DOE(试验设计)培训

DOE（designofexperiments)试验设计是对试验方案进行优化设计，以降低实验误差和生产费用，减少实验工作量，并对试验结果进行科学分析的一种科学方法。试验设计方法最早由费雪在农业试验时提出，20世纪60年代，日本的质量管理专家田口玄一博士将其用于工业过程优化，使此方法得以普及和发展。在20世纪80年代早期兴起的6西格玛管理系统中，作为DMAIC模式的重要一环，试验设计成为过程改善不可或缺的利器。在过程中，影响输出的因素往往非常多，试验设计方法就是一种同时研究多个因素（X`S）对输出（Y）的影响的方法，它是通过对选定的输入因素进行精确，系统的人为调整（变化）来观察输出变量的变化情况，并通过对结果的分析，最终确定影响结果的关键因素及其最有利于结果的取值方法。如下图：输入（X`S）输出（Y）6Sigma相关知识介绍一、6Sigma的定义1、什么是“6Sigma”A：6Sigma是一整套系统的企业管理理论和实践方法，其目标是最大程度地实现和保持企业运营成功。B：6Sigma的原动力来自对客户需求的理解，对企业现状，数据地科学分析，及对改进企业的运营过程的渴望。C：6Sigma的质量目标小于3.4DPMO，99.99966%合格---每百万机会中只有3.4个缺陷2、6Sigma经历的四个里程碑A：30年代，SHEWHART（休哈特）引入统计过程图（COTROLCHART）B：50年代，DEMING（戴明）对“新”管理哲学的贡献C：70年代，TAGUCHI（田口玄一）引入质量工程D：90年代，世界市场的出现和6Sigma---ROBERTGALVIN请MIKELHARRY创建摩托罗拉的6Sigma的研究院，后在亚利桑那洲创建6Sigma学院3、衡量6Sigma的度量指标A：质量合格率（QUALITYYIELD）B：百万分之一PPMC：每百万中的缺陷DPMD：每百万机会中的缺陷DPMO4、6Sigma的团队：绿带（GreenBelts）、黑带（BlackBelts）、大黑带（MasterBlackBelts）、倡导者（CHAMPIONS）、执行官（EXECUTIVELEADER），团体从小到大各司其职。二、运用6Sigma解决问题的方法5个步骤DMAIC1、DEFINE（定义）-识别改进机会A：界定项目的范围B：筹集资源，为项目分配时间2、MEASURE（测量）-量过程的当前状态A：绘制过程图，特别注意影响质量的关键过程和不增加价值的时间B：制定收据收集计划/度量指标C：收集数据，评估当前状态（例如每百万中的缺陷）3、ANALYZE（分析）-找出造成缺陷的原因（长期和偶然问题）A：确定造成缺陷的原因B：找出影响关键输出的少数几个至关重要的过程输入标量C：优先使用简单工具，适当运用QC手法4、IMPROVE（提高）-开发和执行解决问题方案A：改变过程设置B：重新设计过程，减少缺陷5、CONTROL（控制）-实施控制，预防缺陷A：控制阶段目标，实施新机制或新过程，防止问题重现B：包括开发文档记录和实施控制计划DMAIC-----提供问题求解的框架一）在工作实践中，我们无时无刻不在进行试验，只不过是有时无意识罢了，通过试验我们可以达成下列目标：1、确定、验证和优化制造过程的主要影响变量及其影响；2、创造对物料和产品变化不敏感的制造过程；3、设计对使用环境不敏感（既受环境的影响小）的产品；4、降低总的设计周期；5、减少ECN(设计变更通知书)数量；6、改进与CTQ`S有关的产品品质、成本和性能指标；7、提高新设计产品的工艺性；8、制造过程列出问题及解决方案；9、减少对产品的检查和测试；一）在进行基础研究时，试验设计可用来：1、发现变量间的联系；2、明确技术要点；二）在进行产品设计时，试验设计可用来：1、做灵敏度分析；2、建立可靠性公差；3、确定部品特性；4、确定设计布局；5、使用较低等的材料和部品以降低成本；6、减少变异；7、改善新设