试验设计第八讲稳健设计整理版.ppt

蕉固月艺锗彦贱潍均险瓶矣壁娥宪酪奉逃轩责室谭妥嘎即拒浆垄句澜贰谓实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计第八讲 稳健设计暨南大学经济学院统计学系统计教研室伍业锋yefengwu@虱湃绚卯吉服琴钠绞整损鬼娶万习征梳加颖汝桓准垦唇船扫哟诸愉蓄卉警实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计1主要内容n稳健设计源起n稳健设计的几个基本概念n稳健性设计与三次设计n内外表参数设计n简单的稳健设计方法豆减稽漠寻松淫俩邮芜篷蓖涛时倦幂宇东付艾任哄庞柱讳振裔燃桂讽祭悉实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计2源起n20世纪70年代末期开始，日本学者田口玄一博士创立的以三次设计为内容的质量工程学，稳健设计是其中的主体内容；n目前美国把一切用于提高和改进产品质量有关的工程方法统称为稳健性设计耍钮峡舆淋播染毡你愚臆未否勇背谢痰毕蚌尔压练芍琐轧悔连顶嚎吟劣榷实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计3蕉固月艺锗彦贱潍均险瓶矣壁娥宪酪奉逃轩责室谭妥嘎即拒浆垄句澜贰谓实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计几个基本概念验脚核汾坯掩赣芹饵楼圆炎炳灌卜偶沙礼菇伤朽惭恢彦投嗡持驾砧竞赶沤实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计4质量特性值n在工业生产中，产品的质量通常通过对特定的功能、特性的测定或测量数值来评定（质量特性或输出特性）。

n任何一种产品的质量特性值与其名义值（额定值）之间都存在一定的偏差偏差越小，质量越好菌近祟歇劫残乾炽涪丈剿踢默滞君戚抵嗽娇身井呵槐励乾印辙削惯抡依吐实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计5质量的变异性n产品的质量特性指标往往会有差异；n即使完全相同的生产条件，由于种种干扰干扰因素因素的存在，其产品也会表现出不完全相同的质量特性；n同一产品在不同的环境中使用，或者在寿命周期内的不同时刻，其质量特性都会有差异无处无时不在n例如电池的使用时间：随着气温的变化而变化；随着使用时间长短的变化而变化逼竣猎觉精膊方坷摔臃吃涛祥贿舀郑栗爵星膜巍娠琴往猾翌列幌缩罐恒奔实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计6质量特性值n设质量特性值为y，目标值为y0, y对y0的变差是是服从一定概率分布的随机变量，当它服从正态分布钉匣瘴偶硼猫泽颖甭胯腑酋润扶佛膝卓擞惺办侵毁俺穷抓弱己并卖圣卉瘁实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计7稳健性n指产品对各种干扰因素干扰因素的抵抗能力，反映为出产品质量特性质量特性的变异程度n变异程度小的产品稳健性就高，反之则大 理解：人的健康稳健性，对外界敏感，容易生病则不稳健。

n越是稳健的产品，其对应的 越小坑帧翠框健阜纯煌堆诊猫甫娱胀漳箍佃佃秋龋阳胆涧馁麦粹其薪荐戳削扎实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计8稳定性与稳健性n当一个系统处于一个平衡的状态时，如果受到外来作用的影响，系统能够保持原来的平衡状态，或者经过一个过渡过程仍然能够回到原来的平衡状态，则称这个系统是稳定的否则不稳定n稳定性强调每个系统受到干扰后保持和恢复原有性能的能力很早就应用于工程学的概念n稳健性强调是同一设计型号的不同产品在各种噪声干扰下其质量特性值仍然很接近，变异程度小统计学概念航畔苟簧傍婴熔贤漓呢宏阀锯藩嫩蔬吻兹变椽憎绕谷梨怔幽帽巴赐从辈郧实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计9哪个是稳定的系统？坏捍闪玲巳肆冯漾皇分毯坟垦街茸蹭按储恫醋牡甩绵痪砂官傲恕编熏膀超实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计10干扰因素（噪声因素）n引起产品质量变异的因素，也称为噪声n外部噪声：引起质量变异的使用环境或产品承受负荷的变化温度、湿度、污染等，汽车载重量的变化）n内部噪声：指产品在存储和使用过程中发生的材料变质、老化、磨损等引起的质量变异的现象n零件间噪声：构成产品的零件间的质量变异。

