六西格玛I阶段(DOE)课件

中国赛宝组织质量可靠性能力提升项目培训教材第五册中国赛宝22让最优秀的企业成为我们的客户让我们的客户成为最优秀的企业中国赛宝广州赛宝认证中心培训部汪五二电话：[phone]E-mail：[e-mail]教师自我介绍3中国赛宝4课程的形式课程采用开放式、互动性方式，教员和学员应充分平等的交流课程采用教师授课、学员提问、课堂交流相结合的方式重申课堂纪律中国赛宝实验设计概述主要内容51实验策略与计划2主效应、交互效应与模型3完全析因（全因子）实验设计4产生解决方案与试行5实施解决方案6改进结果的验证7中国赛宝1实验设计概述6中国赛宝DOE在六西格玛DMAIC中的目录MeasureAnalyzeImproveControlDefineDefineMeasureAnalyzeImproveControlStep10-制定改进方案Step11-VitalFewX’s最佳化Step12-结果验证中国赛宝1、什么是实验设计1.1、实验设计的由来请问您知道香槟酒是怎样发明了吗？中国赛宝法国修道士为了谋生，在葡萄园中种植葡萄，自行酿制葡萄酒。其中有位修道士思考这样的问题：葡萄酒通过一次发酵后就成为葡萄酒，如果发酵两次会如何？中国赛宝假设你是一家奶茶的老板，希望争取更多的顾客奶茶味道不错，唯一不足：常有顾客抱怨不够清凉。你决定通过实验来改善冰凉度，经一夜冥思后：测量奶茶的实际温度作为Y（品质特性）X（影响因子）：X1：冰块类型可能选择碎冰或整块冰两种方式X2：搅动方式可选择不搅动和搅动X3：杯子类型可选择纸杯和玻璃杯WhatistheNextStep？？？案例思考①中国赛宝某工程师研究某产品的产量与化学反应的温度、时间、催化剂的用量间的关系，实验目的是寻找最佳生产方式Y（品质特性）：产量X（影响因子）：X1：温度60℃、80℃X2：时间40min、90minX3：催化剂用量200g、500gWhatistheNextStep？？？案例思考②中国赛宝香槟案例给我们的启示？我们通过特意地干预系统，希望增加有关的知识。设想一下，如果当时没有这位修道士的想法，也许到现在还没有香槟酒！所以，我们要鼓励工程技术人员去思考、去尝试、去实验，看看目前是否是最佳状态，特意改变某个设置行不行，有意地改变一些设置是否会得到更好的效果？中国赛宝DOE与其它工具间的比较首先与回归分析进行比较：回归分析：尽管其与实验设计计算结果相同，但回归属于被动观察，是按照合理的一定的抽样数据被动获取，不施加任何带有目的的改变。通常是收集历史数据来发现X与Y的关系如何？如发现问题，由于缺乏重要数据信息的追溯，有时可能并不一定能解答我们面临的问题实验设计：是基于正确的试验计划有目的地通过改变X来探讨对Y产生何种影响，从而获取整个过程中的知识。能主动控制自变量，能达到最佳化；精心设计的实验有助于人们对事物的认识！中国赛宝与控制图（SPC）进行比较：生产过程中的实验设计上游生产过程下游实验设计主动线外质量预防工程研究与发展SPC被动线上质量评鉴生产制造检验被动抽样检验检验部门市场研究从上图可以看出：1、作为主动性工具，DOE强调的是线外质量预防，改善过程贯穿设计到制造全过程2、设计阶段追求质量及资源的极致，从根本上消除或减小变异3、体现出以下历史发展过程：“质量是检验出来的”“质量是制造出来的”“质量是设计出来的”中国赛宝应记得这些大师：1、英国统计学家乔治.博克斯（GeorgeBox），在实验设计上有特殊贡献，将统计数据应用于实验的首批推行者之一，第二次世界大战期间发展了响应曲面方法（RSM），首先在化学中应用，然后推广，表明DOE进入黄金时代2、我国著名统计学家“马逢时”、“茆诗松”中国赛宝GeorgeBox曾经说过这样的话要了解你所干预的系统在发生什么，你必须介入进去，而不是仅仅被动地观察如果我们能使我们的工程师开始学习运行一个简单的实验，将会极大地刺激他们的胃口。