實驗設(shè)計什么是實驗設(shè)計

實驗設(shè)計什么是實驗設(shè)計第1頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四什么是試驗設(shè)計（DOE）第2頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第3頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第4頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第5頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第6頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第7頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第8頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第9頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四掉入溝槽!如何改進(jìn)我的比賽成績？第11頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四為何要使用DOE?改變一個過程的平均值。降低變異。改變平均值并且降低變異。x1x2第12頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四試驗設(shè)計(DOE)消除自變量對響應(yīng)變量的影響。過程XY第13頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四試驗設(shè)計試驗設(shè)計是優(yōu)化產(chǎn)品和過程設(shè)計、加速設(shè)計開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、改善從研發(fā)、設(shè)計到制造過程的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換和解決制造問題的強(qiáng)有力工具。如今，試驗設(shè)計被看作一個以總成本最低取得產(chǎn)品卓越性能的品質(zhì)技術(shù)。第14頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四咖啡例:

因子及其水平第15頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四主要影響:每個自變量本身對響應(yīng)變量的影響咖啡豆‘A’咖啡豆‘B’味道2.23.7主要影響第16頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四交互作用的概念味道交互作用溫度‘X’溫度‘Y’咖啡豆‘A’咖啡豆‘B’第17頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四為什么要“統(tǒng)計試驗設(shè)計”?統(tǒng)計試驗設(shè)計允許同時考慮所有懷疑會對品質(zhì)問題產(chǎn)生影響的可能因素，即使存在交互作用影響，也可對主要影響進(jìn)行評估。因為可在同時對大量變量進(jìn)行簡單和迅速的處理，統(tǒng)計試驗設(shè)計將在解決許多問題時發(fā)揮作用。第18頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四統(tǒng)計試驗設(shè)計雖然通過少數(shù)幾次實驗，試驗人員即可發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的因子，但較多次的試驗將產(chǎn)生更有價值的結(jié)果。試驗設(shè)計方法有很多成型的表格，這些表格可被快速、可靠和有效的利用。第19頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四環(huán)球汽車公司DOE:

（車徽無法粘上）第20頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四什么是實驗設(shè)計質(zhì)量損失與質(zhì)量改善1、質(zhì)量損失產(chǎn)品質(zhì)量特性（CTQ）為y，其目標(biāo)值為T，當(dāng)y不等于T時，則造成損失，y-T越大，損失越大。2、質(zhì)量損失函數(shù)產(chǎn)品的質(zhì)量損失函數(shù)表達(dá)式如下：

L（y）=K（y-T)2

其中：K為常數(shù)。質(zhì)量特性。

T為此特性的目標(biāo)值。

L為質(zhì)量損失。若有n件產(chǎn)品，其平均質(zhì)量損失可用下式表達(dá)：

L（y）=K[∑（yi-T)2]1ni=1n第21頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四從質(zhì)量損失函數(shù)可知：產(chǎn)品質(zhì)量特性（CTQ）波動所造成的質(zhì)量損失，與其偏離目標(biāo)的偏差平方成正比。即只要質(zhì)量特性不在目標(biāo)值上，就存在質(zhì)量損失，且偏離越遠(yuǎn)，損失越大。如下圖所示。L（y）質(zhì)量損失產(chǎn)品質(zhì)量特性分布＜3σ差3σ普通6σ良好LSLUSLT第22頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第23頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四第24頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四使CTQ值的分布范圍盡可能少（即使波動盡可能?。@樣才能使質(zhì)量損失低減，改進(jìn)的一種非常重要的工具就是試驗設(shè)計。試驗設(shè)計是對試驗方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計、以降低實驗誤差和生產(chǎn)費用，減少實驗工作量并對試驗結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析的一種科學(xué)方法。第25頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四試驗設(shè)計是一種研究與處理多因素試驗的科學(xué)方法

6西格瑪方法是研究作用因素（XS）與CTQ（Y）關(guān)鍵質(zhì)量之間的關(guān)系的方法論。制造過程設(shè)計過程輸入(XS)輸出(y)輸入(XS)輸出(y)制造過程設(shè)計過程第26頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四試驗設(shè)計方法允許在同一試驗中包含多個變量傳統(tǒng)的試驗分析方法是多次單因素試驗將影響輸出的眾多輸入變量在同一時間只允許有一個變量變化，其它相對固定，如下圖所示：