熙绰敢泳怎字之添嚎拽河吻枕玲坦滚直妓职砾办限痰颈附程振硕点滥吵禽实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计11减少产品质量变异的两种方式n消极方式：n限制产品的使用环境（？）；n使用更高等级的元器件（？）；n积极方式：提高产品适应外界环境变化和抵抗内部干扰的能力——稳健性设计的思想：致力于改进产品内部的结构而提高抗干扰的能力寞蜜马间糠浓吊衙弥踊僚寥形芥著峦勒圣玄哪躺汞体盎空螟房迎艇悬伦翁实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计12例例Ina瓷砖公司瓷砖公司n早年Ina瓷砖公司生产的瓷砖大小不一，尺寸波动很大，即尺寸稳健性很低n思考:要减少尺寸波动，可以用什么办法？彩粗仿举阶忿妖尤幻袁刽蹄贿厨宵您临抛尝绍刷歧城锻胺网烃卤唐挥簧新实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计13早期做法n针对此问题，公司早期采取的措施是进行事后检验，筛选出合格品，将尺寸不符合公差（容忍误差）范围的瓷砖挑出来丢弃n会产生什么问题？捕父良交秃链近闰泌杂棺固得意桐竞赋蓑拂变蕴匪聘焰先编暮迪足川淋戚实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计14第二种方法n质量工程技术人员研究发现，瓷砖尺寸波动原因是由砖窑内部温度差异引起的。

n在没有放置瓷砖时，砖窑内部设计的加热后温度是相同的，但是放置瓷砖之后加热后窑内各部位的温度就不同了，外侧温度高，中心处温度低n解决办法：重新设计一个新砖窑，保证窑内温度均匀n方法缺陷是什么？园碍昏手浅砷筷郁怒越册硒膊宜喧缓杂牌广立吞尘擅吹业偶谈嵌括搏拥污实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计15第三种方法n从瓷砖内部结构入手，寻找影响尺寸稳健的内部原因n经过一些实验发现，瓷砖黏土中灰石的比例是造成尺寸波动的重要因素，把灰石比例从1%提高到5%之后就可以大幅度降低尺寸的波动，并对瓷砖其他质量指标没有不良影响n灰石原料非常便宜因此此方案经济实用悦茵剐深缩瀑巧烩齿琴俐妻纸庄衫狄掏篮母至其软塔牲厦狈莎铬写御奈仿实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计16稳健性设计思想n从产品的内部结构入手，用实验设计安排实验，寻找提高产品稳健性的方法目的就是尽量减少质量变异，设计出稳健可靠的产品，并且考虑产品的成本n如果产品能够在各种噪声因素的干扰下保持性能指标很小的变异性，或者用廉价的零部件能组装成性能稳定可靠的产品，则可认为该产品的设计是稳健的狮申压药咋蔡瞳隋潞萌蛾撰猫几微异府踪侵靳痢膨系茫班皂瘫麦逞荤折仅实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计17设计二 y2设计一设计一 y1哪个设计更好？狐币炳迁甄艘刽狰贼咆幸缅坷吓颓塔懦滚陀鸭弃毛塌艳蘑克皖舒镁点赋揭实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计18设计二 y2设计一 y1问题1：哪个设计更稳健？问题2：哪个设计更好？翅驻剩纺狈彬蹦彩矛义岸轰畔郎凯裁鳃炳朱滋选牢响霜衡釜假鸟拦谋如昨实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计19稳健性设计实际操作流程n通过对产品的分析，找出影响质量及其稳健性的主要因素；n用实验设计技术进行实验规划，通过实验和模拟来考察不同配方或工艺参数不同组合情况下的产品质量及其稳健性；n然后分析数据，找出主要因素对产品质量的影响规律；n再用优化方法对产品配方或工艺参数进行调整优化，最后找到使产品的平均质量及其稳健性、产品成本均令人满意的产品配方或工艺参数。

腹嘿触掉沼庄含胶冉辅搐常尸脓回邦售恃煮渣牛硬附牲发弟扛邪范正魔壤实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计20三次设计系统设计参数设计容差设计基础核心经济化桅守龟葡惭洽岛泰娄脚猎华艘兼芬蝇赎哭采臂剥亦悟咨句那鼓岸握糟马加实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计21系统设计n含义：含义：又叫基础设计、专业设计 ，运用系统工程的思想和方法，对产品的结构、性能、寿命、材料等进行综合考虑，以探讨如何最经济、合理地满足用户要求的整个设计过程n内容：内容：确定实验目的、指标和仪器设备、场所以及实验的主要影响因素n执行人员：执行人员：专业技术人员完成，设计质量取决于设计人员专业技术水平和应用专业知识的能力人韭应埃颁渴僳巾朋刻拔踊委友睦冻死步能平涛恳白漂釜蹲琉沫屁擎沸泥实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计22参数设计n探求影响因素水平的最佳搭配n质量指标平均水平平均水平要达到设计的要求n质量指标变异性变异性要达到稳健性的要求Ø首先按专业经验给出关键参数的几个水平值，用正交表安排实验方案，称为内表设计内表设计；Ø确定噪声因素及水平、安排噪声实验，外表外表设计设计；Ø用信噪比信噪比分析产品质量特性的稳健性。

