质量工具分析方法之DOE培训ppt课件.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,试验设计,授课讲师：,制作日期：,更新日期：,第一节：实验设计的意义及其发展过程,第二节：正交试验、正交表及其用法,第三节：混合水平的正交试验设计,第四节：有交互作用的正交试验设计,正交试验,Design of Experiment,为什么要进行试验设计？,实验设计,（,DOE）,=让我们先看两个例子,这里有27个球，其中有且只有一个球质量为9克,其它26个都为10克给你一架天平，请找出重为9克的那个球请问，你至少要称几次？,例1:,这里有9框球(每框100个)，其中有且只有一框里的球质量全为9克,其它8框里的球都为10克给你一架天平，请找出里面的球重为9克的那个框请问，你至少要称几次？,例2:,Design of Experiment,为什么要进行试验设计？,实验设计,=我们要进行试验设计！,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。

在工程学领域是改进制造过程性能的非常重要的手段在开发新工序中亦有着广泛的应用在工序开发的早期应用实验设计方法能得出以下成果：,1.提高产量；,2.减少变异性，与额定值或目标值更为一致；,3.减少开发时间；,4.减少总成本；,第一节：实验设计的意义及其发展过程,试验设计,在,生产,/制造,过程,中的位置：,生產/制造過程,可控制因素,不可控制因素,資,源,產,品,统计技术在,生产,/,制造过程,中的应用是对,过程中输入,的变量,(,人,机,料,法,环,),进行有目的地优化,使输出的结果更加理想,.,实验设计,是其中较为有效的一种工程工具,.,通过试验进行优化设计,通過,试验,控制其不良,的,影响,程度,实验设计的发展过程:,试验设计,始于20世纪20年代，其发展过程大致可分为三个阶段：,1.早期的方差分析法:20世纪20年代由英国生物统计学 家、数学家费歇(,R.A.,Fisher)提出的，开始主要应用于农业、生物学、遗传学方面，取得了丰硕成果二战期间，英、美采用这种方法在工业生产中取得显著效果；,2.传统的正交试验设计法：以日本的田口玄一为代表；,3.信噪比试验设计与三阶段设计：1957年，田口玄一提出信噪比,设计设计、方差分析相结合，开辟了更为重要法和产品的三阶段设计法。

他把信噪比设计和正交表、更为广泛的应用领域第一节：进行实验设计的意义及其发展过程,为什么要进行正交试验:,在实际生产中，影响试验的因素往往是多方面的，我们要考察各因,素对试验影响的情况在多因素、多水平试验中，如果对每个因素,的每个水平都互相搭配进行全面试验，需要做的试验次数就会很多.,比如对3因素7水平的试验，如果3因素的各个水平都互相搭配进行,全面试验，就要做7,3,=343次试验，对6因素7水平，进行全面试,验要做7,6,=117649次试验这显然是不经济的我们应当在不影响试验效果的前提下，尽可能地减少试验次数正交设计就是解决这个问题的有效方法正交设计的主要工具是正交表第二节：正交试验、正交表及其用法,右,图,是一個比,较,典型,的正交表.,“,L,”,表示此,为,正交表,“,8,”,表示試驗次數,“,2,”,表示兩水平,“,7,”,表示試驗最多可,以有7個因素 (包括單,個因素及其交互作,用),.,第二节：正交试验、正交表及其用法,正交表:,正交表的表示方法:,一般的正交表记为,L,n,(,m,k,)，n是表的行数，也就是要安排的试验数;,k 是表中的列数，表示因素的个数；m 是各因素的水平数；,常见的正交表:,2水平的有,L,4,(2,3,),L,8,(2,7,),L,12,(2,11,),L,16,(2,15,)等；,3水平的有 L,9,(3,4,),L,27,(3,13,)等；,4水平的有 L,15,(4,5,);,5水平的有 L,25,(5,6,);,第二节：正交试验、正交表及其用法,正交表的两条重要性质:,1)每列中不同数字出现的次数是相等的，如,L,9,(3,4,)中，每列中不同的,数字是1，2，3，它们各出现3次；,第二节：正交试验、正交表及其用法,2)在任意两列中，将同一行的两个,数字看成一个有序数对，则每一数对出现的次数是相等的，如,L,9,(3,4,)中有序数对共有9个:(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3),它们各出现一次。