制造過程①變化②固定③固定④固定制造過程①固定②變化③固定④輸入變量(XS)輸出變量(y)輸入變量(XS)輸出變量(y)傳統(tǒng)試驗方法場合一，變量①變化，②、③、④不變。場合二，變量②變化，①、③、④不變。固定第27頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四同一時間一個因素(OFAT)策略O(shè)FAT策略是在一個時間內(nèi)將其它所有因素固定，只變動一個因素，其它時間第2個因素保持變動，其它所有因素都保持固定的試驗方法。OFAT方法所確定的優(yōu)化操作點常是不準(zhǔn)確的。第28頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四例一位工程師想確定兩個關(guān)鍵變量的參數(shù)值，以使過程合格率最大化。當(dāng)前的水平設(shè)置為溫度200°C，時間8hr.該工程師先將時間固定在8hr，將溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)以觀測過程變化。然后將溫度固定在試驗所得的最好水平上，對時間進(jìn)行調(diào)整進(jìn)行試驗。第29頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四例步驟1:第30頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四步驟2:例第31頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四響應(yīng)表面響應(yīng)表面是一種用圖形表示響應(yīng)變量和所選擇的因素之間相互關(guān)系的方法。在響應(yīng)表面方法論中將討論響應(yīng)表面方法。.第32頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四9085807570試驗最優(yōu)值實際最優(yōu)值第33頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四OFAT方法的局限性試驗最優(yōu)值不同于實際最優(yōu)值，因為OFAT方法未考慮因素之間的交互作用。.交互作用是一個因素對響應(yīng)變量的影響依賴于另一個因素的水平。解決方案可以在因子設(shè)計中找到。YX1,LoX1,HiInteractionExistsX2,LoX2,HiYX1,LoX1,HiNoInteractionX2,LoX2,Hi第34頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四上圖分析可得知傳統(tǒng)試驗方法明顯具有以下缺點。1、試驗周期長，浪費時間，這可能導(dǎo)致試驗成本大幅提高，并影響產(chǎn)品推向市場的時機(jī)。2、試驗方法粗糙，因為在試驗其中一個因素時，其它因素保持不變，這樣得出的結(jié)論可能和實際不符，這可能導(dǎo)致以高價賣給消費者低品質(zhì)的產(chǎn)品。與傳統(tǒng)方法不同，試驗設(shè)計允許在同一時間存在多個輸入變量的變化，下面是一張有7個輸入變量、每個變量有兩個取值（兩水平）的試驗設(shè)計表。（后須將詳細(xì)講解。）第35頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四從上表可知，如按傳統(tǒng)方法進(jìn)行試驗，需要的試驗次數(shù)為27=2×2×2×2×2×2×2=128次，按試驗設(shè)計方法只需8次即可達(dá)到同樣效果。其效率不言自明，讀者可能會問，將試驗次數(shù)由128次降至8次，這樣試驗到底是否會變差？試驗設(shè)計其實是一種在128次完全組合中抽取最具代表性的組合進(jìn)行試驗的方案，目前所用的試驗表均為統(tǒng)計專家在做大量分析、試驗的基礎(chǔ)上確定的。保證了較高的置信度，即試驗設(shè)計能以較少的試驗次數(shù)獲得較優(yōu)或最佳的結(jié)果。即以最有效最經(jīng)濟(jì)的手段獲取最有價值的結(jié)果。L8（27）第36頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四試驗設(shè)計的用途通過試驗我們可以達(dá)成以下目標(biāo)1、確定、驗證和優(yōu)化制造過程的主要影響變量及其影響。2、創(chuàng)造對物料和部品變化不敏感的制造過程。3、設(shè)計對使用環(huán)境不敏感（即受環(huán)境的影響小）的產(chǎn)品。4、降低總的設(shè)計周期。5、減少ECN（設(shè)計變更通知書）數(shù)量。6、改進(jìn)與CTQ有關(guān)的產(chǎn)品品質(zhì)、成本和性能指標(biāo)。7、提高新設(shè)計產(chǎn)品的工藝性。8、為制造過程列出問題及解決方案。9、減少對產(chǎn)品的檢查和測試。第37頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四試驗設(shè)計的作用1、在進(jìn)行基礎(chǔ)研究時，試驗設(shè)計可用來（1）發(fā)現(xiàn)變量間的聯(lián)系（2）明確技術(shù)要點2、在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計時，試驗設(shè)計可用來（1）做靈敏度分析（2）建立可靠公差（3）確定部品特性（4）確定設(shè)計布局（5）使用較低等級的材料和部品（6）減少變異（7）改善新設(shè)計產(chǎn)品的性能第38頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四3、在進(jìn)行制造過程（工藝）設(shè)計時，試驗設(shè)計可用來（1）進(jìn)行過程變量研究（2）變量的優(yōu)化設(shè)置（3）建立可靠的公差（4）發(fā)現(xiàn)低成本的解決方案（5）減少過程變化（6）將過程均值逼近目標(biāo)值（7）縮短制造周期（8）削除缺陷（9）提升產(chǎn)品可靠性第39頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四4、在過程改善時，試驗設(shè)計可用來（1）解決問題（2）確定過程變量間的相互關(guān)系（3）進(jìn)行過程能力研究（4）比較設(shè)備和方法的影響度5、計量時，試驗設(shè)計可用來（1）進(jìn)行量具研究（2）確定主要誤差（3）將測量誤差降至最小第40頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四試驗設(shè)計方法與有名的“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的著名論斷不謀而合

6西格瑪系統(tǒng)講究“用事實和數(shù)據(jù)說話?！蓖?jīng)過大量推理、統(tǒng)計分析的結(jié)論其價值根本無法和試驗設(shè)計得出的結(jié)論相齊并論，因為后者是建立在事實基礎(chǔ)上的。所以試驗設(shè)計在設(shè)計、改善等各階段、領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用價值。但由于種種原因，目前，試驗設(shè)計在我國企業(yè)組織中的應(yīng)用還非常有限，由此造成的損失就無法估量，如果我國有一半企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計、制造中應(yīng)用試驗設(shè)計方法，所節(jié)約的資金將數(shù)以千億計。第41頁，共43頁，2023年，2月20日，星期四試驗設(shè)計在6西格瑪系統(tǒng)中的應(yīng)用從上圖可以看出，6西格瑪方法認(rèn)為在工作成果中，最易得到的是憑直覺判斷