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DOE内部培训教材内部培训教材2022/7/25DOE内部培训教材什么是实验？实验本身代表什么？-用科学的方法及数据来验证实验的因子对结果 产生的影响.实验的目的？筛选 优化 （望大，望小)稳健设计(望目,通常使用田口设计)DOE内部培训教材什么是设计？概念设计-设计人应以产品应有的功能为基础，研究分析多项设计人应以产品应有的功能为基础，研究分析多项不同的产品结构不同的产品结构 及工艺，然后从中选出及工艺，然后从中选出一项认为最适当者一项认为最适当者参数设计设计人必须决定各项控制因素的最佳决策，务使不致设计人必须决定各项控制因素的最佳决策，务使不致影响制造成本或影响制造成本或 保持品质损失于最小保持品质损失于最小容差设计 降低因性能变异而产生的品质损失和增加制造成本降低因性能变异而产生的品质损失和增加制造成本两者之间的妥善两者之间的妥善 衡量什么是设计过程？设计输入设计输入-设计评审设计评审-设计验证设计验证-设计输出设计输出-设计修改设计修改什么是实验设计？实验实验-设计设计-过程过程 =Design of ExperimentsDesign of Experiments(DOE(DOE）DOE内部培训教材DOE 基础DOEDOE的意义的意义DOEDOE的定义的定义基本术语基本术语直交表直交表DOE内部培训教材为什么需要实验设计同样在生产同规格的产品，为什么有些厂商的良品率就是比较高。

同样是在生产同类型的产品，为什么有些人的产品性能以及寿命就是比较好，而成本又比较低呢？相同原料相同制程为什么良品率不一样？相同产品相同功能更便宜的原料为什么可以做出低成本高质量的产品？DOE内部培训教材实验设计的意义实验设计的意义:应用数理统计学的基本知识，讨论如何合理地安排试验、取应用数理统计学的基本知识，讨论如何合理地安排试验、取得数据，然后进行综合科学分析，从而尽快获得最优组合方得数据，然后进行综合科学分析，从而尽快获得最优组合方案在工序开发应用实验设计方法能得出以下成果：在工序开发应用实验设计方法能得出以下成果：1.1.提高产量；提高产量；2.2.减少变异性，与额定值或目标值更为一致；减少变异性，与额定值或目标值更为一致；3.3.减少开发时间；减少开发时间；4.4.减少总成本；减少总成本；实验设计的意义1DOE内部培训教材Y=f(x)实验 定义 试验是一个或一系列有目的有目的地改变流程或系统的输入变量输入变量以观察识别输出应变量输出应变量随之改变的实验那些自变量X显著的影响着Y?这些自变量X取什么值时将会使Y达到最佳值?7DOE内部培训教材DOE阶段一阶段一:筛选试验筛选试验阶段二阶段二:优化试验优化试验确定出关键x最佳取值寻找到所有可能影响y的关键x利用SPC 控制这些关键的X实验设计的意义实验设计的意义2DOE内部培训教材输入可控制的因子(输入变量)输出不可控制的因子(杂音变量)(输出变量)Process实验设计的意义实验设计的意义DOE内部培训教材实实验验设设计计是是对对实实验验方方案案进进行行最最优优设设计计，以以降降低低实实验验误误差差和和生生产产费费用用，减减少少实实验验工工作作量量，并并对对实实验验结结果果进行科学分析的一种进行科学分析的一种方法方法。