所以，用正交表来安排试验时，各,因素的各种水平的搭配是均衡的，,这是正交表的优点例1：(单指标的分析方法),某炼铁厂为提高铁水温度，需要通过试验选择最好的生产方案,经初步分析，主要有3个因素影响铁水温度，它们是焦比、风,压和底焦高度，每个因素都 考虑3个水平，具体情况见表问,对这3个因素的3个水平如何安排，才能获得最高的铁水温度?,第二节：正交试验、正交表及其用法,解：如果每个因素的每个水平都互相搭配着进行全面试验，必,须做试验3,3,=27次现在我们使用,L,9,(3,4,),正交表来安排试验第二节：正交试验、正交表及其用法,我们按选定的9个试验进行试验，并将每次试验测得的铁水温,度记录下来：,为了便于分析计算，我们把这些温度值和正交表列在一起组成,一个新表另外，由于铁水温度数值较大，我们把每一个铁水,温度的值都减去1350，得到9个较小的数，这样使计算简单第二节：正交试验、正交表及其用法,分析表,第二节：正交试验、正交表及其用法,解释：,K,1,这一行的3个数分别是因素,A,B,C,的第1水平所在的试验中对应的铁水温度之和;,K,2,这一行的3个数分别是因素,A,B,C,的第2水平所在的试验中对应的铁水温度之和;,K,3,这一行的3个数分别是因素,A,B,C,的第3水平所在的试验中对应的铁水温度之和;,k,1,k,2,k,3,这3行的3 个数，分别是,K,1,K,2,K,3,这3行中的3个数的平均值；,极差是同一列中，,k,1,k,2,k,3,3个数中的最大者减去最小者所得的差。

极差越大，说明这个因素的水平改变时对试验指标的影响越大极差最大的那一列，就是那个因素的水平改变时对试验指标的影响最大，那个因素就是我们要考虑的主要因素.,第二节：正交试验、正交表及其用法,通过分析可以得出：各因素对试验指标(铁水温度)的影响按大小次序应当是,C(,底焦高度),A(,焦比),B(,风压),;,最好的方案应当是,C2A3B2与此结果比较接近的是第9号试验,.,为了最终确定上面找出的试验方案是不是最好的，可以按这个方案再试验一次,并同第9号试验相比，取效果最佳的方案第二节：正交试验、正交表及其用法,例2：(多指标的分析方法-综合平衡法),为提高某产品质量，要对生产该产品的原料进行配方试验要检验3项指标：抗压强度、落下强度 和裂纹度，前2个指标越大越好，第3个指标越小越好根据以往的经验，配方中有3个重要因素：水分、粒度和碱度它们各有3个水平试进行试验分析，找出最好的配方方案第二节：正交试验、正交表及其用法,解：我们选用正交表,L,9,(3,4,),来安排试验第二节：正交试验、正交表及其用法,A,水分,B,粒度,C,碱度,k3,k3,k3,k3,k3,k3,k3,k3,k3,k1,k1,k1,k1,k1,k1,k1,k1,k1,k2,k2,k2,分析：,1)粒度,B,对抗压强度和落下强度来讲，极差都是最大的，说明它是影,响最大的因素，而且以取8为最好；对裂纹度来讲，粒度的极差不,是最大，不是影响最大的因素，而且也以取8为最好；,2)碱度,C,对三个指标的极差都不是最大的，是次要的因素。

