实验设计DOE演示版

实验设计讲师：施荣伟DesignofExperimentsDOE演示版25年企业经营管理及管理咨询实战经验，早期在国内外大中型制造企业从事生产质量管理，历任生产品质工程经理、生产技术总监及副总等职，担任多家知名企业管理顾问。是中国企业界最早(90年代)接触和推广TQC/正交实验设计的人士，擅长六西格玛、流程改进和精益管理，有多年六西格玛-精益生产项目辅导经验。结合我国企业管理实践，融入多年管理心得，博览众长，研究并开发出独具风格“实战、实用、实效”的管理课程体系。精于排解学员理论和实践运用的困惑，善于透过独特的促导技巧，深入浅出，启发学员思维，善于提供解决方案。【主打课程】实验设计DOE、SPC、精益生产实战培训、DMAIC实战训练、六西格玛统计课程、谢宁DOE技术、Minitab软件运用、现场管理与改善【6Sigma代表客户】美的集团、惠州三星手机、上汽通用五菱汽车、诺亚舟学习机、中船江南重工、广汽长丰集团、南玻集团、菲利浦照明、中山华帝燃具、安费诺电子装配(美资）、英国摩迪公司施荣伟13590339112工商管理学硕士实战型资深顾问六西格玛-精益专家http//讲师介绍服务客户飞利浦照明惠州三星手机中船江南重工—DOE—现代工程师的统计工程学！工程师——应了解并掌握的品质工程应用统计学知识与工具。谁需要DOE？工程师使用DOE频率态势美国89.6%日本82.5%中国不足25%西欧76.8%印度41.2%什么是DOE？实验设计（DesignofExperimentsDOE）是一种安排试验和分析试验数据的统计方法。计划安排一批试验，严格按照计划在设定的条件下进行这些试验，获得新数据，然后对之进行分析，获得我们所需要的信息，从而得出科学的结论，并据此作出科学、合理、有效的决策。传统实验的致命弱点原来大学教授传授一种试验方法，至今仍被传统的工程师所沿用。在这种老式的试验中，一次只能变动一个因素（实验条件），而其他变量均保持恒定。传统试验的缺点试验周期过长，需要花费大量时间；其致命弱点是不能把主效应从交互效应中分离开结果是不断受挫折、恶性循环和增加成本。DOE——可以同时测试多个元素的影响。爱迪生的科学实验人类获得知识的途径有两条——一是经验总结二是通过实验爱迪生的实验是艰难卓著的，他的学生曾这样评论：“爱迪生的实验发明2%靠天分，98%靠的是勤奋。如果当时有了如今的统计方法和数据，他的发明成果将是另一番景象……”DOE与传统实验之比较比较项目传统实验DOE每次测试的变量数目一次只变动1个因素多个因素同时变动因素间交互作用和影响无法识别能识别所有因子，包括高阶的交互影响与主效应试验次数多少试验成本高低试验周期长短试验效果差好实验设计：检测复杂的因果关系实验设计是检测、筛选、证实原因的高级统计工具，是利用整个统计领域的知识来理解流程中普遍存在的复杂因果关系。它不仅能识别单个因素影响，而且能识别多个因子的交互影响。DOE通过安排最经济的试验次数来进行试验，以确认各种因素X对输出Y的影响程度，并且找出能达成品质最佳因子组合。DOE是进行产品和过程改进最有效的强大武器！DOE三条基本原则重复试验：进行不同试验单元间的重复试验。而不是同一批试验的连续观察。随机化：按随机化原则安排试验顺序和单元。区组化：同质性的单元称作区组，譬如上午与下午会对实验有明显差别，就将上午与下午分成两组。好处是：消除未知变量的影响。做法：能区组就区组，不能就随机化。统计方法主要解决的问题6SIGMA工具箱DOE应用秀秀DOE应用DO可以应用在哪些领域？HR制造品管维修研发营销DOE冶金机械化工电子医药食品航天服务DOEDO可以应用在哪些部门？DOE的目标DOE的基本目的有两个：筛选：检测自变量X对指标Y的影响程度——哪些因素重要，哪些因素不重要？选优：确定因素及水平搭配的最佳组合——这些自变量X取什么值时使Y达到最佳值？