广义）（广义）当当需需要要探探寻寻或或验验证证产产品品质质量量或或工工艺艺或或资资源源利利用用是是否否为为 最最 佳佳 状状 态态 时时，实实 验验 设设 计计（Design Design of of ExperimentsExperiments）是最科学、最经济的方法狭义）是最科学、最经济的方法狭义）DOE的定义DOE内部培训教材1)1)在研发新产品时在研发新产品时,验证原材料物料之间验证原材料物料之间,作业方作业方 法结合之间，产生最佳的搭配而实现实本最低的法结合之间，产生最佳的搭配而实现实本最低的 方案方案.2)2)改善问题：改善问题：当发现问题，使问题进一步凸显而找到问题影响当发现问题，使问题进一步凸显而找到问题影响 的最关键因子的最关键因子DOE使用的两种时机DOE内部培训教材1)1)随机化随机化2)2)区组化区组化3)3)重复性重复性DOE使用的3个原则DOE内部培训教材品质特性的种类品质特性可分为二类品质特性可分为二类计量特性：能以连续尺度量测计量特性：能以连续尺度量测计数特性：不能以连续尺度量测，但能按不连续分级计数特性：不能以连续尺度量测，但能按不连续分级尺度分类常依主观而判定，如好、更好、最好。

尺度分类常依主观而判定，如好、更好、最好DOE内部培训教材过程参数设计优化选择最佳的参数组合使产品对杂音最不敏感；选择最佳的参数组合使产品对杂音最不敏感；应用直交表进行原因检测和平均值的处理；应用直交表进行原因检测和平均值的处理；应用直交表使变异最小；应用直交表使变异最小；最低成本最低成本田口是运用最多的好方法DOE内部培训教材计量特性的种类望目：望目：此特性具有一特定的目标值此特性具有一特定的目标值(愈近目标值愈好愈近目标值愈好)，例如尺寸、换档压力、间隙、粘度等例如尺寸、换档压力、间隙、粘度等望小：望小：目标的极端值是目标的极端值是(值愈小愈好值愈小愈好)，例如磨耗、收，例如磨耗、收缩、劣化、杂音水准等缩、劣化、杂音水准等望大：望大：目标值为无限大目标值为无限大(值愈大愈好值愈大愈好)，例如强度、寿，例如强度、寿命、燃料效率等命、燃料效率等DOE内部培训教材基本术语响应我们假定过程的结果当中，我们假定过程的结果当中，y1y1，y2y2，y3y3是我们关心是我们关心的输出变量，这些我们常常称之为的输出变量，这些我们常常称之为响应（响应（responseresponse）过程x1x2x3u1u2y1y2y3DOE内部培训教材基本术语可控因子我们将影响响应的那些变量称为实验问题中的因子。

我们将影响响应的那些变量称为实验问题中的因子其中其中x1,x2,x3x1,x2,x3是人们在实验中可以控制的因子，我是人们在实验中可以控制的因子，我们称为们称为可控因子（可控因子（controlled factorcontrolled factor）过程x1x2x3u1u2y1y2y3可控因子是输入变量，是影响过程最终结果的可控因子是输入变量，是影响过程最终结果的DOE内部培训教材基本术语不可控因子在影响过程和结果的因子中除了控制因子还包括在影响过程和结果的因子中除了控制因子还包括一些非可控因子（一些非可控因子（uncontrolled factoruncontrolled factor）：）：u1,u2u1,u2,他们通常包括他们通常包括环境环境、操作员操作员、材料批材料批次等次等，对于这些变量我们通常很难把它们控制在对于这些变量我们通常很难把它们控制在某个精确值上某个精确值上过程x1x2x3u1u2y1y2y3这些经常被叫做杂音DOE内部培训教材基本术语主效应举一个简单的例子在农田实验中，考虑两个因子，举一个简单的例子在农田实验中，考虑两个因子，每个因子都设置了两个水平：每个因子都设置了两个水平：A A因子：浇水因子：浇水 水少水少 水多水多B B因子：施肥因子：施肥 肥少肥少 肥多肥多实验结果如下（响应是产量（实验结果如下（响应是产量（kgkg）：）：B/A水少水多肥少100120肥多130170DOE内部培训教材基本术语主效应由于由于A A处于低水平（水少）时，得到的产量平均值为处于低水平（水少）时，得到的产量平均值为（100+130100+130）/2=115kg/2=115kg；由于由于A A处于高水平（水多）时，得到的产量平均值是处于高水平（水多）时，得到的产量平均值是（120+170120+170）/2=145kg/2=145kg，分析：产量从分析：产量从115kg115kg提高到提高到145kg145kg完全是因子完全是因子A A的的作用（因为分析过程中没有考虑因子作用（因为分析过程中没有考虑因子B B），这时），这时我们称因子我们称因子A A的主效应为：的主效应为：145-115=30kg请问因子B的主效应是？呢DOE内部培训教材基本术语水平和处理为了研究因子对响应的影响，需要用到因子的两为了研究因子对响应的影响，需要用到因子的两个或者更多不同的取值，这些取值称为个或者更多不同的取值，这些取值称为因子的水因子的水平（平（levellevel）。

