《DOE基礎(chǔ)培訓(xùn)教材》課件

試驗(yàn)設(shè)計(jì)

DesignOfExperiment

編制:陳豐林確認(rèn):張偉核準(zhǔn):吳少杰日期:2009/07/20可整理ppt課程目錄DOE的意義DOE的定義DOE對(duì)象分類(lèi)基本術(shù)語(yǔ)直交表DOE望大特性實(shí)例2可整理ppt為什么要做DOE？1.這里有9個(gè)球，其中有且只有一個(gè)球質(zhì)量為9克,其它8個(gè)都為10克。給你一架天平，請(qǐng)找出重為9克的那個(gè)球。請(qǐng)問(wèn)，你至少要稱(chēng)幾次?3可整理ppt輸入

可控制的因子

(輸入變量)輸出不可控制的因子

(雜音變量)(輸出變量)Process資產(chǎn)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義4可整理ppt實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義:

應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本知識(shí)，討論如何合理地安排試驗(yàn)、取得數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行綜合科學(xué)分析，從而盡快獲得最優(yōu)組合方案。在工序開(kāi)發(fā)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法能得出以下成果：1.提高產(chǎn)量；2.減少變異性，與額定值或目標(biāo)值更為一致；3.減少開(kāi)發(fā)時(shí)間；4.減少總成本；實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義15可整理pptDOE階段一:篩選試驗(yàn)階段二:優(yōu)化試驗(yàn)確定出關(guān)鍵x最佳取值尋找到所有可能影響y的關(guān)鍵x利用SPC控制這些關(guān)鍵的X實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的意義26可整理ppt實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行最優(yōu)設(shè)計(jì)，以降低實(shí)驗(yàn)誤差和生產(chǎn)費(fèi)用，減少實(shí)驗(yàn)工作量，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析的一種方法。（廣義）當(dāng)需要探尋或驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量或工藝或資源利用是否為最佳狀態(tài)時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DesignofExperiments）是最科學(xué)、最經(jīng)濟(jì)的方法。（狹義）DOE的定義7可整理pptDOE的分類(lèi)全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)(FullFactorialDesign)部分因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)(FractionFactorialDesign)響應(yīng)曲面方法（ResponseSurfaceMethodology）田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)（RobustParameterDesign）混料設(shè)計(jì)（MixtureDesign）調(diào)優(yōu)運(yùn)算(EvolutionaryOperation)8可整理ppt品質(zhì)特性的種類(lèi)品質(zhì)特性可分為二類(lèi)計(jì)量特性：能以連續(xù)尺度量測(cè)。計(jì)數(shù)特性：不能以連續(xù)尺度量測(cè)，但能按不連續(xù)分級(jí)尺度分類(lèi)。常依主觀而判定，如好、更好、最好。9可整理ppt過(guò)程參數(shù)設(shè)計(jì)優(yōu)化選擇最佳的參數(shù)組合使產(chǎn)品對(duì)雜音最不敏感；應(yīng)用直交表進(jìn)行原因檢測(cè)和平均值的處理；應(yīng)用直交表使變異最小；最低成本田口是運(yùn)用最多的好方法10可整理ppt計(jì)量特性的種類(lèi)望目：此特性具有一特定的目標(biāo)值(愈近目標(biāo)值愈好)，例如尺寸、換檔壓力、間隙、粘度等。望?。耗繕?biāo)的極端值是(值愈小愈好)，例如磨耗、收縮、劣化、雜音水準(zhǔn)等望大：目標(biāo)值為無(wú)限大(值愈大愈好)，例如強(qiáng)度、壽命、燃料效率等。11可整理ppt計(jì)量特性的種類(lèi)全因子實(shí)驗(yàn)法這種實(shí)驗(yàn)方法，所有可能的組合都必須加以深究。但相當(dāng)耗費(fèi)時(shí)間、金錢(qián)，例如7因子，2水準(zhǔn)共須做128次實(shí)驗(yàn)。13因子，3水準(zhǔn)就必須做了1,594,323次實(shí)驗(yàn)，如果每個(gè)實(shí)驗(yàn)花3分鐘，每天8小時(shí)，一年250個(gè)工作天，共須做40年的時(shí)間。12可整理ppt基本術(shù)語(yǔ)——響應(yīng)我們假定過(guò)程的結(jié)果當(dāng)中，y1，y2，y3……是我們關(guān)心的輸出變量，這些我們常常稱(chēng)之為響應(yīng)（response）過(guò)程x1x2x3u1u2y1y2y313可整理ppt基本術(shù)語(yǔ)——可控因子我們將影響響應(yīng)的那些變量稱(chēng)為實(shí)驗(yàn)問(wèn)題中的因子。其中x1,x2,x3是人們?cè)趯?shí)驗(yàn)中可以控制的因子，我們稱(chēng)為可控因子（controlledfactor）過(guò)程x1x2x3u1u2y1y2y3可控因子是輸入變量，是影響過(guò)程最終結(jié)果的14可整理ppt基本術(shù)語(yǔ)——不可控因子在影響過(guò)程和結(jié)果的因子中除了控制因子還包括一些非可控因子（uncontrolledfactor）：u1,u2……,他們通常包括環(huán)境、操作員、材料批次等，對(duì)于這些變量我們通常很難把它們控制在某個(gè)精確值上。過(guò)程x1x2x3u1u2y1y2y3這些經(jīng)常被叫做雜音15可整理ppt舉生活中與工作中的例子來(lái)說(shuō)明煤氣做菜？？輸入，輸出？因子？？可控因子？？噪音？？電池片反面焊接？？輸入，輸出？因子？？可控因子？？噪音？？16可整理ppt基本術(shù)語(yǔ)——水平和處理為了研究因子對(duì)響應(yīng)的影響，需要用到因子的兩個(gè)或者更多不同的取值，這些取值稱(chēng)為因子的水平（level）。各因子選定了各自的水平之后，其組合被稱(chēng)為一個(gè)處理（treatment）或者一次實(shí)驗(yàn)（trail）70度90度溫度level1level217可整理ppt基本術(shù)語(yǔ)——主效應(yīng)舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子在農(nóng)田實(shí)驗(yàn)中，考慮兩個(gè)因子，每個(gè)因子都設(shè)置了兩個(gè)水平：A因子：澆水水少