DOE的用途DOE的应用主要体现在五个方面——（一）产品设计开发：选择能获得最优质量特性的产品参数（名义值）；进行制造和使用过程的模拟试验，以确保设计决策在整个产品周期得以维持，避免不必要的工程更改，从而实现良好的品质为原材料选择最合理的配方缩短设计开发周期（二）过程设计与优化：检测过程变量对输出响应的影响，筛选主要的可控因素，为设计一个新过程提供依据确定最佳工艺参数，为制程参数水平设置提供依据减少过程波动，提高过程的稳定性DOE的用途（三）质量改进：检测过程变量x与输出的关系；分析和验证引发产品或过程缺陷的真正原因；减少缺陷、降低不良率；解决长期、顽固、复杂的品质问题；（四）为新设备/现有设备选择合理的参数；（五）进行系统（包括服务领域）的优化。DOE的用途怎样学习DOE课程DOE是一门复杂的高级统计技术，了解基本的统计知识是必要的；课程提供了详实清晰的实现DOE的路线图和说明，三你必须要了解其中的要求的准则；以反诘互动的方式来推动学习，提倡多提问；不要质疑统计学，你可以问“为什么”这样？带着问题学习，最好能事先准备工厂数据到课堂来讨论；携带电脑，安装MINITAB——帮助学员解决DOE计算，并加深理解统计学原理。Minitab三步曲1.根据问题选择工具——找对医生你准备好了么？————从现在开始，让老师带领我们，借助Minitab工具，在DOE的天空里自由地翱翔吧！2.按照图标进行操作——拿脉检查3.解释数据作出决策——处方开药要做什么？到哪去？约束条件？数据准备好了吗？你了解路径、限制条件、要求及要点吗？经常提醒自己“我正在做什么？”不要因为机械的操作而忘记了目的。需要何种形式的信息？哪些是重要的指标需要评估？评价的准则是什么？最后我要作出什么结论？显著性检定指标——P-valueP-value＜0.05显著因子通过P-value，我们可以判断——该项是否属于关键的因子/原因？该数据是否呈正态分布？该模型是否有效？结论是否正确？……MINITAB给我们一个简便的方法——P值判定：2009年黑带注册考试MINITAB试题占26分往年只有3-5分统计工具应用的价值DOE发展的三个里程碑1920年,试验设计技术最早是由英国统计学大师费歇尔（R.A.Fisher）所创立，首先将其应用在农业试验，目的是为提高农业产量；1947年印度的劳博士（Rao，D，R）发明正交表，大大提高了实验的效率与规范性；二战后，日本质量管理大师田口玄一，将DOE应用于改进产品和系统质量，发明田口方法，获戴明奖；同期以Box-Bchnken为代表的一批质量大师发明RSM，使得DOE方法体系更加完善。DOE基本术语实验计划实验设计是一项安排，以便于实验的进行。而实验，则是一项研究方法，择定数项独立变量做随机变动，从而确定其效应。一项良好的实验，可以使实验的结果获得简明的解释，可以确定各项因素的主效应，也可据以确定各个因素间的互动。一般情况下，实验计划是由正交表来实现的。响应：试验结果，亦称指标、质量特性，是在实验设计中可以测量的系统输出，一般以Y表达。输出响应Y可以有计量型指标和计数型指标两种表达方式。DOE基本术语因子：指系统或过程输入变量。是工程师需要研究或设定的对象，借以说明响应的大小。可控因子工程师可以掌控和调整的因素，如注塑过程的压力、温度等；不可控因子无法控制或难以掌控的因素，如环境温度、粉尘、电磁干扰等，这类因素也称噪音。因子可以是量化因子和属性因子___量化因子如温度、压力……属性因子如材料（甲或乙）、作业员（新员工或老员工）……DOE基本术语水平：在进行每一次实验时，每一因子至少应从两个层次进行研究，称其为因子的水平。例如温度可能其应用的范围是210℃~230℃，这两个值可以作为因子温度的水平；材料可取A或B……水平的数目可取2个、3个……水平表达式：由低至高——【2水平】1、2或-、+【3水平】1、2、3DOE基本术语主效应：一个因素对输出响应值的影响；交互作用：两种或以上的因素共同对输出响应值的影响。