1.概述
三次设计理论是田口玄一于20世纪70年代创立的一种系统化设计方法，其核心思想是在产品设计阶段就进行质量控制，力图用最低的制造成本生产出满足顾客要求的、对社会造成损失最小的产品。与传统的产品设计概念不同，田口将产品的设计过程分成三个阶段，即系统设计、参数设计和容差设计。三次设计的重点在参数设计，国外称为健壮设计或鲁棒设计（Robust Design）。
田口质量理论的三次设计紧密地把专业技术与数理统计方法结合起来，充分利用各设计参数与输出质量特性之间一般具有非线性关系的特点，采用系统设计、参数设计、容差设计的三阶段优化设计方法，从设计上控制输出质量特性值的波动，以提高产品固有质量水平。这是一种可以在原材料、零部件的质量参数波动较大，或出于经济性考虑，在不宜压缩原材料和零部件波动幅度的情况下，仍能突出特性的一种稳定性优化设计方法。
2.三次设计
（1）系统设计（第一次设计）。系统设计是指根据产品规划所要求的功能，决定产品结构与要求的设计，其任务是把产品规划所定的目标与要求具体化，设计出能满足用户要求的产品。系统设计是产品设计的第一步。
系统设计利用专业知识和技术对该产品的整个系统结构和功能进行设计。其主要目的是确定产品的主要性能参数、技术指标及外观形状等重要参数。系统设计是产品设计的基础，它在很大程度上决定了产品的性能和成本，影响到用户是否接收该产品。系统设计是在调研的基础上，对比同类产品提出并确定技术参数。在系统的整体方案确定后，还要画出产品总图及部件总图。可以看出，系统设计相当于传统的概念设计加结构设计。
系统设计属于专业技术工作范畴。主要是运用专业技术的理论与方法，决定产品的功能结构，故也称为功能设计。为了提高系统设计的质量，可采用计算机辅助设计、面向制造的设计、面向装配的设计、面向使用的设计、面向维修的设计、面向拆卸的设计等现代设计技术，也可以应用最近几年提出的并行设计和质量功能展开技术。
（2）参数设计（第二次设计）。在完成系统设计以后，就应该确定系统各元器件参数的最佳值。所谓参数设计，即运用正交试验法或优化方法确定零部件参数的最佳组合，使系统在内、外因素作用下，产生的质量波动最小，即质量最稳定（或健壮）。
参数设计又叫健壮设计，它的目的是采取一切措施，保证产品输出特性在其寿命周期内保持稳定。所谓稳定性，是指产品在各种干扰因素的作用下，其输出特性能稳定地保持在一个尽可能小的范围内（波动很小）。运用参数设计，可以使产品或部件的参数搭配合理，即使元器件的性能波动较大，也能够保证整体性能稳定与可靠。参数设计既要采用廉价的元器件，又能提高整机质量。因此，参数设计实质上是质量优化设计，是质量设计的核心阶段。利用参数设计可以使用公差范围较宽的廉价元件组装出高质量的产品，其实质是利用产品输出特性和元件参数水平之间的非线性效应，由此可见，与参数设计有关的两个主要概念就是质量波动和干扰因素。
在完全相同的条件下生产出来的产品，其质量特性是参差不齐的，具有波动性，表现的质量特性也不一样，这种现象称为质量的波动性。质量波动是不以人的意志为转移的。完全消除质量波动是不可能的，但减少质量波动却是可能的。参数设计的根本目的就是减少质量波动，设计出质量稳定、可靠的产品。引起质量波动的干扰因素可以分为以下五类。(www.xing528.com)
一是控制因素。控制因素是指为改进系统的质量特性，以选出最佳水平为目的而提出考察的因子。它们在技术上应具有不同水平，且能任意选定其水平，故又称可控因素。可控因素的值应能在一定范围内自由选择（如时间、温度、材料种类、切削速度等）。
二是标示因素。它是指维持环境使用条件等的因素。标示因素的值（水平）可以在技术上指定，但不能加以选择和控制。研究标示因素的目的不在于选取其最佳水平，而是研究标示因素与可控因素之间有无交互作用，从而确定最佳方案的使用范围（如转速、电压、环境的温度、湿度等）。例如，在低、中、高速三个水平下研究汽车的操纵性时，车速就是标示因素。在不同车速条件下，汽车的操纵性能不尽相同，但为了保持最佳的操纵性而要求汽车只能按一种速度行驶显然不可能而且没有意义。
三是区组因素。它是指持有水平，但在技术上不能指定其水平，同时在不同时间、空间还可以影响其他因素效应的因素。例如，在加工某种零件时，如果由不同操作者在不同班次、使用不同原材料批号、在不同的机器上进行加工时，上述因素就是区组因素。事实上，在参数设计中考虑区组因素无任何实际意义，其目的在于提高检出精度和试验精度。
四是信号因素。它是指为了实现某种意志或为了实现目标值所要求的结果而选取的因素，改变信号因子的水平可以改变质量特性值以符合目标值。例如，机械装配中的调整环。对于汽车的操纵性能来说，信号因素起着传达驾驶员意志的作用，因此方向盘的转向角就是信号因素。信号因素可以自由选取水平，但没有选出最佳水平的必要。
五是误差因素。所谓误差因素，是指除了上述四种因素以外的所有其他因素。产品输出特性值的波动正是由各种误差因素形成的。常考虑的误差因素有外干扰、内干扰和物品间干扰三种。
所谓外干扰，是指产品在使用或运行过程中，由于环境因素（如温度、湿度、电压）的波动或变化而带来的干扰。这种干扰会影响产品的工作质量，使输出特性产生波动。所谓内干扰，是指产品在有效期和使用过程中，随着时间的推移发生了老化或劣化，从而影响了产品的输出特性，如电阻值随时间的变化，运动部件之间的磨损均属内干扰。所谓物品间干扰，是指同一批产品之间输出特性的变动，这种变动是客观存在的。因为即使按同一规格生产出来的产品，由于各种条件的变化，输出特性总是参差不齐的。通过控制工艺过程的5M1E（人员、设备、物料、操作规程、测试手段、环境），可以显著减少物品间干扰。
事实上，参数设计包括两项内容：第一项是考虑各种因素，选择最佳参数值，使产品对各种干扰的反应“不灵敏”；第二项内容是研究减少各种干扰因素之间的“干扰性”。
参数设计的目的是，当控制因素（这是指为了改进质量特性，以选出最佳水平为直接目的而提出考察的因素）水平变化时，探查内外干扰的综合波动会发生多大变化，以寻求尽可能不受干扰影响的最佳参数水平组合，设计出质量稳定可靠、成本合理的产品系统。
（3）容差设计（第三次设计）。参数设计完成后，就可开始确定零部件的容差（机械设计中称为公差设计），容差设计的目的是确定各个参数容许误差的大小。在一个系统中，由于结构不同，各个参数对系统输出特性的影响大小就不同，它取决于误差的传递路线。容差设计的基本思想是对影响大的参数给予较小的公差值，对影响小的参数给予较大的公差值，从而在保证质量的前提下使系统的总成本为最小。对于容差设计，田口建议采用损失函数法，后来，人们开始采用优化设计法结合公差成本模型进行容差设计，且已取得较好的效果。
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