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文檔簡介

1、1/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用實實 驗驗 設設 計計 Design of ExperimentDesign of Experiment (DOE)(DOE) 上海精瑪睿企業(yè)管理有限公司上海精瑪睿企業(yè)管理有限公司Shanghai LeanSigmaSagacity Corporation Management Co., LtdShanghai LeanSigmaSagacity Corporation Management Co., Ltd 2/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用課程培訓大

2、綱課程培訓大綱一、實驗設計一、實驗設計(DOE)(DOE)概要介紹概要介紹二、與實驗設計二、與實驗設計(DOE)(DOE)有關的術語和定義有關的術語和定義三、實驗設計三、實驗設計(DOE)(DOE)的基本方法的基本方法 1 1、實驗設計、實驗設計(DOE)(DOE)的基本方法的基本方法 2 2、在實際應用中可能遇到的情況、在實際應用中可能遇到的情況四、因素之間交互作用的正交實驗設計四、因素之間交互作用的正交實驗設計(DOE)(DOE) 1 1、交互作用的實驗設計方法和步驟、交互作用的實驗設計方法和步驟 2 2、在實際應用中可能遇到的幾個問題的進一步說明、在實際應用中可能遇到的幾個問題的進一步說

3、明3/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用前前 言言 面對競爭日益激烈的市場面對競爭日益激烈的市場,您,您企業(yè)企業(yè)的的產品設計開發(fā)產品設計開發(fā)能力能力是不是受到了威脅和挑戰(zhàn)是不是受到了威脅和挑戰(zhàn)? 如何加速如何加速產品的改進及新產品的開發(fā)?產品的改進及新產品的開發(fā)? 如何加速如何加速過程過程的的發(fā)展?發(fā)展? 如何改善如何改善產品的質量?產品的質量? 如何避免如何避免技術人員經驗的斷層?技術人員經驗的斷層? 如何得到最佳如何得到最佳生產條件且穩(wěn)定操作?生產條件且穩(wěn)定操作? 如何控制或如何控制或模擬復雜的非線性系統(tǒng)?模擬復雜的非線性系統(tǒng)? 實驗設計實

4、驗設計(DOE)(DOE)質量質量工程是您工程是您正確的選擇!正確的選擇! 4/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用 產品質量的好壞產品質量的好壞很大程度上是由很大程度上是由設計設計所決定的,因此在新產品的開發(fā)設計階所決定的,因此在新產品的開發(fā)設計階 段就要十分重視,當然設計的好產品要成為真正的高質量的產品,在生產過段就要十分重視,當然設計的好產品要成為真正的高質量的產品,在生產過 程中還得有好的程中還得有好的工藝參數(shù)工藝參數(shù),為此經常需要進行試驗,從影響產品質量的一些,為此經常需要進行試驗,從影響產品質量的一些 因素中去尋找好的原材料搭配,好的

5、工藝參數(shù)搭配等,這便是多因素的試驗因素中去尋找好的原材料搭配,好的工藝參數(shù)搭配等,這便是多因素的試驗 設計問題。設計問題。 多因素試驗遇到的最大困難是多因素試驗遇到的最大困難是試驗次數(shù)太多,讓人無法忍受試驗次數(shù)太多,讓人無法忍受。如果有十個因。如果有十個因 素對產品質量有影響,素對產品質量有影響,每個因素取兩個不同狀態(tài)每個因素取兩個不同狀態(tài)進行比較,那么就有進行比較,那么就有 2 21010=1024=1024個不同的試驗條件需要比較。假定個不同的試驗條件需要比較。假定每個因素取三個不同狀態(tài)每個因素取三個不同狀態(tài)進行進行 比較的話,那么就有比較的話,那么就有3 31010=59049=5904