计产品的性能；三）在进行制造过程（工艺）设计时，试验设计可用来：1、进行过程变量研究；2、变量的优化设置；3、建立可靠的公差；4、发现低成本的解决方案；5、减少过程变化；6、将过程均值逼近目标值；7、缩短制造周期；8、消除缺陷；9、提升产品可靠性；四）在过程改善时，试验设计可用来：1、解决问题；2、研究过程变量间的相互关系；3、进行过程能力研究；4、比较设备和方法的影响度；五）计量时，试验设计可用来：1、进行量具研究；2、确定主要误差；3、将测量误差降至最小；四、试验设计的一些相关概念：一）指标：在试验中用来衡量试验结果的量叫试验指标，在六西格玛系统中，试验指标是公司与客户共同关心的项目的（CTQ`S：关键影响因素）；二）因素又称因子，在试验中，影响试验考核指标的量称为因素。因素是我们前面说过的作用因素即自变量（X`S）；三）水平是试验中各因素的不同取值；四）通用符号：在试验表中，一般用“+”、“-”号或“1”、“2”、“3”等来表示因素的不同水平，当因素只有高低两个水平时，用“+”号代表高水平，“-”代表低水平（数值较低），当因素有3个以上水平时，用“1”、“2”、”3“来依次表示从低到高的水平，值得一提出来的是，在同一试验表中，只能出现同类符号，以“+”、“-”或“1、”2”、“3”而不可相混用；五）为了更加清楚的说明以上概念，举实例如下：例1：7571250成品尺寸变异不稳定遭客户投诉，公司决定成立西格玛项目组进行改善，经前期定义测量，分析阶段后，项目组确定成品尺寸变异是由于硅胶尺寸引起，他们得出以下试验表：ABC硫化时间油压温度机台压力1A1=160SB1=200℃1002A2=120SB2=250℃1503A3=80SB3=270℃200因素水平指标NO.DOE要素1输出变量(指标)2试验因素3水平因素A.硫化时间.水平80S,120S,160S.4交互作用:因素间相互影响的程度,有些试验中需要评估.5试验次数(RUNS)例子油压尺寸A.硫化时间;B.油压温度;C.机台压力.如:粘接温度X时间,粘接时间的最佳值依赖于粘接温度的设置.RUNSABCDY1-1-1-1-12-1-1+1+13-1+1-1+14——列表说明如下：在试验设计时，试验因素（输入变量）有两种：一种是在试验时我们可以以人为进行控制的，称为可控因素；一种是人为无法控制的称为噪声（随机）因素：一）可控因素是在试验过程中我们可以设置和保持其在一个希望的水平上的因素，有以下特征：1、改善团队可以确信（根据经验和以往数据）其对指标Y有重要影响；2、在试验过程中可以比较容易地进行人为改变：如：喷涂工艺中的油墨粘度、喷枪方向、喷枪距离等；二）噪声因素是试验过程中可使试验结果发生偏差，但我们无法对其进行控制的因素，或要控制它需付出高昂的代价，其特征如下：1、使试验结果偏离目标；2、无法或很难人为控制；如：人的思维、天气状况、季节变化、自然发展等。六、试验设计的类别：一）试验类别的选择依据：1、研究目标立即通过试验希望达到什么目的、解决什么问题；2、因素和水平数：我们调查、分析范围；3、每次试验成本；二）试验类别如下表：1、全因子试验（所有因素和水平的组合）1、寻找最有利于输出的因素水平；2、建立可评估所有交互影响的数学模型。4个因素以内2、部分因子试验（所有组合的一个子集）1、寻找最有利于输出的因素水平；2、建立可评估部分交互影响的数学模型。5个因素以上3、筛选试验从大量因素中发现少数关键因素（不评估因素间的交互作用）。7个因素以上4、冲心复合设计1、优化；2、建立非线性影响存在时的数学模型（常用响应表面法）。3个因素以上5、可靠设计1、优化；2、在存在噪声因素变化的场合发现输出最小变异时对应的因素水平。5个因素以上6、田口动态可靠设计。1、优化；2、优化产品或制造过程的函数；3、使输出对噪声因素敏感性最小，对输入因素敏感性最大。7个因素以上需要进行试验吗?