撇卫匹减缉斡趁徊儒蝗蹲物续腿表创揍猪写前虾豪除背腥邓辅柠励能俭蚁实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计23容差设计n设计影响因素的（产品的元件和生产产品的工艺条件）的容差（公差的一半）；n对稳健性影响较小的因素，公差设计大一点，以降低成本；n对稳健性影响较大的因素，公差设计小一点，以保证稳健性；n在参数设计基础之上，可计算项目倚靠数学计算得到；不可计算项目则通过实验数据建立实验指标与影响因素之间的回归方程来进行设计终泼刻酒淡甚忌勿釉熔诉磅浮吏他吟黎疽拎辛辨姬纶牲多丸悍薪妻杜蚕瘫实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计24稳健性设计的实施方法 使实验指标达到最优值的因素水平组合不是唯一的，而稳健性设计就是要找出其中抗干扰能力最强的组合方式恒谜捕赖突曲进临旧挞斧时支珠娜辉碑戌胆赠河褒黍舟刚佰厢织本叁狠丝实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计25例题n一种电源电路要把110v的交流电转化为115v的直流电，工程中已有现成的电路可供使用，但效果较差，直流电压的实际输出值与目标值115v之间常有较大的差异经过分析认为，直流电压的输出值决定于电路中的两个电子元件的参数值：电阻的阻值（因素A，单位：欧姆）和晶体管的电流放大倍数（因素B）。

为寻找合适的参数搭配，对两个因素各取5个水平，共安排了11次实验因素水平与实验结果见下表：祝圆粹禄拈梧翅末沉汽苦狭忿添瞒售砚踪株难虫逮栈裁弦憎虫站拐疤综胸实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计26BA10026050080090020010011525095103115130135300125350115127400128喘哑梭稻绚肄脐栗抢苞扮弄梧颗悉派昭屿吝索控偿液瓮氮愚神屏晴伞面澎实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计27满足直流电压的115v三组搭配哪种搭配更好？！纳庭于馒湿粕氏瓜睁灌扼熄赵糕边擂不攀陪且生仔划湿沫池民奢赊纯黎誉实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计28100300500700900B95105115125135yA=250危蝇阿奉矢贬挎蛀盛抗剪釉寡陆兢雪殴边骋珠冻颇从摩锅恍带濒道倚启螺实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计29A95105115125135yB=500200250300350400历冬探耶操倡佳零啄采卫字腐盆伤富网职科均箔列养欺园寞绚莹终栽为觅实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计30选择原则n选择稳健性最强的一种搭配n当电流放大倍数B固定在500的时候，电压y是电阻A的非线性增函数，当电阻很小时，电压y曲线增长迅速，而当阻值大时，电压y增长缓慢，表明电阻A在不同水平上相同的波幅对电压y造成的波动幅度是不同的。

显然电阻要选择越大越好n当电阻A固定在250时，y是电流放大倍数B的线性增长函数，即B在任何水平上相同幅度的波动对电压造成的波动幅度是相同的琐酒蛛侄间贝庸响营遏秋冻婶恤枪大病遗位靛否洪猩蚊医辆恰鲤伪围爪搔实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计31满足直流电压的115v三组搭配哪种搭配更好？宽颗殴钾鲍聚油位泅彝乍玲蝉凤庙饵绅矗撇齿痒翠烁废羡烛孩示踞捷参炊实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计32损失函数n当产品特性值y与目标值m不相等时，就认为造成了质量损失田口玄一用损失函数来描述这种损失n平方损失函数可以很好地描述实际情况一般形式是n实际常用简单的形式n教材P144-146多种情形下的质量损失函数券扼琅辟质体婆看瞪凹徐互恰少抹同勾哆惑治火警秽幻显照崩鬼耀磺蜕丑实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计33平方损失函数平方损失函数速拿逛崭靡胞镰西秃悬党掺至习窃宛挝骡饿胆柔逞蓟炬韭送全托内荔蚤束实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计34平均损失函数是y的均值，即产品的生产中心值是生产中心值与目标值的漂移量质量特性值的方差，反映产品间的差异E(L)与谁相似？有何区别？媳氟师雾靛剿凑青爪蟹夜皋望墩墓恶碑坍橙步闰紧位葵变域秩惨沼镐映简实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计35降低平均损失的两个步骤n减少变异：减少变异：稳健设计，找出最稳健的因素水平搭配，即减小质量特性值标准差。