在这个国家有成千上万的工程师，哪怕他们只会使用23实验设计方法，哪怕这是他们唯一掌握的数据驱动的分析方法，也将会极大提升实验的效率、创新的速度以及整个国家的竞争力！！！纵观世界发展趋势，一些高科技手段日趋成熟，实验设计（DOE）就是为重要代表的统计理论为基础而发展起来的一些列持续改进工艺、优化核心流程的方法。是中国赶超世界先进技术、实现崛起的强有力武器---中国工程院、科学院院士师昌绪语中国赛宝1.2、实验设计是个学习的工具“我们有学习新的策略、新的规划过程以及近代解决问题的过程和一大堆其它技术的需求，并非旧的技术总是不好，只是竞争环境改变了”“今日我们所创造出的过程，就是来自我们头脑思考的结果，所以一旦此过程产生问题，远远不能利用我们创造它的思路去解决它们”我们不要企图“毕其功于一役”，进行一次实验就结束中国赛宝实验设计是循序渐进的过程通常序贯地进行实验，作为一般法则，在第一次实验中，投入的可用资源不要超过总预算的25%，因为实验往往不是一次就成功，要确保有足够的资源去做后面的实验，以及验证实验，并最终达到实验的目标，如下图显示：科学方法假设演绎数据（分析）归纳假设演绎数据（分析）归纳假设科学方法应用到设计过的实验上猜测设计实验执行实验分析结果修正后新猜测再设计实验执行实验分析结果修正后新猜测中国赛宝1.3、实验设计的实质进行过程输入输出y输出变量不可控制的因子（噪音变量）可控制的因子（输入变量）X1x2…x3n1n2…n3DOE是一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法，它主要对实验进行合理安排，以较小的实验规模（实验次数）、周期，以及较低的成本获得理想的实验结果和正确的结论！由于客观的规律性，输出是由输入、可控因子及噪音变量共同作用的结果Y=f（x）基本模型，内容包括：1）确定哪些变量对y最有影响2）确定有影响的x设置在何处使y总是接近于所希望的额定值3）确定有影响的x设置在何处使y的变异性最小4）确定有影响的x设置在何处使得不可控变量n1、n2等的效应最小中国赛宝2、DOE的目的与用途关键因素X的确认和影响程度的掌握掌握选中的重要的X之间的交互效应树立使用X的Y的预测模型决定使Y最适合的X的条件……DOE的主要目的：研究几个因子共同影响的计划与分析实验减少实验成本、时间与资源缩短新设备上线时间建立工艺投入与产出的因果关系确定产品或工艺性能的主要因子优化产品或工艺性能DOE的主要用途：中国赛宝产品满足技术要求、达到目标、减少变异寻找工艺窗口改进产品/工艺的生产周期、合格率与可靠性确定指标随因子变化的灵敏度研究工艺改变的影响开发新工艺设置误差标准评估实验模型……DOE的主要用途：中国赛宝解释相对容易的结果以最少的费用引导明确的实验结果有输入变量的设置存在而进行深思熟虑的检查与复杂的统计分析相比，恰当的实验计划更重要各种实验计划可以根据情况（特定的问题、生产样本、样本的可利用性和实验约束条件等）进行调整……实验设计从线外质量预防、工程研发及市场研究等方面都具有卓越的表现，因为它具备以下特征：要为产品选择最合理的配方时(原材料及其含量）要对生产过程选择最合理的工艺参数时要寻找最佳的生产条件时要研制开发新产品时要提高老产品的产量和质量时……何时应用DOE：中国赛宝一般来说，实验要进行好几批，但总体上实验设计是三步战略思想：StepOne–用筛选实验在大量的一般因素中找出少数关键因素–接着，再对少数关键因素进行优化，再加上实际生产环境的约束条件，选择最合适的X的条件范围StepTwo–如果验证实验的平均值被证实落在预先设定的置信区间内，则其结果是可靠的，即可安排小样进行实际的推进StepThree中国赛宝在实际工作中，可能跳过某个环节，也可能在某个步骤上反复多次。