6、9個不同的試驗條件,要全部做試驗在實際個不同的試驗條件,要全部做試驗在實際 中是辦不到的,因此我們中是辦不到的,因此我們只能從中選擇一部分進行試驗只能從中選擇一部分進行試驗。選擇哪些條件進行。選擇哪些條件進行 試驗十分重要,這便是試驗十分重要,這便是實驗的設計實驗的設計(DOE)(DOE)。一個好的條件,可以通過少量試。一個好的條件,可以通過少量試 驗獲得較多的信息,達到試驗的目的。實驗設計的方法有許多,這里介紹的驗獲得較多的信息,達到試驗的目的。實驗設計的方法有許多,這里介紹的 “ “正交實驗設計正交實驗設計(DOE)”(DOE)”便是其中的一種常用方法,它利用便是其中的一種常用方法,它利用

7、“正交表正交表”選擇選擇 試驗的條件,并利用正交表的特點進行數(shù)據(jù)分析,試驗的條件,并利用正交表的特點進行數(shù)據(jù)分析,找出最好的或滿意的試找出最好的或滿意的試 驗條件驗條件。5/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用1 1、實驗設計、實驗設計(DOE)(DOE)的概念:的概念: 指指 Design of Experiment Design of Experiment ( (實驗設計實驗設計) )的英文簡稱。的英文簡稱。 D D ( ( Design ) Design ) 設計設計 O O ( ( ofof ) ) 的的 E E ( ( Experime

8、nt ) Experiment ) 實驗實驗 2 2、實驗設計、實驗設計(DOE)(DOE)的定義:的定義: 一種用于一種用于控制過程輸入控制過程輸入以便更好地理解對以便更好地理解對過程輸出影響的試驗過程輸出影響的試驗 技術技術。指。指有計劃地有計劃地在在某種條件下某種條件下進行實驗從而去獲得進行實驗從而去獲得能預測某能預測某 種現(xiàn)象種現(xiàn)象的的統(tǒng)計資料統(tǒng)計資料,并且通過,并且通過分析試驗結果分析試驗結果,從該現(xiàn)象中歸納,從該現(xiàn)象中歸納 出出普遍性及再現(xiàn)性規(guī)則普遍性及再現(xiàn)性規(guī)則的一種有效方法。一項設計的試驗是一的一種有效方法。一項設計的試驗是一 個個試驗或試驗序列試驗或試驗序列,試驗中根據(jù)描述的

9、設計矩陣系統(tǒng)化地改變,試驗中根據(jù)描述的設計矩陣系統(tǒng)化地改變 潛在影響過程的變量潛在影響過程的變量。一、實驗設計一、實驗設計(DOE)(DOE)概要介紹概要介紹6/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用6.2 6.2 人力人力資源資源( (續(xù)續(xù)) )6.2.2.1 6.2.2.1 產品設計產品設計技能技能組織必須確保負有產品設計職責的人員有能力達到設計組織必須確保負有產品設計職責的人員有能力達到設計要求,并熟練的掌握適用的工具和技術要求,并熟練的掌握適用的工具和技術。組織必須識別適用的工具和技術。組織必須識別適用的工具和技術。3 3、ISO/TS 1

10、6949ISO/TS 16949:2002:2002質量管理體系對實驗設計質量管理體系對實驗設計 (DOE) (DOE)的要求:的要求:7/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用產品和過程設計人員必須具備的產品和過程設計人員必須具備的最基本的工具和技術最基本的工具和技術1 1、幾何尺寸和公差、幾何尺寸和公差(GD&T)(GD&T);2 2、質量功能展開、質量功能展開(QFD)(QFD);3 3、制造設計、制造設計(DFM)/(DFM)/裝配設計裝配設計(DFA)(DFA);4 4、價值工程、價值工程(VE)(VE);5 5、實驗設計

11、實驗設計(DOE)(DOE);6 6、失效模式及后果分析、失效模式及后果分析(DFMEA/PFMEA(DFMEA/PFMEA等等) );7 7、有限元分析、有限元分析(FEA)(FEA);8 8、實體造型;、實體造型;9 9、仿真技術;、仿真技術;1010、計算機輔助設計、計算機輔助設計(CAD)/(CAD)/計算機輔助工程計算機輔助工程(CAE)(CAE);1111、可靠性工程計劃。、可靠性工程計劃。8/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用4 4、實驗設計、實驗設計(DOE)(DOE)的來源的來源: 2020世紀世紀2020年代年代,由,由英國