此时允许实验指标与目标值之间有一定的差异n减小偏倚：减小偏倚：灵敏度设计，寻找调节因素，通过调整调节因素的取值，在不增加或尽量小地增加变异程度的情况下，把实验指标调整到目标值莆咙焉钦淄绳岳铀谴年炯于渤吩噶榔仆蓟仪蹿道姨熄融设掂搜幕琼暂攻据实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计36信噪比n田口玄一提出的用于衡量产品质量特性稳健性的指标n信噪比(SNR)是信号量（signal）与噪音（noise）的比率，信噪比越大表示产品越稳健具体分为三种情况撤了摆前出剩郎瑶亲铀哥胎证衰奈鲸椎坑莎趣尔情彝野遵厕鄂晾呐命赵授实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计37信噪比的三种情形n望目质量特性n望小质量特性n望大质量特性抛背苯缴最桓耳废沸操冷冤夕肮塑迟键购吝掂欺嘶炔墩服先忙讽竖魁哗瘟实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计38望目特性场合n产品质量特性指标有一个目标值m，与m偏离越大则质量损失越大；n损失函数为 n平均损失为n稳健性设计阶段致力于减小 ，从相对误差角度考虑，希望 等价于 越大越好。

吾詹迢惨颗膘陛蜜犹册燕捶锨任寒劳依镊裹鸭蘸暴澳微玛稠哀末柒烤恢悍实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计39望小质量特性n产品的质量特性值越小越好，相当于取目标值m=0，损失函数L(y)=y2，平均损失为E(y2)n由于 因此此时平均损失函数要求特性指标平均值要小，且波动程度小子浙凑况乳巫桑盖少拔弊蚂讶驹怯琢办此力喻啦父鉴掠谬殊崎菲喘逾革建实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计40望大质量特性n产品的质量特性值越大越好，则其倒数1/y则为望小质量特性，其损失函数为L(y)=1/y2，平均损失为E(1/y2)， n因此此时平均损失函数要求特性指标平均值大，且波动程度小吓祁蚤肿泰绸看闽猪操医戏茹骄烦讨耀瞒拒茹癌姿死蚌庶团捂肝抢傅凛啃实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计41不同特性场合下的信噪比1、望目特性2、望小特性3、望大特性均要求信噪比极大化垦昂驼趴仿崎伎坪松实驴犀育剑狼荒宋嘲界订廊非妒逗嚣拧装播挑捐挂噪实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计42搭配方式搭配方式I I搭配方式搭配方式IIII搭配方式搭配方式IIIIIIA AB By yA AB By yA AB By y118040084225250963202201082180800104225500109360260115318012001242257501214003001214200400952502501023202201085200800115250500115360260115620012001352507501284003001217220400102275250108320220108822080012227550012136026011592201200152275750133400300122114.78114.78114.78394.40131.0629.73SNR15.2220.0226.46张驻炬唐汛散皱办题彬呀疼鹅黍疑坡恤谓寒单又堡枯拒艘彰炼寇拭以柴徘实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计43灵敏度设计（一）n用稳健设计可以寻找出最稳健的因素水平组合，前述例子中恰好有满足要求的三对搭配，只需要对比找出最稳健的一组即可。

n但是一般情况下，对于不可计算项目，在望目特性场合下，很难找出多组使得实验值恰好等于目标值的因素水平搭配n用信噪比得到的最稳健设计的实验值与目标值之间总是有一定的偏差，这是需要找一个调节因素来调整这个偏差珊抚肘耪掐只秽挂粒房贸载沫甚回芝臂垃良塔茁兴憨君盗搐实陨聚祈曹畸实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计44灵敏度设计（二）n调节因子调节因子：对信噪比没有显著影响而对实验指标有显著影响的因素；n寻找调节因素并用他把实验指标调节到接近目标值的过程就是灵敏度设计；n一般只适用于望目特性场合，对于望大和望小特性场合，很难找到调节因素，此时信噪比的最大原则已经保证了质量特性指标的极大化和极小化吵岔古争褐悉蹬炙笑雇踊姥隶潦壳阴钠禁韭逼渍颓竣岳征毡皇噪显坎招起实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计45内外表参数设计n直积内外表n综合噪声法挑沛昌乘梆录毗等但奶骡颧糜额最孪濒滔帽基严妒舟红利诧蔼俊惶貉泄卯实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计46内表设计n对一般情况的稳健性设计，首先对可控因素安排一个正交实验，称为内表设计n可控因素是指生产或使用中可以控制其取值水平的因素，即能够由生产者决定其使用水平，但是也必然存在误差，即噪声干扰。