确定试验目标开始Y选定自变量(因素)结束N因素数＞7吗试验精度要求高吗?N进行优化DOE进行因子DOE全因子/子因子Y进行筛选DOE观察实际影响目标达成吗?YNNYY三）试验方案（类别）的选择流程：如下图：由上表可以看出：1、通过确认历史数据或收集现场数据来确定目前的过程能力；2、确立试验目标；3、确立衡量试验输出结果的变量；4、确立影响输出结果的各类可控因素和噪声因素；5、确定每个因素的水平数和各水平的实际取值；6、选择试验用表、使其能适应所选择的因素和水平数需确定试验次数；7、验证测量系统；8、试验资源准备：包括人员、材料、设备、资金等建立测试计划；9、进行试验：确信每个试验单元均被对应于其试验条件做好标示；10、测量试验单元；11、分析数据标准是否影响因素；12、确认取得最好输出结果的因素水平的组合；13、在此优化组合的因素和水平值上进行重复试验以确认效果；14、通过标准作业程序固定优化以试验条件（因素和水平），并进行应有的控制；15、重新评估过程能力。关键特性如何测量规格是否用于DOEDOE试验计划表负责人:_____________部门/过程:_________________________;项目:_____________日期:_________________________;输出特性相关背景:__________________________________________________;DOE目标:__________________________________________________;一）目前水平目标水平如何固定其为常量在何种水平______过程可控因素表可控因素对输出的影响度试验时改变难易度是否依为试验因素如是试验因素　　△影响很小,很难改变.如非试验因素备注:◎有重大影响,容易改变;○有中等影响,相对容易改变;二）可靠性设计中心复和设计____过程噪声因素表噪声因素对输出的影响度试验时改变难易度是否依为试验因素策略如是试验因素如何固定其为常量,在何种水平上.试验水平设置　　△影响很小,很难改变.如非试验因素备注:◎有重大影响,容易改变;○有中等影响,相对容易改变;三）“实践是检验真理的唯一标准”这句名言，也许可以很好诠释“实验设计”。实验设计是在大量的事实基础之上，以事实说话。记住一种品管永恒不变的管理方式“以事实为基础的管理方式”。DOE试验案例说明案例一（结论确定型）型号:748H00483-00M.客户要求的CPK尺寸标准为：33.91±0.1mm(两个定位孔的距离).但最近出现多次尺寸变异偏长,因是客户要求的CPK重点尺寸,品管部决定试验重新验证现在的生产条件,并寻找最佳的机台条件。（机台吨位:200T).一：前期1、成立小组:张三、李四、王五、赵六附会议纪要).2：分析（鱼骨图分析）小组人员：张三、李四、王五、赵六。工序：油压。时间：2005、9、19。制作：张三。3：总结经过小组的分析，认为影响产品尺寸偏长的主要原因为：“油压硫化时间”，“油压机台压力”设置偏高。分析小组决定进行DOE试验确定最佳的机台参数。一）进行试验：1、试验目标：是确定不同生产条件对产品尺寸的影响及确定最佳条件组合;、2、测量指标：油压产品的尺寸；3、影响因素X`S：本试验已确定是考察不同生产条件(硫化时间,机台压力)对测量指标的影响，即影响因素为2个:硫化时间,机台压力；4、确定可能影响到输出指标的噪声因素；5、列出DOE试验计划表：①DOE试验计划表项目负责人：张三部门：品管部项目：改善油压条件对产品尺寸变异的影响.日期：2006.2.20DOE目标：确定产品生产的最佳的机台条件.相关背景：油压条件不稳尺寸变异偏大.需近快确定生产最佳条件.输出特性指标：关键特性如何测量是否用于DOE产品尺寸常温下2D测量是目前水平目标水平如何固定其为常量在何种水平机台压力◎是130kg/cm2尺寸最好时的水平硫化时间◎是150s尺寸最好时的水平模温◎否//模温表测量控制