12、英國R.A.FisherR.A.Fisher等人最早提出實驗設計技等人最早提出實驗設計技 術,并首先應用于術,并首先應用于農業(yè)農業(yè),以后逐漸被應用于,以后逐漸被應用于生物學、遺傳學生物學、遺傳學等等 方面。方面。 19351935年年,R.A.FisherR.A.Fisher的專著的專著實驗設計實驗設計的出版標志著一的出版標志著一 門新的學科的誕生。門新的學科的誕生。 2020世紀世紀3030、4040年代年代,實驗設計,實驗設計(DOE)(DOE)方法在方法在歐美盛行歐美盛行,應,應 用到用到工業(yè)領域工業(yè)領域。 第二次大戰(zhàn)后第二次大戰(zhàn)后,實驗設計,實驗設計(DOE)(DOE)方法在方法在日本

13、日本得到進一步的發(fā)展和得到進一步的發(fā)展和 應用,特別是以應用,特別是以田口玄一田口玄一為首的一批人員,將實驗設計為首的一批人員,將實驗設計(DOE)(DOE)方方 法應用于改進產品和系統(tǒng)的質量,成為第二次世界大戰(zhàn)后推動質法應用于改進產品和系統(tǒng)的質量,成為第二次世界大戰(zhàn)后推動質 量管理的重要工具之一。量管理的重要工具之一。 田口方法介紹:田口方法介紹: 產品質量的形成貫穿于產品壽命周期的全過程,包括設計、產品質量的形成貫穿于產品壽命周期的全過程,包括設計、 制造和使用過程。田口博士提出產品的三次設計思想:制造和使用過程。田口博士提出產品的三次設計思想:系統(tǒng)系統(tǒng) 設計、參數(shù)設計和容差設計設計、參數(shù)

14、設計和容差設計。同時,他將正交實驗設計方法。同時,他將正交實驗設計方法 應用于產品研制階段對應用于產品研制階段對參數(shù)的合理選擇參數(shù)的合理選擇,為提高產品的設計,為提高產品的設計 質量提供了一套理論和方法。質量提供了一套理論和方法。 9/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用 19501950年年19601960年:年: 田口玄一將田口玄一將可以控制可以控制的的要因要因( (控制要因控制要因) )配置在直交表上,研究在配置在直交表上,研究在使用使用環(huán)境環(huán)境下下( (誤差誤差要因,亦即不可控制要因,亦即不可控制的的要因要因) )會會使使變異變異最小最小

15、的過的過程程( (配方配方) )條件條件,在,在美國稱為穩(wěn)健性設計美國稱為穩(wěn)健性設計。 19701970年年19801980年:年: 田口玄一將田口玄一將原本使用原本使用于測量系統(tǒng)的動態(tài)于測量系統(tǒng)的動態(tài)SNSN比比擴張擴張至至對對所有所有系統(tǒng)系統(tǒng)機能機能性性的的研究。研究。 脫離脫離以以數(shù)理統(tǒng)計為基礎的實驗計劃法數(shù)理統(tǒng)計為基礎的實驗計劃法,而改用和,而改用和技術技術本身十分本身十分密切密切的賀的賀米特米特( (HermiteHermite) )形式。亦即形式。亦即:光譜:光譜( (SpectraSpectra) )分解分解的觀的觀念念。 1980 1980年年19901990年:年: 田口玄一

16、田口玄一到到美國指導時,他將應用美國指導時,他將應用基本基本機能機能作作為為研究研究的的重要性,重要性,因此因此主張主張使用使用試驗試驗片作片作為為基本基本機能的機能的研究。研究。 在在無法充分無法充分改善改善時時,才,才考慮進行考慮進行允差允差設計設計。 19901990年年 現(xiàn)在:現(xiàn)在: 田口玄一將田口玄一將SNSN比比擴張擴張至至醫(yī)療醫(yī)療、生物等特殊、生物等特殊領域進行領域進行研究研究。10/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用5 5、實驗設計、實驗設計(DOE)(DOE)的的目的:目的:1) 1) 藉由藉由有有計劃計劃的進行實驗的進行實驗

