实验设计计划

1实验设计计划AnalyzeImproveMeasureControl2学习目标浏览实验设计的应用场合与优点及常用术语讨论实验设计计划中的步骤及思考点提供实验设计计划样表3实验设计….是一产生有效信息事件的系统的方法输入输出产品或过程X1X2X3Y1Y2…有目的地改变输入以研究它们对输出的效应4举例(弹射器DOE)81804rubberX1=后拉距离X2=销子高度X3=小球类型Y1=弹射距离设计安排这是哪一类设计?处理组合或试验运行试验顺序(标准顺序)后拉距离销子高度小球类型11602Nerf21802nerf31604nerf41804nerf51602rubber61802rubber71604rubber弹射5实验设计术语响应变量(ResponseVariable)-被测量或观测的输出变量因素(Factor)-可控或不可控的输入变量水平(Level)-一因素的规定数值或设置效应(Effect)-一因素从一个水平变为另一水平时响应变量的变化量互交作用(Interaction)-一因素对响应变量的效应取决于另一因素的水平设置重复(Repetition)-在同一试验条件设置下进行多次采样(见后例)反复(Replication)-按时间顺序重复整个试验序列(见后例)随机化(Randomization)-通过随机数决定试验运行顺序6252015105130120110100IndexYield重复(Repetition)PullBack:LLLHHHLLLHHHLLLHHHLLLHHHPinHeight:LLLLLLHHHHHHLLLLLLHHHHHHBallType:LLLLLLLLLLLLHHHHHHHHHHHHTestSequence重复7反复(Replication)252015105130120110100IndexYieldTestSequence第二次反复第一次反复PullBack:LHLHLHLHLHLHLHLHLHLHLHLHPinHeight:LLHHLLHHLLHHLLHHLLHHLLHHBallType:LLLLHHHHLLLLHHHHLLLLHHHH8实验设计涉及的典型问题哪一因素对响应的效应最大?哪些因素影响响应均值?哪些因素影响响应方差?输入变量的最佳设置是什么?哪些因素无效应?输入变量与输出变量的关系如何?[Y=f(X)]筛选特征化优化9对实验设计计划的建议团队合作充实知识用绩效指标来定义问题(RTY,COPQ,Cp,etc.)目标值应能明确度量….提高产量20%….达到6s设计标准….确定材料波动对产品可靠性的影响….确定廉价材料对产品性能的影响实验计划应包含所有阶段的执行方案(包括确认阶段)对数据采集及分析分配足够的资源样本量应正确记录各方建议并讨论10实验设计计划样表section1Date:Product:TeamLeader:Process(es):ExpectedStart:ExpectedCompletion:section2ProblemStatement:Objective:section3Response(s)Type?AnticipatedRange?Msmt.System?123section4InputVariablesLevelsSpecificationsHowMeasured?12345678910section5NoiseVariablesMeasurable?12345section6BriefOutlineoftheExperimentalDesigntobeused:11举例(弹射器DOE)section1Date:5/5/98Product:CatapultTeamLeader:JoeBlackbeltProcess(es):LaunchingExpectedStart:7/10/98ExpectedCompletion:7/20/98section2ProblemStatement:Launchedballsarenotlandingatthetargetdistance,resultingin$200,000incustomerreturnsannually.Objective:Determinethecriticalvariablesaffectinglaunchdistanceandvariationandfindoptimalsettingsforthesevariables.section3Response(s)Type?AnticipatedRange?Msmt.System?1downrangedistance2crossrangedistance3QuantitativeQuantitative0–300inches30ft.tapemeasuresection4InputVariablesLevelsSpecificationsHowMeasured?1PullBackAngle160,180160-180scaleoncatapult2FrontPinHeight2,42-4pinposition3StopPinPosition3,43-5pinposition4BallMaterialNerf,rubberNerforrubbervisual5CupAttachment5,64-6pinposition6ArmAttachment3,41-5pinposition78910section5NoiseVariablesMeasurable?1Operator(“new”,“expert”)Yes?