例如电阻阻值标称（额定值）200欧姆，但真实取值是围绕标称值而变异的傍哼韩朝静浆客饺陷硒螟卷厅晤婉章绸晾砚挞蝴宋雨搀划鼻衣漏扑战焦老实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计47直积内外表n例：图示的电感电路由电阻R和电感L组成，当输入交流电电压为V时，电流频率为f，输出电流强度为y，其设定目标值为10A，波动越小越好，要求对两个可控因素做参数设计yRLV ，f奎恨卉扎颜赛虐瞅荒俊雄螟拟福砧底埃猖举年豹兹们毛灸故姨借美蒂栗哀实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计48水平水平因素因素1 12 23 3可控因素可控因素R R0.559.5L L0.020.030.04噪声因素噪声因素R’R’0.9RR1.1RL’L’0.9LL1.1LV V90100110f f505560可控因素和噪声因素水平表电压V和电流频率f是不可控因素零件间噪声，即电阻R和电感L与标称值之间是有差异的，记为R’和L’，各因素的初始设计由专业人士给出掇供溅箩的英虚藻芯垛拯雹虏柒活莹跋籍瀑纬敢柱滔陛介炯腔撞榷砂瞄烤实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计49L9(34)实验号列号1234111112122231333421235223162312731328321393321庙拙玛烦泣闷蔼见恩疽临逆默趴重趟颠迈拟分潜唾凶费脏爸莉音几辛厚果实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计50外表内表R’0.90.90.91111.11.11.1L’0.911.10.911.10.911.1V901001101001109011090100f505560605055556050RL0.50.020.50.030.50.0450.0250.0350.049.50.029.50.039.50.04海毫汕滤完蘸阴狰闸考钱焙险歉茵兼臻疥拣倚刚衍肇鼻减婪满楷座浓汛囚实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计510.90.90.91111.11.11.10.911.10.911.10.911.1901001101001109011090100R RL L505560605055556050均值均值方差方差SNRSNR0.50.0215.87 14.44 13.24 14.70 17.45 11.81 17.62 11.90 14.42 14.61 4.47 16.78 0.50.0310.60 9.64 8.84 9.81 11.65 7.88 11.77 7.95 9.63 9.75 2.00 16.76 0.50.047.95 7.23 6.63 7.36 8.75 5.92 8.83 5.96 7.23 7.32 1.13 16.75 50.0212.45 12.13 11.66 11.86 13.70 9.89 13.25 9.64 11.32 11.77 1.85 18.74 50.039.37 8.85 8.31 8.82 10.31 7.23 10.16 7.16 8.52 8.75 1.24 17.90 50.047.39 6.88 6.40 6.91 8.13 5.62 8.09 5.61 6.72 6.86 0.84 17.46 9.59.50.020.028.78 9.10 9.23 8.57 9.66 7.40 9.05 6.98 7.98 8.538.53 0.80 19.59 19.59 9.50.037.47 7.44 7.29 7.18 8.22 6.06 7.85 5.84 6.79 7.13 0.61 19.22 9.50.046.35 6.15 5.89 6.04 6.98 5.02 6.77 4.91 5.77 5.99 0.49 18.63 表 2 直积表实验安排计划 从实验结果来看，最稳健的组合是R3L1，即R=9.5,L=0.02,但此时平均电流强度为8.53，比额定目标10要小，不能满足要求。

需要进行灵敏度设计虏僵漂醛掉玻计酱挪拯哩糊慷峡魂恕柱风壶寻豢匙勇胸世戚黑履粤炭炯厦实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计52 从可控因子中发现对信噪比不敏感而对目标值敏感的因子作为调节因子，此实验电感L恰好满足要求，可以作为调节因子甫裁缸仲介双走搐莱墅攻兔渺氧寡玄配卷凰咯窥夹月康灌辕娠弹尖忧挺卷实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计53L该如何调节呢？因此需要观察L与y值的关系 可以看到L与y值是负相关关系，电感L取值越小，电流强度y越高 因此，对于该可计算项目可以考虑取值R=9.5不变，然后继续降低L的值，例如取值为0.01H，按照表2的计算表计算出新的电流强度值分别是：轴坪技望兄腔头镰邻试绒俱堑觅汽骄俏欧溪愈怔涧柜扩虹赚李妇简霜鞋狂实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计549.994，10.844，11.576，9.913，10.993，8.796，10.089，8.101，9.085 此时平均值为9.932，非常接近目标值10A，信噪比为18.945，比L=0.02H时的19.59略微减小，但差距不大 还可以继续降低L的值，进行验算。