17、,以便,以便達成達成未未實驗實驗前的前的假設假設。2) 2) 由于由于不是不是采用采用“試誤試誤法法”,因此能提升,因此能提升產品研發(fā)的效產品研發(fā)的效 率率。3) 3) 利用特殊的分析方法,以求得除了利用特殊的分析方法,以求得除了平均值平均值以外的以外的數(shù)數(shù) 值值。6 6、實驗設計、實驗設計(DOE)(DOE)適用對象適用對象: 產品產品研究研究、設計和開發(fā)部門以及生產、技術、工藝部、設計和開發(fā)部門以及生產、技術、工藝部 門門,即,即:必須藉由必須藉由實驗實驗以以驗證驗證其其假設假設或或理論基礎理論基礎的的單位單位 最最為適用為適用。11/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權

18、,未經同意,禁止復制和培訓使用7 7、企業(yè)在質量管理中,經常會遇到、企業(yè)在質量管理中,經常會遇到多因素、有誤差、周期長多因素、有誤差、周期長的的 這一類試驗,希望通過試驗能夠解決以下幾個問題:這一類試驗,希望通過試驗能夠解決以下幾個問題: 1) 1)、對、對質量指標質量指標的影響,的影響,哪些因素重要,哪些因素不重要?哪些因素重要,哪些因素不重要? 2) 2)、每個因素取什么、每個因素取什么水平水平為好?為好? 3) 3)、各個因素按什么樣的水平搭配起來使、各個因素按什么樣的水平搭配起來使指標指標較好?較好? 實踐證明,實踐證明,正交實驗設計正交實驗設計(DOE)(DOE)是處理這類試驗問題是

19、處理這類試驗問題 的一種簡便易行、行之有效的方法。的一種簡便易行、行之有效的方法。 8 8、實驗設計、實驗設計(DOE)(DOE)所要研究和解決的問題:所要研究和解決的問題: 如何以如何以盡可能少盡可能少的試驗次數(shù)獲得的試驗次數(shù)獲得足夠有效足夠有效的數(shù)據(jù),并分析得的數(shù)據(jù),并分析得 出比較出比較可靠可靠的結論。的結論。 12/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用 汽車汽車可靠性試驗可靠性試驗是一項是一項周期長、費用高周期長、費用高的工作,且影響的工作,且影響可靠可靠 性試驗結果性試驗結果的的因素很多因素很多。有些因素單獨起作用,有些因素則。有些因素

20、單獨起作用,有些因素則 互相制約聯(lián)合起作用。如果試驗安排得好,通過少數(shù)幾次試互相制約聯(lián)合起作用。如果試驗安排得好,通過少數(shù)幾次試 驗,就能獲得所需要的信息,得出明確的結論。如果試驗方驗,就能獲得所需要的信息,得出明確的結論。如果試驗方 案安排得不好,花了大量的人力、物力,做了大量的試驗,案安排得不好,花了大量的人力、物力,做了大量的試驗, 仍然得不到所需要的結論。因此,仍然得不到所需要的結論。因此,合理地安排可靠性試驗合理地安排可靠性試驗, 是一項十分重要的工作,它可以使試驗工作者事半功倍。是一項十分重要的工作,它可以使試驗工作者事半功倍。 實驗設計是實驗設計是統(tǒng)計數(shù)學統(tǒng)計數(shù)學的一個重要分支。

21、它指導人們合理地設的一個重要分支。它指導人們合理地設 計實驗方案,科學地分析試驗數(shù)據(jù),計實驗方案,科學地分析試驗數(shù)據(jù),用盡可能少的試驗次用盡可能少的試驗次 數(shù),得到理想的結論。數(shù),得到理想的結論。實驗設計的方法很多,對于影響因素實驗設計的方法很多,對于影響因素 多,試驗周期長的可靠性試驗來說,用正交表設計實驗方案多,試驗周期長的可靠性試驗來說,用正交表設計實驗方案 的的正交實驗設計正交實驗設計(DOE)(DOE)法法,是一種行之有效的工程方法。,是一種行之有效的工程方法。 13/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用二、與實驗設計二、與實驗設計(D