(yearsofservice,certification,etc.)2RubberBandAge(new,2weeksold)Yes(timelog)345section6BriefOutlineoftheExperimentalDesigntobeused:16runfractionalfactorialscreeningdesignwith6factors,2replicates,using“old”rubberbands12定义输出(响应)变量输出变量是定性数据还是定量数据?(建议采用定量数据,为什么?)所测量的输出变量是否是客户要求的或关心的?(不只是因为它容易测量)目标是什么:对中,减少波动,还是两者兼有?当前的基准水平是什么?(均值与标准差)输出变量是否统计受控?输出变量是否稳定?希望能检测出多大的输出变量波动?如何测量输出变量?测量系统能力是否足够?预期的输出变量波动是多大?是否是多变量输出?他们的优先权如何?13因素选择如何选择实验因素?因素来源:流程图因果表FMEA多变量分析结果文献脑力激荡科学原理操作工经验客户/供应商输入评价方法回顾各个变量,并选择实验因素14因素分类因素可分为:噪声因素(N’s)--不受控因素,不可控或控制成本很高的因素例如:天气,班次,供应商,用户机器寿命等.可控因素(X’s)--这些因素改变时,能相应的观察到对输出的效应常定因素(C’s)或标准操作程序(SOP’s)--是对标准流程的描述,包括在实验时需固定,监控及保持的因素水平设置15因素水平选择确定了最终的实验因素表后,下一步就是确定每个因素的水平因素水平选择时常见的两类错误:因素水平太接近不能产生足够的波动或差异用于分析(测量系统分辨率不足以识别这种差异)高,低水平结果混杂在一起,无法分离因素水平间距太大会产生不现实的波动或差异每一因素都有可能被认为是显著的,导致错误结论会因忽略非线性关系而导致错误通常,水平数越多,产生的信息也越多,各个水平之间的距离应相等.16因素水平选择(基于不同实验目的)筛选目的:从众多输出变量中确定少数关键输入水平距离相对而言较大当输入变量设置为极端值时,如果其确有效应,就会从输出上反映出来风险-会夸大波动,无法检测较复杂的关系,其它?通常每个因素选择2个水平大水平距离举例定性因素:方法A对方法B;材料1对材料2定量因素:300ºF对400ºF;每日曲线对3日曲线通常选用分式析因实验用于筛选目的的实验设计17因素水平选择(基于不同实验目的)特征化目的:进一步了解输入变量与输出变量的关系以及因素间的互交作用建议按前期实验的结果确定相应的因素水平一旦确定关键输入变量,通常应缩小水平间距通常选用析因实验或高分辨度分式析因实验用于特征化目的的实验设计优化目的:确定过程输出优化所对应的各输入变量的运行位置和范围,即确定最优值对应的实验空间因素水平通常很接近通常实验因素数量较少,但是各因素的水平数会增加(3个或3个以上)通常选用析因设计或其它特殊的优化设计(如中心复合设计或Box-Behnken设计)18实验计划需考虑的问题实验结果如何度量?是否与企业运作绩效指标相关?实验成本是多少?如何确定样本容量?如何考虑随机化,重复及反复?随机化是否受限制(有些因素要实现随机化很困难)?是否与内部客户讨论过?实验时间多大?如何进行数据分析?是否安排“预运行”?可发现实验流程,数据登录表的错误,并确保每一实验参与者完全了解各自的任务实验中是否要其它实验方法?(分式析因,析因等)实验中是否要安排中心点运行?(所有因素水平位置为中点时的实验运行)目的是什么?实验建议19建议表内容问题描述与绩效指标相关(RTY,COPQ,Cp,etc.)目的输出变量测量系统分析精度重复性与再现性稳定性偏差输入变量可控变量:水平噪声变量:如何处理?设计与流程回顾资金与期限组员与各阶段任务20总体建议不要试图通过一次实验回答所有的问题,应进行一系列逐步深入的实验初期实验用2-水平设计计划和设计实验的最佳时机是在前一次实验完成后.首次实验的费用应小于25%的总费用后序实验中每一步都要确认结果数据需有主动精神-DOE是用于主动探索的工具,并不是每一实验都能产生惊天动地的发现,但是你总会有所获益.没有糟糕的实验,只有糟糕的实验计划和操作.21总结DOE是将数据转变为信息的关键工具特点:扩大知识系统高效实验计划是关键!再好的统计分析也不能挽救计划或设计得很差的实验.DesignedExperimentPlanningSheetYourTeamNameHerePage1of2DatePrinted:June19,1997Date:ProductNameOrg/LocationProcess(es)TeamLeaderExpectedStartTeamMembersCompletionEstimatedCostCustomerInformedYesNoPilotStudyProblemStatement(BusinessProblem):BusinessOpportunity/Implications:ExperimentalObjective:ExperimentalHypothesis:ListofExperimentParameters(KPOVs)Response1Type:QuantitativeTargetUnitQualitativeSpecificationBaselineMeanMeasurementSystemBaselineStd.Dev.%R&RMin.RequiredEffectSize(s)%P/TResponse2Type:QuantitativeTargetUnitQualitativeSpecificationBaselineMeanMeasurementSystemBaselineStd.Dev.%R&RMin.RequiredEffectSize(s)%P/TResponse3Type:QuantitativeTargetUnitQualitativeSpecifica