需要不断调整实验范围和因子水平的选择，因此有：（先有如下概念即可）中国赛宝4、DOE的操作步骤粗略地讲，完整的实验应该包含计划、实施、分析及得出结果四个阶段：步骤1：计划实验目标阐述选择指标、因子与水平选择实验设计步骤2：实施实验步骤3：分析数据（图示与数据分析）步骤4：得出结果未满足目标满足目标实施建议中国赛宝5、DOE的应用实例例4.1----描述一个过程一台浸流焊接机用在印刷电路板的制造过程中，及其将电路板在焊剂中清洗，预热电路板，然后将电路板沿着传送带通过一波融化的焊料。这一焊接过程将板上的加铅元件进行了电和机械的连接。该工序目前次品水平1%，工程师将用实验设计解决问题可控的变量：X1：焊接温度X2：预热温度X3：传送带速度X4：焊剂类型X5：焊剂的比重X6：焊料波的深度X7：传送带角度不可控因素：N1：印刷电路板的厚度N2：电路板上使用的元件的类型N3：操作工N4：电路板上元件的布局N5：生产率WhatisYourNextStep？？？中国赛宝例4.2----优化一个过程假设我们感兴趣改善一化学过程的产率，由特征化实验的结果我们知道，影响产率的两种最重要的过程变量是操作温度和反映时间。当前的过程是以1550F和1.7小时时间运行，其产率是75%Y：产率X1：温度X2：时间WhatisYourNextStep？？？中国赛宝例4.3----产品设计假设一组工程师正在设计汽车的门铰链。感兴趣的质量特性是制动作用或定位能力，当汽车停在斜坡上时，防止开着的门自动关闭。制动装置是由簧片和卷轴构成。当门打开时，卷轴通过一段弧使簧片受到压力。要关门，弹簧必须压上一边，这就会产生制动作用。管理小组将制动作用看做以下因子的函数：X1：卷轴通过的距离X2：弹簧从支点到底部的高度X3：支点到弹簧的水平距离X4：加强弹簧的自由高度X5：主弹簧的自由高度一旦这五个因子恰当水平被识别出来就可以用这些因子水平的不同组合设计出一种实验，并在铰链机器上实行这就会产生关于哪些因子对门的制动作用有影响的信息，通过分析这一信信，设计就可以得到改善！中国赛宝6、传统的实验方法爱迪生座右铭：天才=1%的灵感+99%的汗水爱迪生同事特斯拉这样说过：如果爱迪生必须从一堆干草中寻找一枚针，他会立即象蜜蜂一样一根又一根地检查每根稻草，直到找到这枚针，很遗憾我是这类事情的见证者。如果知道一些理论与计算方法，可以节省他90%的辛苦工作爱迪生的工作方式可称之为：最佳经验推理法中国赛宝传统的三种实验方法收集有关X与Y的数据通过一个有效的样本获得数据响应与因子是可以测量的目的是研究X与Y间的关系被动的收集数据，不需要干预工艺与设计方法一：无结构化的数据分析特点：仅用历史性的数据收集这些数据要做什么，达到什么目的并不清楚你不可能观察没有水平组合的效应要想得到非常有意义的信息是很困难的缺点：中国赛宝猜测方法常用于一些列的实验，且受过良好的专业训练的工程师与科学家，坚实的理论知识及丰富的经验为他们提供了选择进一步实验条件的依据。猜测方法有时也有用处方法二：猜测方法特点：获得成功可能非常慢不能充分利用时间时间与实验资源假如效果不理想，则不知道下一步该猜什么了即使成功，对理想的结果也较难做出正确的解释不足：中国赛宝背景：1969年，中苏珍宝岛事件最终处理：中苏紧急召开总理级别磋商，双方争执得以解决遗留问题：中方装甲坦克原油低温凝固不启动，引起军方高度关注军方召集原油方面的专家进行研究，做了大量的测试仍然找不出低凝固点的原油配方，最终通过实验设计、数理统计攻克难题。中国赛宝方法三：单因子法（OFAT）单因子法比猜测方法有了一定的进步单因子法要求实验者对实验条件具备一定的知识和经验增加了一些结构化的连续实验的计划安排特点：没有发现最佳的可控因子的组合不能有效地说明交互效应比较没有效率的实验设计与开始条件有关，开始设置不同，结果也有可能不同缺点：中国赛宝OFAT不能识别交互—案例说明中国赛宝7、DOE的发展历程1920s19371945196319711980英国统计及遗传学家Fisher首先在农业中应用ANOVAFrankYates系统讨论了2kFinney介绍了部分析因实验DOE