三次設(shè)計法由田口博士提出，三次設(shè)計是指系統(tǒng)設(shè)計（System design）、參數(shù)設(shè)計（Parameter design）和容差設(shè)計（Tolerance design）。它是一種優(yōu)化設(shè)計，是線外質(zhì)量管理的主要內(nèi)容。它和傳統(tǒng)的產(chǎn)品的三段設(shè)計(方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工設(shè)計)有一定的交叉。通過三次設(shè)計使產(chǎn)品具有健壯性。三次設(shè)計中進一步運用正交設(shè)計的理論和方法研究考核指標的穩(wěn)定性。

1.系統(tǒng)設(shè)計（一次設(shè)計）

系統(tǒng)設(shè)計即傳統(tǒng)的設(shè)計。它是依據(jù)技術(shù)文件進行的。例如：化工生產(chǎn)過程選擇什么樣的原材料和工藝路線；生產(chǎn)電機選用何種導線，采用什么加工工藝等等。系統(tǒng)設(shè)計的質(zhì)量取決于專業(yè)技術(shù)的高低。但對于某些結(jié)構(gòu)復、多參數(shù)、多特性值的產(chǎn)品，要全面考慮各種參數(shù)組合的綜合效應(yīng)，單憑專業(yè)技術(shù)往往無法定量地確定經(jīng)濟合理的最佳參數(shù)組合。盡管系統(tǒng)設(shè)計有這個不足，有時甚至由于時間限制，不可能對所有系統(tǒng)進行研究，只能根據(jù)直覺或預測，從各個系統(tǒng)中挑選幾個重要的系統(tǒng)進行研究。系統(tǒng)設(shè)計是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，它為選擇需要考察的因素和待定的水平提供了依據(jù)。

2.參數(shù)設(shè)計（二次設(shè)計）

在系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上，就該決定這些系統(tǒng)中各參數(shù)值的最優(yōu)水平及最佳組合。但由于系統(tǒng)設(shè)計是憑專業(yè)知識推定出待考察的因素和水平，無法綜合考慮減小質(zhì)量波動，降低成本等因素。而參數(shù)設(shè)計是一種非線性設(shè)計，它運用正交試驗、方差分析等方法來研究各種參數(shù)組合與輸出特性之間的關(guān)系，以便找出特性值波動最小的最佳參數(shù)組合。因此，參數(shù)設(shè)計也稱參數(shù)組合的中心值設(shè)計。

實踐表明，整機質(zhì)量的好壞，既取決于產(chǎn)品整體的設(shè)計，又取決于零部件的質(zhì)量。一個系統(tǒng)功能好壞很大程度上取決于系統(tǒng)本身的結(jié)構(gòu)。好的參數(shù)組合不一定是以每件零部件最優(yōu)為條件的，而是一種不同檔次、不同質(zhì)量水平的低成本的組合，從而實現(xiàn)低成本高質(zhì)量的設(shè)計要求。產(chǎn)品設(shè)計中的波動情況是復雜的，很多產(chǎn)品的輸出特性與因素組合之間并不是線性關(guān)系。

例如，有一晶體管穩(wěn)壓電源，輸入為交流220V，要求輸出目標值為直流110V，波動范圍必須控制在±2V。決定穩(wěn)壓電路輸出特性的主要因素是晶體管的電流放大倍數(shù) hFE（其輸出特性呈非線性關(guān)系）以及調(diào)節(jié)電阻R的大?。娮璧妮敵龀示€性關(guān)系）。

通常專業(yè)設(shè)計人員看到電路輸出與目標值發(fā)生偏離時，大多是調(diào)整晶體管 hFE的工作點，使輸出達到目標值，但又產(chǎn)生了輸出電壓波動偏大的問題。例如原穩(wěn)壓電源的晶體管hPE工作點在A1（A1=20），對應(yīng)的輸出電壓為95V。這時，設(shè)計人員通常是把hFE從A1調(diào)整到A2（A2=40），使輸出電壓達到110V。但是，晶體管的hFE總會有一定范圍的波動。假定hFE的波動范圍為±20，當選定A2=40為設(shè)計中心值時，hFE就將在20-60（A1-A3）之間波動，對應(yīng)的輸出目標的波動范圍將是95-120V。過去為解決這一問題，都是進一步嚴格挑選元件，以減小hFE的波動范圍。這樣勢必增加制造成本。如何運用參數(shù)設(shè)計的原理來優(yōu)化設(shè)計呢？由此可知，當A4=80這個工作點時，對應(yīng)的輸出特性曲線變化的平坦區(qū)?，F(xiàn)在仍采用hFE波動為±20的晶體管，但工作點選A4=80上，此時輸出電壓波動范圍為120耀122V之間，波動幅度大大減小。但這時的輸出電壓為121V，比目標值110V高出一個M=11V的偏差。這個偏差可用線性元件電阻 R來校正，通過改變電阻R的大小來調(diào)整輸出電壓；使其達到110V。通過這項設(shè)計，我們找到了晶體管hFE與電阻的最佳參數(shù)組合為A4B4。

在設(shè)計開發(fā)的過程中，常常是在關(guān)系未知的情況下進行參數(shù)設(shè)計的，而不是象上例中的關(guān)系明確可鑒。這就必須通過試驗的辦法，并借助于正交試驗、方差分析、信噪比等數(shù)理統(tǒng)計的方法，以較少的次數(shù)找出符合設(shè)計目標值且穩(wěn)定性很高的參數(shù)組合。

3. 容差設(shè)計（三次設(shè)計）

系統(tǒng)要素的中心值決定后，便進入決定這些因素波動范圍的容差設(shè)計。由于某些輸出特性的波動范圍仍然較大，若想進一步控制波動范圍，就得考慮選擇較好的原材料、配件，但這樣自然會提高成本。因此有必要將產(chǎn)品的質(zhì)量和成本進行綜合平衡。容差是從經(jīng)濟角度考慮允許質(zhì)量特性值的波動范圍。容差設(shè)計通過研究容差范圍與質(zhì)量成本之間的關(guān)系，對質(zhì)量和成本進行綜合平衡。

例如：可以將那些對產(chǎn)品輸出特性影響大而成本低的零部件的容差選得緊一些，而對輸出特性影響小而成本又很高的零部件選得松一些。為此，必須要有一個質(zhì)量損失函數(shù)來評價質(zhì)量波動所造成的經(jīng)濟損失。

仍以上述晶體管理穩(wěn)壓電源的設(shè)計為例。當輸出電壓正好等于110V時，質(zhì)量波動最小。隨著質(zhì)量波動的增大，引起的經(jīng)濟損失（包括社會經(jīng)濟損失）也將增大。例如：質(zhì)量波動造成零部件返工、報廢以及用戶由于質(zhì)量波動也多付費用等。

可見，容差設(shè)計是在決定了最佳參數(shù)組合的中心值后，根據(jù)質(zhì)量損失函數(shù)，在綜合平衡用戶與制造廠質(zhì)量費用的情況下，選定合理的公差范圍。

以上通過穩(wěn)壓電源的參數(shù)設(shè)計和容差設(shè)計的例子，對三次設(shè)計的原理進行概念性的介紹。實際計算往往要復雜得多，通常要運用正式試驗、方差分析和信噪比對質(zhì)量特性進行綜合評定。