实验设计─田口方法

田口试验1实验设计─田口方法实验设计简介田口试验2为什么需要实验设计?•同样在生产同规格的产品，为什么有些厂商的良品率就是比较高。•同样是在生产同类型的产品，为什么有些人的产品性能以及寿命就是比较好，而成本又比较低呢？ThisistheKnowhow相同原料相同制程为什么良品率不一样？相同产品相同功能更便宜的原料为什么可以做出低成本高质量的产品？田口试验3日本工业强盛的原因日本人在多种制造业，如汽车、钢铁、电子和纺织方面，居于领导地位，主要是因为他们能以具竞争力的价格，生产高质量产品。美国研究后认为而他们致胜的法宝主要有二项：1.QFD(自顾客要求一直策划到相应的制造管理要求)2.田口方法(实验设计方法之一，简单易用，没有复杂的统计原理)田口试验4实验设计的想法processoutputinputsuppliercustomer客户关心什么，在乎什么，抱怨什么如何确定成为量化的产品特性？Y特性，CTQ过程中有那些的过程因子，其会影响到y特性，那些可能有相应的交互作用，从中找出CTP有那些的输入因子会影响到y，从中找出CTI对供应商要提出那些的规格要求，尤其是CTI田口试验5Y=f(x)的思想过程产品原材料客户供货商SupplierInputCTIxProcessCTPxOutputCTQyCustomerVOC田口试验6Y=f(x)Y=F(x)关键x:利用其控制y的平均值满足需求，标准差满足需要非关键x:由于其影响较不大，用其来降低成本Y:优先关注客户重视的特性，要能量化。有时不只一个Y特性田口试验7二阶段的实验步骤阶段一:筛选试验决定y把有可能影响到y的x都要考虑并做实验，以挑选出关键x阶段二:最佳条件决定y针对已挑出的关键x，进行最佳条件的试验，以决定最佳的x值。控制阶段决定y针对关键少数的x参数，进行持续的控制，以spc监控其稳定性。田口试验8线外品管系统设计参数设计公差设计产品设计设计品管制程设计技术品管在线品管诊断预测测量生产制造品管服务顾客品管供应商双赢伙伴顾客需求期望满意DOE的应用阶段田口试验9田口工程简介由田口玄一博士所提出的一套实验方法，它在工业上较具有实际应用性，是以生产力和成本效益，而非困难的统计为依归。厂商现在必须致力于在生产前就使复杂的产品能达到高质量。减少变异亦即要有较大的再现性和可靠性，而最终目的就是要为制造商和消费者节省更多的成本。田口试验10讨论题实验设计的目的是为了什么？实验设计是线上品管还是线外品管？为什么线外品管要比线上品管早做呢？田口试验11变异和杂音杂音因素就是使机能特性，如燃料效率、换档压力、磨耗和转向力等偏离目标值的因素。杂音因素可分为三类：1.外部杂音─产品使用时，因使用条件，如温度、湿度、灰尘等而使机能发生变异，此类条件为外部杂音因素。2.内部杂音(劣化)─产品组件的劣化。3.产品间杂音─在既定的制造条件下，因条件变异而造成产品间发生差异。所有质量管理活动的目标就是要生产经得起各种杂音因素考验的产品。田口试验12坚耐性所有质量管理活动的最终目标就是要生产经得起各种杂音因素考验的产品。坚耐性(Robustness)就是产品的机能特性对杂音因素的差异不敏感，不受影响。田口试验13坚耐性和杂音间的关系PROCESSINPUTOUTPUTYCUSTOMER可控因子X表示不可控因子Z表示ZZZZXXX坚耐性设计，利用X使得Y达目标值，且不易受Z因子方影响，谓坚耐性设计田口试验14讨论题当你在读书时，外界有人在吵，有人在放音乐，请问这些是信号，还是杂音？什么是杂音，可否用比较简易的方式来表达？什么是坚耐性，如果以此题来表达时？田口试验15正交实验法导入田口试验16一个瓷砖工厂的实验在1953年，日本一个中等规模的瓷砖制造公司，花了200万元，从西德买来一座新的隧道，窑本身有80公尺长，窑内有一部搬运平台车，上面堆栈着几层瓷砖，沿着轨道缓慢移动，让瓷砖承受烧烤。问题是，这些瓷砖尺寸大小的变异，他们发现外层瓷砖，有50%以上超出规格，另外50%则正好符合规格。