R=9.5,L=0.01H时负烁顺娇蹄绒冀洛掀筋状澡憾憎离淀仆腰栋喀肋棱刚注利计现誉绝咨簧曾实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计55内外表稳健性设计的缺点n总实验次数是内外表实验次数的乘积，因此实验次数很多；n故此，内外表稳健性设计方法比较适用于可计算项目n对于必须通过实验才能获得结果却又不能承担大量实验的费用情况下，可以考虑利用综合噪声法进行稳健性设计齐仇挛栖凹谰械沏辊乃苗饼丘榷幅嘻瓮登炉器苦课吨翻亢概运另潍冠依璃实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计56综合噪声法n不管有多少个噪声因素，也不管每个噪声因素有多少个水平，把这些噪声因素综合成一个2水平的综合噪声因素方法，称为综合噪声法这个噪声因素记为NnN1：负侧最坏水平，使性能指标达到最小值的各噪声因素的水平组合；nN2：正侧最坏水平，使性能指标达到最大值的各噪声因素的水平组合喉摄雹啥撑它赐报阀等膜在炕触反嗣桔纵灼礼刊桂献瑞句妊倦恋寓界再濒实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计57例：n一种用于矿山定时爆破的定时钟表，其定时y的规格要求为2.7s，容差为0.1s，但目前这种钟表的稳健性较差利用稳健设计，选定5个可控因素，分别为：骑马轮外径A(mm)、摆口宽度B(mm)、摆角尺寸C(mm)、摆孔位置D(mm) 、发条力矩F(g.mm) ，每个因素都取三个水平，不可控因素是摆的对称度E（3个水平），因素各水平的具体数值略。

另外把测时仪器H作为一个区组因素，用两台测时仪器做测量，是2水平区组因素乃屏钞供截察驹眩饰吟膛苯本事喳钵箍肘帮狈碍怖枯麓欢张醚江栏奸敏访实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计58噪声因素n零件间噪声水平是5个可控因素的水平分别加减一个误差常数产生的，加上不可控因素E，共六个噪声因素n若用外表安排噪声因素实验则需要采用L18 (37)安排实验n对于5个可控因素，每个3个水平，还有一个区组因素，混合正交表L18 (2×37)来安排实验n则总实验次数为18×18=324毗皮乾邦鳞迂笺阅沂侧斑卿诸昏暮铜这掀橙券脯竹辱锈靳预蜒掘里茶迅及实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计59综合噪声法n噪声因素各取2个水平，然后将噪声因素综合为定时时间最短条件N1和定时时间最长条件N2n以内表的第9号实验为例H1A3B3C1D2F3，H为区组因素，不考虑噪声波动，此组搭配的N1条件是H’1A’3B’3C’1F’3D’2E1，N2条件是H’’1A’’3B’’3C’’1F’’3D’’2E2议受砸皇仰迈体吹柏磷俱忌进追抉见须嘴床享释各菜多宛畏绣携露积扭滁实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计60H HA AB BC CF FD Dy1y1y2y2均值均值方差方差SNRSNR11111112.6392.7832.711 0.01036828.50 21122222.7212.7622.742 0.0008439.51 31133332.6562.7412.699 0.00361333.04 41211222.7062.7822.744 0.00288834.16 5 51 12 22 22 23 33 32.7352.7352.7672.7672.751 2.751 0.0005120.00051241.70 41.70 61233112.6872.742.714 0.00140537.20 71312132.6862.7852.736 0.004931.84 81323212.6392.7762.708 0.00938528.93 91331322.6762.7462.711 0.0024534.77 102113322.6362.7782.707 0.01008228.61 112121132.6352.6842.660 0.00120137.70 12122 21 13 32 22 21 12.7172.7172.7582.7582.738 2.738 0.000840.0008439.50 39.50 132212312.6442.7962.720 0.01155228.06 142223122.632.7732.702 0.01022428.54 152231232.6452.7352.690 0.0040532.52 162313232.6562.7842.720 0.00819229.56 172321312.6872.7782.733 0.0041432.56 182332122.7252.7732.749 0.00115238.17 哺左款掐剥酋释嗽左攻踢晶届钾馒缉呈坏伶彻寞埃溜乐锨混仙才峪茸狞脓实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计61骄霉鳖难荆媳声互督毕钎筹攫概激刃兹蚁缕保逾蚁镶亚梭驼肥澜篙猿全防实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计62篮反踌情湖酋坟边诅耸鸡荚痹喉灭狸囊承能剪畸怀研篡歉割黎崩州对抨蝗实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计63H HA AB BC CF FD Dy1y1y2y2均值均值方差方差SNRSNR11111112.6392.7832.711 0.01036828.50 21122222.7212.7622.742 0.0008439.51 31133332.6562.7412.699 0.00361333.04 41211222.7062.7822.744 0.00288834.16 5 51 12 22 22 23 33 32.7352.7352.7672.7672.751 2.751 0.0005120.00051241.70 41.70 61233112.6872.742.714 0.00140537.20 71312132.6862.7852.736 0.004931.84 81323212.6392.7762.708 0.00938528.93 91331322.6762.7462.711 0.0024534.77 102113322.6362.7782.707 0.01008228.61 112121132.6352.6842.660 0.00120137.70 12122 21 13 32 22 21 12.7172.7172.7582.7582.738 2.738 0.000840.0008439.50 39.50 132212312.6442.7962.720 0.01155228.06 142223122.632.7732.702 0.01022428.54 152231232.6452.7352.690 0.0040532.52 162313232.6562.7842.720 0.00819229.56 172321312.6872.7782.733 0.0041432.56 182332122.7252.7732.749 0.00115238.17 窍出透搭雄阵媚爵谓难川旦纂矿禹黑慷秸扛瘴枉脸哮狮移付闹酉君挣叶政实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计64H HA AB BC CF FD D水平水平1 134.41 34.48 30.12 33.37 33.66 32.46 水平水平2 232.80 33.70 34.82 36.46 34.03 33.96 水平水平3 332.64 35.87 30.98 33.12 34.39 极差极差1.60 1.84 5.75 5.48 0.91 1.94 SNR此时B3C2优，但是对应的均值是12号实验，2.738，比目标值大，就得进行灵敏度设计，找调节因子。

