獨並不能保證足夠的高品質。對變異原因的控制可以帶來更多的改善，譬如使用精密儀器、使用高級材料及較好的環境控制等。當然這些措施一定會增加製造成本或操作成本，所以這些進一步改善活動的效果與成本的增加之間得有一平衡點。而穩健化設計中兩個主要工具是：

      1.    S/N ratio，以度量品質。

      2.      直交表，用來同時研究眾多參數。

穩健化設計利用直交表的數學工具，以少數的實驗來研究眾多的決策變數，同時以一個新的品質指標—S/N ratio，從顧客的角度來預測品質。所以在可容許的開發成本之下，一個最合乎經濟效益並兼顧生產者與消費者權益的產品或製程設計可 以被完成。

穩健化設計之施行步驟大致如下所示：

1.   辨認主要機能與失效狀況。

2.   辨認可控與干擾因子。

3.   選擇可控與干擾因子的水準。

4.   為可控與干擾因子選擇適當的內、外直交表。

5.   實施實驗，估計設計之輸出平均與標準差。

6.   分析資料，計算S/N比和其他統計量。最大化S/N ratio。

7.   繪至輸出平均與S/N的因子效果圖。

8.   若為動態望目問題，則將因子分類，選定調整因子。

9.   最大化訊噪比，估計初始設定與最佳設定之訊噪比。

10. 以調整因子將輸出調至目標值。

11. 實施驗證實驗，檢討結果，與規劃未來對策。

12. 反覆最佳化。