引起瓷砖尺寸的变异，很明显地在制程中，是一个杂音因素解决问题，使得温度分布更均匀，只要重新设计整个窑就可以了，但需要额外再花50万元，投资相当大。田口试验17内部瓷砖外层瓷砖(尺寸大小有变异)上限下限尺寸大小改善前改善前外部瓷砖内部瓷砖田口试验18原材料粉碎及混合成型烧成上釉烧成控制因素水准一(新案)水准二(现行)A:石灰石量5%1%B:某添加物粗细度细粗C:蜡石量53%43%D:蜡石种类新方案组合现行组合E:原材料加料量1300公斤1200公斤F:浪费料回收量0%4%G:长石量0%5%田口试验19实验方法1.一次一个因素法:每次只改变一个因子，而其它因子保持固定。但它的缺点是不能保证结果的再现性，尤其是当有交互作用时。例如在进行A1和A2的比较时，必须考虑到其它因子，但目前的方法无法达成。田口试验20一次一因素的实验实验次数ABCDEFG实验结果1A1B1C1D1E1F1G112A2B1C1D1E1F1G123A2B2C1D1E1F1G134A2B2C2D1E1F1G145A2B2C2D2E1F1G156A2B2C2D2E2F1G167A2B2C2D2E2F2G178A2B2C2D2E2F2G28田口试验21全因子实验法2.全因子实验法:这种实验方法，所有可能的组合都必须加以深究。但相当耗费时间、金钱，例如7因子，2水平共须做:128次实验。13因子，3水平就必须做了1,594,323次实验，如果每个实验花3分钟，每天8小时，一年250个工作天，共须做40年的时间。田口试验22正交表(OrthogonalArray)3.直交表(正交表)直交表用于实验计划，它的建构，允许每一个因素的效果，可以在数学上，独立予以评估。可以有效降低实验次数，进而节省时间、金钱而且又可以得到相当好的结果。田口试验23次数ABCDEFG结果123456711111111Y121112222Y231221122Y341222211Y452121212Y562122121Y672211221Y782212112Y8田口试验24L8直交表A石灰石量B粗细度C蜡石量D蜡石种类E加料量F浪费回收G长石量每百件尺寸缺陷数ABCDEFG12345671234567111111115粗43现13000016211122225粗43新12004517312211225细53现13004512412222115细53新1200006521212121粗53现1200056621221211粗53新13004068722112211细43现12004042822121121细43新1300052651142田口试验25要素不良总数不良百分比要素不良总数不良百分比A151/40012.75E112230.50A214235.5E27117.75B110726.75F15413.50B28621.5F213934.75C110125.25G113233.00C29223.00G26115.25D17619.00合计19324.12D211729.25回应表(ResponseTable)田口试验26最佳条件确认由于缺陷是愈小愈好，所以依此选出的最佳条件为：A1B2C2D1E2F1G2。确认实验：将预期的缺陷数和“确认实验”的结果做比较。但事实上厂商选得是A1B2C1D1E2F1G2，主要的原因是C(蜡石)要因的价格很贵，但改善的效果又不大，所以选C1(蜡石含量为43%)田口试验27内部瓷砖外层瓷砖(尺寸大小有变异)上限下限尺寸大小改善前外部瓷砖内部瓷砖改善后田口试验28讨论题从本案例中，你认为？最能提供最完整的实验数据的是那一个方法1.一次一个因子法2.全因子法3.正交实验法正交实验法有何优点？田口试验29正交实验配置田口试验30直交表和线点图传统的实验计划方法是由英国的R.A.Fisher在本世纪初发出来的，该方法包含多种的统计设计技巧，其需要使用比较繁复的统计技巧，所以较少使用在工业界上。