水多B因子：施肥肥少

肥多實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下（響應(yīng)是產(chǎn)量（kg））：B/A水少水多肥少100120肥多13017018可整理ppt基本術(shù)語(yǔ)——主效應(yīng)由于A處于低水平（水少）時(shí)，得到的產(chǎn)量平均值為（100+130）/2=115kg；由于A處于高水平（水多）時(shí)，得到的產(chǎn)量平均值是（120+170）/2=145kg，分析：產(chǎn)量從115kg提高到145kg完全是因子A的作用（因?yàn)榉治鲞^(guò)程中沒(méi)有考慮因子B），這時(shí)我們稱(chēng)因子A的主效應(yīng)為：145-115=30kg請(qǐng)問(wèn)因子B的主效應(yīng)是？呢19可整理ppt基本術(shù)語(yǔ)——交互作用在前面的資料中我們發(fā)現(xiàn)：當(dāng)因子B處于低水平的時(shí)候（肥少），因子A從低水平變到高水平是從100到120，增加20kg

；當(dāng)因子B處于高水平的時(shí)候（肥多），因子A從低水平變到高水平是從130到170，增加40kg；分析：顯然同樣a因子的變動(dòng)在不同的b狀態(tài)下，變化量不同，所以因子a和因子b之間存在交互作用。交互作用的定義：如果A的效應(yīng)依賴(lài)于因子B所處的水平，則稱(chēng)A和B之間有交互作用。20可整理ppt基本術(shù)語(yǔ)——交互作用交互作用圖示A低高產(chǎn)量100170150130120110B肥多肥少21可整理ppt正交表(OrthogonalArray)正交表特點(diǎn)：每一列都是自我平衡，即每一列中各水準(zhǔn)出現(xiàn)的頻率相同。每?jī)闪虚g都是互相平衡，即在某一列中出現(xiàn)某水準(zhǔn)的所有實(shí)驗(yàn)組，在另一列中出現(xiàn)各水準(zhǔn)的頻率相同。正交表(直交表)直交表用于實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，它允許每一個(gè)因素的效果可以在數(shù)學(xué)上獨(dú)立予以評(píng)估。可以有效降低實(shí)驗(yàn)次數(shù)，進(jìn)而節(jié)省時(shí)間、金錢(qián)而且又可以得到相當(dāng)好的結(jié)果。22可整理ppt正交表(直交性)在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中最主要的一個(gè)特性，便是實(shí)驗(yàn)結(jié)果的再現(xiàn)性；另外，當(dāng)我們希望能在各種相異的條件，以最有效的方式比較因素水準(zhǔn)時(shí)，都只有在直交性實(shí)驗(yàn)計(jì)畫(huà)方法中才能達(dá)到利用直交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠度及高再現(xiàn)性上，都具有高效益。不管制程條件如何變化，在不同條件下，獲得好的再現(xiàn)性之效果是相同的。假如我們的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃均為直交，則我們?cè)陧憫?yīng)表中比較A1和A2時(shí)，我們將可確定A1中B效果與A2中的B效果應(yīng)為相同，且當(dāng)因素以直交方式變動(dòng)時(shí)，其它的效應(yīng)將不會(huì)混合于各因素的水準(zhǔn)內(nèi)。23可整理ppt次數(shù)ABABCACBCABC結(jié)果123456711111111Y121112222Y231221122Y341222211Y452121212Y562122121Y672211221Y782212112Y8三因子兩水平的全因子實(shí)驗(yàn)24可整理ppt實(shí)驗(yàn)編號(hào)ABC結(jié)果1111Y12112Y23121Y34122Y4實(shí)驗(yàn)編號(hào)ABC結(jié)果1111Y12122Y23212Y34221Y4假設(shè)實(shí)驗(yàn)執(zhí)行所需花費(fèi)的成本相當(dāng)高，在此情況下不管任何理由，我們希望只做四次實(shí)驗(yàn)，以代替全因素實(shí)驗(yàn)。請(qǐng)問(wèn)下列二表，你會(huì)選擇那一項(xiàng)直交表L423的由來(lái)25可整理ppt直交表L423的由來(lái)實(shí)驗(yàn)編號(hào)ABC111121223212422126可整理ppt直交表L827的由來(lái)次數(shù)ABCDEFG1234567111111112111222231221122412222115212121262122121722112218221211227可整理ppt其它常用的直交表L423L827L16215L32231L64263……L934L27313L81340……L18(21×37)……28可整理ppt直交表的數(shù)據(jù)分析─田口分析1、決定每個(gè)因素的平均響應(yīng)值。