DOE基本术语充磁量角度匝数实验设计的基本程序步骤1：明确改善目标或试验目的；步骤2：选择品质特性（起关键作用的）步骤3：筛选并确定因子及其水平；步骤4：确定试验计划；步骤5：实施试验，收集数据；步骤5：整理数据，建立分析模型；步骤7：分析数据，确定最优因子组合；步骤8：验证设计。计划分析实施DOE包含计划-实施-分析三个阶段8个步骤：实验设计的种类正交实验设计田口设计全因子实验设计分部因子设计筛选设计响应曲面设计混合设计谢宁DOE田口DOE经典DOE谢宁DOE如何选择DOE方法筛选实验6以上部分因子实验4~10全因子实验2~5响应曲面实验2~3DOE种类因子数选别重要因子部分交互作用因子间的关系设定因子的最佳条件目的为了改善的大概方向(线形效果)主效果和部分交互作用所有主效果和交互作用反应变数的预测模型(曲线效果）推测低现在工序知识状态高考虑实验的目的和预算等因素来选择DOEMINITAB操作截面编辑数据编辑文件计算统计图形编辑器窗口9个菜单数据窗口DOE入口图形窗口项目管理器程序窗口打开数据窗口打开管理器打开程序打开图形/双击2个快捷键帮助借助MINITAN完成DOE的步骤田口设计因子设计响应曲面设计混料设计田口方法田口品质工程方法二战之后，日本的田口玄一博士，将试验设计方法应用于改进产品和系统质量，并研究开发出“田口品质工程方法”，简称田口方法。从而提升了日本产品品质及日本产业界的研发设计能力，成为日本战后质量管理及设计开发的核心工具。田口方法具有很强的抗干扰能力，因此又称为“稳健参数设计”——通过调整可控因子的水平,来降低或弱化噪音对Y的影响,从而提高设计方案的抗干扰能力.田口方法的主要工具是正交表信噪比（S/N）什么是正交表实验号/列号ABCD111112122231333421235223162312731328321393321正交表是一种规格化的表格，对于解决问题来说，只要掌握正交表的运用方法就可达到目的。正交表的表达方式：正交表的优势对于L34，全因子设计需要81次（3*3*3*3）而正交实验只需要9次，大大减少实验次数。什么是正交表正交表的正交性质1.在任意一列中，各水平出现的次数相同；2.对任意列的任一水平，其他列的水平1、2、3与之在同行上相遇的次数相同。这两个性质称为正交表的整齐可比性，也就是正交表的正交性性质。因此，虽然是局部试验，但仍有可靠的代表性。田口正交表样式实验次数:9*8=72次噪音表控制表试验观察值田口正交表样式(简化)实验次数:9*2=18次安排可控因子安排不可控因子/噪音在通讯工程里，常以电讯的输出“信号”与“噪音”之比作为品质指标，以此值越大表示通讯品质越好。S/N比的原始定义是指信号噪音比，，可用以下公式表示：S/N=信号/噪音该比值越达，表明品质越好。单位以分贝（db）表示。信噪比S/N田口设计实例演练【案例11】提高磁鼓电机力矩之改善磁鼓电机是彩色录象机的关键部件，国外同类产品力矩指标规定大于210g.cm。为提高电机的输出力矩，需要进行实验。静态田口设计因子水平表步骤1：筛选因子/确定因子水平因子水平充磁量A定位角度B线圈匝数C12390011001300101112708090步骤2：确定试验计划（选择正交表）菜单：Stat-DOE-Taguchi-CreateTaguchiDesign.得到：正交表L9（34）MINITAB提供的正交表几百个正交表最多可安排31个因子水平数：2、3、4、5以及混合水平步骤3：执行试验，收集数据•进行实验，将响应值Y输入工作单。静态田口设计试验结果步骤4：建立模型，分析数据SN分析均值分析效应效应等级等级静态田口设计•菜单：Stat-DOE-Taguchi-AnalyzeTaguchiDesign主效应图分析