对抗压,强度和裂纹度来讲，碱度取1.1最好；对落下强度，取1.3最好，但取,1.1也不是太差，综合考虑碱度取1.1；,3)水分,A,对裂纹度来讲是最大的因素，以取9为最好；但对抗压强度,和落下强度来讲，水分的极差都是最小的，是影响最小的因素综,合考虑水分取9；,最后较好的试验方案是,B,3,C,1,A,2,第二节：正交试验、正交表及其用法,例3：(多指标的分析方法-综合评分法),某厂生产一种化工产品，需要检验两下指标：核酸统一纯度和,回收率，这两个指标都是越大越好有影响的因素有4个，各,有3个水平试通过试验分析找出较好的方案,解：这是4因素3水平的试验，可以选用正交表,L,9,(3,4,)试验结,果如表第二节：正交试验、正交表及其用法,第二节：正交试验、正交表及其用法,总分=4,x,纯度+1,x,回收率,分析：,1)根据综合评分的结果，直观上第1号试验的分数最高，应进一步分,析它是不是最好的试验方案；,2)通过直观分析法可以得知，最好的试验方案是,A,1,B,3,C,2,D,1,A，D,两个因素的极差都很大，是对试验影响较大的两个因素；,3)分析出来的最好方案，在已经做过的9个试验中是没有的。

可以,按这个方案再试验一次，看能不能得出比第一号试验更好的结果，,从而确定出真正最好的试验方案；,综合评分法是将多指标的问题，通过加权计算总分的方法化成一个,指标的问题，使对结果的分析计算都比较方便、简单第二节：正交试验、正交表及其用法,利用正交表进行试验的步骤：,1)明确试验目的，确定要考核的试验指标；,2)根据试验目的，确定要考察的因素和各因素的水平；要通过,对实际问题的具体分析选出主要因素，略去次要因素；,3)选用合适的正交表，安排试验计划；,4)根据安排的计划进行试验，测定各试验指标；,5)对试验结果进行计算分析，得出合理的结论；,6)若最佳组合方案在试验中未出现，如果条件允许，应安排一次验证试验，进行确认第二节：正交试验、正交表及其用法,混合水平正交表及其用法:,混合水平正交表就是各因素的水平数不完全相等的正交表譬如：,L,8,(4,1,x 2,4,),就是一种混合水平的正交表第三节：混合水平的正交试验设计,例4：(直接利用混合水平正交表),某农科站进行品种试验，共有4个因素：,A(,品种)、,B(,氮肥量)、,C(,氮、磷、钾比例)、,D(,规格)因素,A,是4水平的，另外3个因素,是2水平的。

试验指标是产量，数值越大越好,第三节：混合水平的正交试验设计,解：分析结果见下表第三节：混合水平的正交试验设计,例5：(拟水平法),今有一试验，试验指标只有一个，它的数值越小越好，这个试,验有4个因素，其中因素,C,是2水平的，其余3个因素都是3水平,的，试安排试验解：我们从第1、第2两个水平中选一个水平让它重复一次作为,第3水平，这就叫虚拟水平一般应根据实际经验，选取一个,较好的水平第三节：混合水平的正交试验设计,分析结果见下表第三节：混合水平的正交试验设计,总结：,拟水平法是将水平少的因素归入水平数多的正交表中的一种处理问题的方法在没有合适的混合水平的正交表可用时，拟水平法是一种比较好的处理多因素混合水平试验的方法它不仅可以对一个因素虚拟水平，也可以对多个因素虚拟水平第三节：混合水平的正交试验设计,什么是交互作用：,在多因素试验中，各因素不仅各自独立地在起作用，而且各因素还经常联合起来起作用也就是说，不仅各个因素的水平改变时对试验指标有影响，而且各因素的联合搭配对试验指标也有影响这后一种影响就叫做因素的交互作用因素,A,和因素,B,的交互作用记为,A X B.,第四节：有交互作用的正交试验设计,单个,因子,的影,响,与其,交互作用,的影,响,比較,30,m,50,Kg,磷,25,m,50,K。