参数设计(Parameter Design)在系统设计之后进行。参数设计的基本思想是通过选择系统中所有参数(包括原材料、零件、元件等)的最佳水平组合，从而尽量减少外部、内部和产品间三种干扰的影响，使所设计的产品质量特性波动小，稳定性好。另外，在参数设计阶段，一般选用能满足使用环境条件的最低质量等级的元件和性价比高的加工精度来进行设计，使产品的质量和成本两方面均得到改善。
参数设计是一个多因素选优问题。由于要考虑三种干扰对产品质量特性值波动的影响，探求抗干扰性能好的设计方案，因此参数设计比正交试验设计要复杂得多。田口博士采用内侧正交表和外侧正交表直积来安排试验方案，用信噪比作为产品质量特性的稳定性指标来进行统计分析。
为什么即使采用质量等级不高、波动较大的元件，通过参数设计，系统的功能仍十分稳定呢？这是因为参数设计利用了非线性效应。
通常产品质量特性值y与某些元部件参数的水平之间存在着非线性关系，假如某一产品输出特性值为y，目标值为m，选用的某元件参数为x，其波动范围为Dx(一般呈正态分布)，若参数x取水平x1，由于波动Dx，引起y的波动为Dy1(如图)，通过参数设计，将x1移到x2，此时同样的波动范围Δx，引起y的波动范围缩小成Dy2，由于非线性效应十分明显，D y2<Dy1，由此可见，只要合理地选择参数的水平，在参数的波动范围不变的条件下，(也就意味着不增加成本)，就可以大大减少质量特性值y的波动范围，从而提高了产品的稳定性。但与此同时，却发生了新的矛盾，这就是y的目标值从m移到了m￠，偏离量Δm= m￠-m。如何使y保持稳定，而又不偏离目标值呢？这时，可设法找一个与输出特性y呈线性关系，且易于调整的元器件参数z(调整因素)，即y=a+bz，只要把z从z1调到z2，即可补偿偏离量Δm。如果不采用参数设计，利用非线性关系，而是按传统方法直接进行容差设计，把元件x由较低质量等级改为很高质量等级，也就是说将参数x的 波动范围由Δx 缩小为Δx1，而对应于水平x1的质量特性y的波动范围变为Δy3，虽然Δy3<Δy1，但这是以增加成本为代价而取得的；而且可能仍然是Δy3>Δy2，即提高了元件质量等级后，对应于x1的产品质量特性y的波动范围仍然比采用较低质量等级元件、对应于水平x2的y波动范围D y2要宽，由此可以看出参数设计的优越性。
图： 参数设计的非线性效应图