田口方法：由田口玄博士所提出，它删除许多统计设计的工作，以一种可以直接、经济的方式一次就可以做许多因素的实验，所以工业界上较常用。田口试验31单因素实验所谓单因素实验方法，即实验过程中只允许单一因素变动，其余因素必须保持固定的实验方法，但单因素实验法可能之问题如下:将会漏失复合因素的讯息,当因素数很多时将较不真实无法保证在实际的制造条件中，可获得实验结果的再现性见次页田口试验32一次一因素的实验实验次数ABCDEFG实验结果1A1B1C1D1E1F1G112A2B1C1D1E1F1G123A2B2C1D1E1F1G134A2B2C2D1E1F1G145A2B2C2D2E1F1G156A2B2C2D2E2F1G167A2B2C2D2E2F2G178A2B2C2D2E2F2G28田口试验33全因素实验全因素实验计划方法允许在同一时间内检查多数因素的效果，而在做全因素实验时所有因素的复合水平都将被检查。次实验次实验次实验次实验七个因子有323,594,132187325621282,,,,,,12787GFEDCBA田口试验34A(64)B(32)C(16)D(8)E(4)F(2)G(1)结果111111112111111231111121411111225111121161111212711112218111122291112111101112112111112121121112122131112211…..12722222211282222222田口试验35直交性•在实验计划中最主要的一个特性，便是实验结果的再现性；另外，当我们希望能在各种相异的条件，以最有效的方式比较因素水平时，都只有在直交性实验计划方法中才能达到•利用直交表进行实验，在实验结果的可靠度及高再现性上，都具有高效益。不管制程条件如何变化，在不同条件下，获得好的再现性之效果是相同的。•假如我们的实验计划均为直交，则我们在回应表中比较A1和A2时，我们将可确定A1中B效果与A2中的B效果应为相同，且当因素以直交方式变动时，其它的效应将不会混合于各因素的水准内。田口试验36次数ABCDEFG结果123456711111111Y121112222Y231221122Y341222211Y452121212Y562122121Y672211221Y782212112Y8田口试验37实验编号ABC结果1111Y12112Y23121Y34122Y4实验编号ABC结果1111Y12122Y23212Y34221Y4•假设实验执行所需花费的成本相当高，在此情况下不管任何理由，我们希望只做四次实验，以代替全因素实验。请问下列二表，你会选择那一项A:B:田口试验38自由度的概念–自由度实为获取情报大小的量度，通常自由度愈大，所获得的情报愈多–例子有三个人比较身高，至少须比较多少次才可以知道结果–须比较二次才可以得到结果–直觉上的定义：因素的自由度为水平间所必需但不重复的比较次数，而在数理运算上，因素的自由度可简单的以水平数减一表示，它代表因素能够相互独立记述计算的数目。–在实验中因素设定的水平愈多，则自由度随着增加，换句话说可以得到更多情报，但是相应的实验成本会增加。田口试验39•目前有三个人的身高，如果要去进行比较，最少的比较次数，而得到全部的信息。田口试验40效果A1A2效果B1B2B3二水准的情况，只须比较一次，所以自由度为一。三水准的情况，须比较二次，所以自由度为二。田口试验41交互作用–原先假设因素的效果不会受其它因素水平的影响，然而在实际的状况并非如此；当一个因素的效果与其它因素水平相互影响时，因素间就有交互作用存在。–一般可以绘制交互作用图来了解其间之交互作用关系。–例子：设有A,B二种药剂，成份完全不同，且两者都能够使病人状况获得改善；单独使用时都有功效，但合并使用，病人反而更槽。田口试验42A和B无交互作用A和B有交互作用B1B2A1A2YB1B2A1A2Y田口试验43B2A1A2B1A和B有强烈交互作用B1