各因子选定了各自的水平之后，其组合被称为一各因子选定了各自的水平之后，其组合被称为一个处理（个处理（treatmenttreatment）或者）或者一次实验（一次实验（trailtrail）70度90度温度温度level1level2DOE内部培训教材基本术语交互作用在前面的资料中我们发现：在前面的资料中我们发现：当因子当因子B B处于低水平的时候（肥少），因子处于低水平的时候（肥少），因子A A从低水平变到从低水平变到高水平是从高水平是从100100到到120120，增加，增加20kg 20kg；当因子当因子B B处于高水平的时候（肥多），因子处于高水平的时候（肥多），因子A A从低水平变到从低水平变到高水平是从高水平是从130130到到170170，增加，增加40kg 40kg；分析：显然同样分析：显然同样a a因子的变动在不同的因子的变动在不同的b b状态下，变化量状态下，变化量不同，所以因子不同，所以因子a a和因子和因子b b之间存在交互作用之间存在交互作用交互作用的定义：如果交互作用的定义：如果A的效应依赖于因的效应依赖于因子子B所处的水平，则称所处的水平，则称A和和B之间有交互之间有交互作用。

作用DOE内部培训教材基本术语交互作用交互作用图示交互作用图示A低高产量100170150130120110B肥多肥少DOE内部培训教材正交表(Orthogonal Array)正交表特点：正交表特点：每一列都是自我平衡，即每一列中各水准出现的每一列都是自我平衡，即每一列中各水准出现的频率相同频率相同每两列间都是互相平衡每两列间都是互相平衡 ，即在某一列中出现某水，即在某一列中出现某水准的所有实验组，在另一列中出现各水准的频率准的所有实验组，在另一列中出现各水准的频率相同正交表正交表(直交表直交表)直交表用于实验计划，它允许每一个因素的效果可以直交表用于实验计划，它允许每一个因素的效果可以在数学上独立予以评估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可以得到相当好的结果DOE内部培训教材正交表(直交性)在实验计划中最主要的一个特性，便是在实验计划中最主要的一个特性，便是实验结果的再实验结果的再现性现性；另外，当我们希望能在各种相异的条件，以最另外，当我们希望能在各种相异的条件，以最有效的方式有效的方式比较因素水准比较因素水准时，都只有在直交性实验计时，都只有在直交性实验计划方法中才能达到划方法中才能达到利用直交表进行实验，在实验结果的可靠度及高再现利用直交表进行实验，在实验结果的可靠度及高再现性上，都具有高效益。

不管制程条件如何变化，在不性上，都具有高效益不管制程条件如何变化，在不同条件下，获得好的再现性之效果是相同的同条件下，获得好的再现性之效果是相同的DOE内部培训教材DOE 知识第一章、第一章、实验方法实验方法 田口式实验计划法田口式实验计划法的经典案例的经典案例第二章、利用正交表进行实验设计第二章、利用正交表进行实验设计 第三章、实验数据分析第三章、实验数据分析 第四章、参数设计第四章、参数设计 DOE内部培训教材第一章 实验方法DOE内部培训教材DOEDOEDOEDOE运用的经典案例：瓷砖工厂的实验运用的经典案例：瓷砖工厂的实验运用的经典案例：瓷砖工厂的实验运用的经典案例：瓷砖工厂的实验 在1953年，日本一个中等规模的瓷砖制造公司，花了200万元，从西德买来一座新的隧道，窑本身有80公尺长，窑内有一部搬运平台车，。