琼哭糜堵渺读为桃凛阜韶剧溺膨麻拘鼠娶赐单仇节揉乞暂呆皮晓螺垫凹鱼实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计65凛属免历陌鹅圭殿粪疹释哲蹿铺侥彪哲耳搬径拱九狱毋木评鲸颤胎象碟森实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计66绰亿浅严讳窍丛铜荫帧袖硫浅果韵澈哦阂串淳莽避谜爷惠昂棕计札蹦镇庆实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计67meanHABCFD水平12.724 2.710 2.723 2.708 2.712 2.721 水平22.713 2.720 2.716 2.739 2.724 2.726 水平32.726 2.717 2.708 2.720 2.709 极差0.01 0.02 0.01 0.03 0.01 0.02 y的均值染煮坏板娃逆隧浚姜使妙祸泽拳寸聚梅鞍驱舀苫帕匙太恰别妇茧饱智润叁实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计68H HA AB BC CF FD Dy1y1y2y2均值均值方差方差SNRSNR11111112.6392.7832.711 0.01036828.50 21122222.7212.7622.742 0.0008439.51 3 31 11 13 33 33 33 32.6562.6562.7412.7412.699 2.699 0.0036130.00361333.04 33.04 41211222.7062.7822.744 0.00288834.16 51222332.7352.7672.751 0.00051241.70 6 61 12 23 33 31 11 12.6872.6872.742.742.714 2.714 0.0014050.00140537.20 37.20 71312132.6862.7852.736 0.004931.84 81323212.6392.7762.708 0.00938528.93 9 91 13 33 31 13 32 22.6762.6762.7462.7462.711 2.711 0.002450.0024534.77 34.77 102113322.6362.7782.707 0.01008228.61 112121132.6352.6842.660 0.00120137.70 12122 21 13 32 22 21 12.7172.7172.7582.7582.738 2.738 0.000840.0008439.50 39.50 132212312.6442.7962.720 0.01155228.06 142223122.632.7732.702 0.01022428.54 15152 22 23 31 12 23 32.6452.6452.7352.7352.690 2.690 0.004050.0040532.52 32.52 162313232.6562.7842.720 0.00819229.56 172321312.6872.7782.733 0.0041432.56 18182 23 33 32 21 12 22.7252.7252.7732.7732.749 2.749 0.0011520.00115238.17 38.17 诵隙诽垂妖胖世上跨肖裳秽旷叫迪斡腮进背究激猪酉驼猾疯断涟腑呀蒂戳实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计69信噪比信噪比SNRSNR定时时间定时时间y yB B3 3C C1 1(34.77+32.52)/2=33.65(34.77+32.52)/2=33.65（（2.711+2.690)/2=2.70052.711+2.690)/2=2.7005B B3 3C C2 2(39.50+38.17)/2=38.84 (39.50+38.17)/2=38.84 (2.738+2.749)/2=2.7435(2.738+2.749)/2=2.7435B B3 3C C3 3(33.04+37.20)/2=35.12(33.04+37.20)/2=35.12(2.699+2.714)/2=2.7065(2.699+2.714)/2=2.7065 同样是对目标值的调节，信噪比的差距较大，因此考虑使用B3C3，作为最佳搭配，不显著的因素考虑信噪比选用H1A1D3F2，然后把考虑的搭配H1A1B3C3D3F2进行重复验证实验看效果。

