DOE试验设计培训

Confidential1of63一、DOE概念二、DOE作用三、DOE步驟四、DOE術語五、DOE方法Confidential2of63一、DOE概念假设我们可以控制工序中的自变量（X1.X2…Xn）我们就可以找到改进响应变量(Y1.Y2…Yn)的设置试验设计(DesignOfExperiment)：主动控制影响因素的变化，并观察响应变量的变化并研究其中的影响。试验目的：是评估自变量对因变量的影响程度。Confidential3of63二、DOE作用找出关键变量关键变量取值找出非关键关键变量，放宽工差，用低价材料替代关键变量取值范围控制关键变量也就控制了过程Confidential4of63三、DOE術語响应變量Response:试验输出的结果因子Factor:试验过程中的不同输入变量如温度、时间、粘度等水平Level:试验中对因子的不同设定值如温度：10度、20度、30度干扰Noise:人不可控制的事物主要影响MainEffect:对单个因子而言,从一个水平到另一个水平的变化对输出的平均影响交互作用Interaction：两个因子合起来对总输出的影响将高于两个单独的因子造成的影响重复Replication：以随机次序重新做一次试验随机化Randomization：以一种无固定模式的次序做试验區組Blocking:将干扰最小化的方法Confidential5of63四、DOE步驟为何进行试验•确定起显著作用的因子X•确认分析阶段所假想的X•量化因子X对响应Y的影响•改进程序的系统方法为何检验多个X•多个改进机会•试验设计的效率•估计因子间交互作用考虑因素•试验的分辨率•样本数、功效和Power•重复和复制•划分区组•试验实施的随机性叙述试验目的确定响应变量研究影响因子定义X水平试验设计收集数据图形分析分析模型简化模型残差分析反应优化器验证试验分析种类效应：---正态检验图、Pareto图析因：---主要效果图、交互作用图、立方图---ANOVA、回归分析优化：---等值线图---反应优化器Confidential6of63五、DOE方法一次一因素試驗全阶乘因子试验（全因子试验）分数阶乘因子试验（部分实施因子试验）响应曲面设计分步试验思想正交試驗設計Confidential7of63五、DOE方法所谓一次一个因素法（OFAT），就是先固定一种组合，而其它因子保持固定，然后每次改变一个条件，将相邻的两次实验结果进行比较，以估计两个条件的效果差异。OFAT=OneFactorAtaTimeOFAT虽然简单，但对实验的效率造成影响：--可能进行了不必要的实验--找出原因因素的时间很长--不知道改变一个因素而其他因素也改变所带来的影响--不能发现或了解各因素的组合效果（交互作用）Confidential8of63五、DOE方法Factors32Level243812793216845432全阶乘试验的次数：Runs=XkX--水平；k--因子数Runs增加一个水平要大幅度增加实验次数！全阶乘实验的优势--包含所有主要结果的信息--包含所有交互作用的信息--量化Y=F（X）全阶乘实验的局限性--资源分配过多--时间过长一般因子数≤4时，才用全阶乘实验设计全阶乘因子试验（全因子试验）：指所有因子的所有水平的所有组合都至少进行一次试验：Confidential9of63五、DOE方法当因子水平超过2时：由于试验次数随因子个数呈指数增长.---通常只作2水平设计一般来讲：因子的高、低两水平+部分中心点之水平设置，相当大程度上可以代替3水平设计，但试验次数大幅度减少，故最常用。2k因子设计2--表示因子均为2水平；K—表示因子数量；试验所需的运行次数=2k全因子试验案例Confidential10of63五、DOE方法正交試驗法通過應用正交表，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。次数ABCDEFG结果123456711111111Y121112222Y231221122Y341222211Y452121212Y562122121Y672211221Y782212112Y8)72(8L正交表Confidential11of63Confidential12of638行表示不同因子水平的组合7列表示最多7个因子1、2表示各因子的两种水平每个因子出现机会均等任意2列间组合数字各出现2次，其搭配是均等的Confidential13of63Confidential14of63Confidential15of63Confidential16of63Confidential17of63Confidential18of63Confidential19of63Confidential20of63Confidential21of63Confidential22of63Confidential23of63Confidential24of63Confidential25of63Confidential26of63Confidential27of63Confidential28of63Confidential29of63Confidential30of63Confidential31of63Confidential32of63Confidential33of63Confidential34of63Confidential35of63Confidential36of63Confidential37of63Confidential38of63Confidential39of63Confidential40of63Confidential41of63Confidential42of63Confidential43of63Confidential44of63Confidential45of63Confidential46of63Confidential47of63Confidential48of63Confidential49of63Confidential50of63Confidential51of63Confidential52of63Confidential53of63Confidential54of63Confidential55of63烘烤时间（A）烘烤温度（B）目标：改进曲奇的口味和外观DOE设计及结果烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味AB63754110375506450471045035问题：那一个因子比较重要？如何设定重要的因子？全因子实验示例－曲奇饼DOEConfidential56of63全因子实验示例－曲奇饼DOEDOE结果分析实用性分析图形分析定量分析Confidential57of63全因子实验示例－曲奇饼DOE实用性分析烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味AB63754110375506450471045035Confidential58of63全因子实验示例－曲奇饼DOE图形分析烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味AB6(-)375(-)4110(+)375(-)506(-)450(+)4710(+)450(+)35Confidential59of63全因子实验示例－曲奇饼DOE定量分析开始分析之前，用（＋）、（－）号表示每一个水平烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味AB－－41＋－50－＋47＋＋35烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味AB63754110375506450471045035Confidential60of63全因子实验示例－曲奇饼DOE定量分析因子的影响＝高水平平均值－低水平平均值在本例中，A的主要影响＝＝42.5-44=-1.5B的主要影响＝＝41-45.5=-4.5Confidential61of63全因子实验示例－曲奇饼DOE交互作用－一个因子的影响取决于另一个因子的水平烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味ABAB6(-)375(-)＋4110(+)375(-)－506(-)450(+)－4710(+)450(+)＋35口味随着烘烤温度和时间的变化Confidential62of63全因子实验示例－曲奇饼DOE交互作用－交互作用的水平可由因子的水平值相乘得出烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味ABAB6(-)375(-)＋4110(+)375(-)－506(-)450(+)－4710(+)450(+)＋35AxB=AB1-x-=+2+x-=-3-x+=-4+x+=+交互作用的影响AB=(41+35)/2-(50+47)/2=-10.5Confidential63of63全因子实验示例－曲奇饼DOEDOE结果分析总结因子影响时间1.5温度4.5时间×温度10.5不敏感不敏感