2、估計(jì)每個(gè)因素及交互作用之主效果。接著比較各主效果，找出較強(qiáng)之主效果。3、完成響應(yīng)表和交互作用圖只需點(diǎn)繪較強(qiáng)之主效與交互作用，因?yàn)檩^弱效果的因素水準(zhǔn)，對(duì)推動(dòng)力的影響極微，可以忽略不計(jì)。4、最佳化及最佳條件的估計(jì)5、確認(rèn)實(shí)驗(yàn)29可整理ppt游艇的真空控制閥門(mén)組合的推動(dòng)力目標(biāo)：推動(dòng)力(望大特性)交互作用：B×C控制因素水準(zhǔn)一水準(zhǔn)二A:原材料M-270M-290B:停留時(shí)間2.7秒2.2秒C:焊鎗溫度410室溫D:拼裝壓力60磅80磅E:焊接方法音波法電阻法30可整理ppt次數(shù)CBDAE數(shù)據(jù)合計(jì)1245611111138357321122240468631212257521094122114555100521112414889621221282452722121262551822212354176游艇的真空控制閥門(mén)組合的推動(dòng)力31可整理ppt決定每個(gè)因素水準(zhǔn)的平均響應(yīng)值CBDAE水準(zhǔn)146.0037.50水準(zhǔn)233.5042.001-212.50-4.50請(qǐng)完成表格40.2542.2534.5039.2537.2545.00-1.00-5.00-10.5032可整理pptB1B2C139.7552.25C235.2531.75交互作用的計(jì)算33可整理ppt推動(dòng)力E1E21020304050推動(dòng)力D1D21020304050推動(dòng)力B1B21020304050推動(dòng)力A1A21020304050推動(dòng)力C1C21020304050推動(dòng)力C1C21020304050B2B1響應(yīng)圖34可整理ppt最佳化條件的選定因?yàn)橥苿?dòng)力為望大特性，從C×B交互作用之響應(yīng)圖知因素B與因素C之最佳水準(zhǔn)組合為C1B2。從響應(yīng)圖上看出：A1的效果不錯(cuò)D1的效果尚不錯(cuò)E2的效果最強(qiáng)所以最佳條件為C1B2D1A1E235可整理ppt為確認(rèn)所定之結(jié)果的再現(xiàn)性，必須再估計(jì)出此最佳條件C1B2D1A1E2的推定值，并與確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相驗(yàn)證，看是否具有再現(xiàn)性。最佳水準(zhǔn)響應(yīng)值的估計(jì)36可整理ppt效果可加性分析推動(dòng)力E1E21020304050推動(dòng)力D1D21020304050推動(dòng)力B1B21020304050推動(dòng)力A1A21020304050推動(dòng)力C1C21020304050推動(dòng)力C1C21020304050B2B1tbar37可整理ppt確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的目的是為了確認(rèn)結(jié)果的再現(xiàn)性。即在最佳條件A1B2C1D1E2之下，做了一次確認(rèn)實(shí)驗(yàn)，本次實(shí)驗(yàn)的制程平均為54.00。CASE1：Y=54.5，再現(xiàn)性非常好。CASE2：Y=53，沒(méi)有CASE1好，但仍算好的再現(xiàn)性。CASE3：Y=42，再現(xiàn)性較差，但比39.75（改善前）好，可以先用，然后考慮再改善。CASE4：Y=30，再現(xiàn)性差，不可接受，必須重新考慮。CASE5：Y=65，遠(yuǎn)較所期望的還好，可能存在某種交互作用。確認(rèn)實(shí)驗(yàn)38可整理ppt確認(rèn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果之說(shuō)明如果確認(rèn)實(shí)驗(yàn)再現(xiàn)性不佳時(shí)，一般原因如下：可加性極差，即所選取之控制因素有極強(qiáng)烈的交互作用存在。最佳條件所選取之控制因素仍不足，可能遺漏了一個(gè)極顯著的控制因素。因素水準(zhǔn)距離太小，無(wú)法測(cè)得因素水準(zhǔn)改變所造成的效果。再現(xiàn)性不好的對(duì)應(yīng)措施水準(zhǔn)距離是否設(shè)得太小。是否漏了重要因子。有交互作用沒(méi)有考慮到。39可整理ppt正面焊疤不良實(shí)驗(yàn)分析目標(biāo)：正面焊疤不良數(shù)(望小特性)交互作用：無(wú)控制因素水準(zhǔn)一水準(zhǔn)二A:模板深度0.3mm0.4mmB:模板寬度3.5mm4.5