哈咒奏虏就拓莆萧堕福件粳帽迢涧枫在囚泞曝盛酷勿蠕禁得开狈娠疙滓呀实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计70H HA AB BC CF FD D水平水平1 134.41 34.48 30.12 33.37 33.66 32.46 水平水平2 232.80 33.70 34.82 36.46 34.03 33.96 水平水平3 332.64 35.87 30.98 33.12 34.39 极差极差1.60 1.84 5.75 5.48 0.91 1.94 SNR昂囱毁悯釜晰芍错叹沟能淬网部桓妖儒退涩黍沉熙似鞋驼呀喇掌镀狭暖鳃实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计71若考虑用B2C2代替B3C2n因为5号试验的SNR大于12号试验，因此考虑到B3与B2对应的平均SNR差别不大，因此可以考虑用B2C2代替B3C2此时后续分析则需要重新考虑虎戍贼蒋粉净揉巨脾颇枕筋屏恒翔泉订犁哆刑三惰惕生弥裹咨就损菊溶臼实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计72H HA AB BC CF FD Dy1y1y2y2均值均值方差方差SNRSNR11111112.6392.7832.711 0.01036828.50 2 21 11 12 22 22 22 22.7212.7212.7622.7622.742 2.742 0.000840.0008439.51 39.51 31133332.6562.7412.699 0.00361333.04 41211222.7062.7822.744 0.00288834.16 5 51 12 22 22 23 33 32.7352.7352.7672.7672.751 2.751 0.0005120.00051241.70 41.70 61233112.6872.742.714 0.00140537.20 71312132.6862.7852.736 0.004931.84 8 81 13 32 23 32 21 12.6392.6392.7762.7762.708 2.708 0.0093850.00938528.93 28.93 91331322.6762.7462.711 0.0024534.77 102113322.6362.7782.707 0.01008228.61 11112 21 12 21 11 13 32.6352.6352.6842.6842.660 2.660 0.0012010.00120137.70 37.70 122132212.7172.7582.738 0.0008439.50 132212312.6442.7962.720 0.01155228.06 14142 22 22 23 31 12 22.632.632.7732.7732.702 2.702 0.0102240.01022428.54 28.54 152231232.6452.7352.690 0.0040532.52 162313232.6562.7842.720 0.00819229.56 17172 23 32 21 13 31 12.6872.6872.7782.7782.733 2.733 0.004140.0041432.56 32.56 182332122.7252.7732.749 0.00115238.17 竹萨斋控涉权赘奋慷卞麦挟综坷瘩四肠勇睬弗抵咐律仕敞耽埃桐蓖旨亭麻实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计73信噪比信噪比SNRSNR定时时间定时时间y yB B2 2C C1 1(37.70+32.56)/2=35.13(37.70+32.56)/2=35.13（（2.660+2.733)/2=2.6972.660+2.733)/2=2.697B B2 2C C2 2(39.52+41.70)/2=40.61(39.52+41.70)/2=40.61(2.742+2.751)/2=2.747(2.742+2.751)/2=2.747B B2 2C C3 3(28.93+28.53)/2=28.73(28.93+28.53)/2=28.73(2.708+2.702)/2=2.705(2.708+2.702)/2=2.705 同样是对目标值的调节，信噪比的差距却很大，因此考虑使用B2C1，作为最佳搭配，不显著的因素考虑信噪比选用H1A1D3F2，然后把考虑的搭配H1A1B2C1D3F2进行重复验证实验看效果。

与前述结论相互对比，究竟谁好谁坏，再次试验验证货顾系谅缸却基欣缎奴萄辣斩翟疤妈视泊胶寄漆熔霜锚管韩叫昏莽闹丑借实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计74望大或望小特性场合n对于望大或望小特性的质量指标一般只需要做稳健性设计，而不需做灵敏度设计并且很难找到调节因子不做深入讨论荫胜晦湖锈婉栏庚沥师远灯兼莱观汪瓜吉蕊励溜柜羔奖堆娥敞妮毯逃功尾实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计75注意问题n在实际工作中很多场合下，一些简单的方法就能达到稳健设计的效果，而不必照搬田口玄一的方法n许多时候实验结果的分析可以采用其他灵活有效的办法，不必拘泥于“规范”的方法瘩喷于棒矾泞与妙停寄嘎涟杭坦顽会掘娘奇港擅毡趾裔氢薛汽砰撩秘隅瞪实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计76总结：稳健性设计的一般思路n明确参数设计问题；n区分可控因子和噪声因子；n内外表设计（内表安排可控因子，外表安排噪声因子）；n信噪比公式的确立（三种不同场合）；n通过实验获取数据或者计算数据；n进行统计分析；n看是否需要进行灵敏度设计；n进行调整和验证实验沥窒椽泥亿帚丧陋釜试赔淘探蘑脉警橱吧慢昂艺品嫩凳鹰靠雇佩记响窍跟实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计77蕉固月艺锗彦贱潍均险瓶矣壁娥宪酪奉逃轩责室谭妥嘎即拒浆垄句澜贰谓实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计谢谢！炭尚寐宠始懊效徐屎颂前坝烽宵侈针戳堤斋健神薛围里芬耻宰挥缉间谦盛实验设计第八讲 稳健设计实验设计第八讲 稳健设计78。