22、OE)(DOE)有關的術語和定義有關的術語和定義1 1、以以數(shù)值數(shù)值形式作形式作分類分類:1.1 1.1 計數(shù)計數(shù)值:值:測量數(shù)值測量數(shù)值不不為連續(xù)為連續(xù)量,一般用量,一般用“個個”代表。代表。 單純計數(shù)單純計數(shù)值值:將一個將一個特性特性區(qū)分為區(qū)分為良品或不良品,常用在良品或不良品,常用在外觀外觀 等等。例如:不良例如:不良個數(shù)個數(shù)、故障臺、故障臺數(shù)數(shù) . 多重多重計數(shù)計數(shù)值值:將一個將一個特性特性區(qū)分為優(yōu)區(qū)分為優(yōu)、良、中、可、劣、良、中、可、劣等。等。例例 如:如:外觀外觀可分可分為:為:好、有一些瑕疵、有很多瑕疵好、有一些瑕疵、有很多瑕疵 . 。1.2 1.2 計量計量值:值:測量數(shù)值為連

23、續(xù)測量數(shù)值為連續(xù)量。量。制訂規(guī)格時制訂規(guī)格時常用它。常用它。 單一目標單一目標的的特性。特性。例如:例如:某一某一規(guī)定規(guī)定的尺寸或的尺寸或電壓或電壓或顏顏色色 .。 多重多重目標目標的的特性,特性,依據(jù)依據(jù)不同的需求,只要不同的需求,只要改變改變某一要因即可某一要因即可 達成達成不同不同產品產品。例如:經例如:經由三原色加入量的不同即可做出不由三原色加入量的不同即可做出不 同的顏色,此同的顏色,此時對時對顏色而言是有顏色而言是有無無限多的限多的目標目標。 至于至于單一單一特性特性或者或者多多個個特性特性只在只在于最后于最后找出找出最佳最佳組合組合時會時會有有 影響影響,因此留在最,因此留在最適

24、條件選取時適條件選取時時再時再談談。14/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用2 2、要因:要因:會影響會影響特性值的要因特性值的要因( (配方配方) ) 。 2 2.1 .1 控制要因:可由控制要因:可由設計設計者或主事者者或主事者變更的變更的要因,用以得到最要因,用以得到最 安定安定( (最佳最佳) )的產品輸出的產品輸出值值( (特性值特性值) )。例如。例如:工序過程條件:工序過程條件、 構成構成元件等。元件等。 2 2.2 .2 誤差誤差要因:不可由要因:不可由設計設計者或主事者者或主事者變更的變更的要因,或者要因,或者變更變更 時時所

25、需成本所需成本相當相當高。例如高。例如:環(huán)境:環(huán)境溫度溫度對于產品對于產品的的影響影響等。等。 它它適用來評估設計適用來評估設計者找出的配方能否者找出的配方能否接受接受考驗考驗的重要要的重要要 因。因。 2 2.3 .3 信號信號要因:和特性值有一要因:和特性值有一已知之已知之函數(shù)函數(shù)關系關系,此要因只存在,此要因只存在 于于多重多重目標目標特性中,藉由特性中,藉由改變改變此一要因此一要因達成達成不同目的特性不同目的特性 的需求。如的需求。如:前例中的三原色的添加量即前例中的三原色的添加量即為信號為信號要因。要因。15/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制

26、和培訓使用3 3、水平、水平( (L Level)evel)水平水平值值( (或水準或水準& &水準值水準值) ): 3 3.1 .1 水平水平是是該該要因在能夠被要因在能夠被設定的設定的可能可能范圍范圍內內,取得,取得數(shù)個數(shù)個不同不同 的設定的設定值,此值,此時該時該要因具有要因具有數(shù)個水平數(shù)個水平。而。而該設定該設定值值稱為水稱為水 平平值。值。 3 3.2 .2 常用常用的水平有:的水平有: 2 2水平水平:一般用:一般用于于非非連續(xù)的連續(xù)的要因。要因。 3 3水平水平:一般用:一般用于連續(xù)的于連續(xù)的要因。要因。 例如:例如:涂布時,溫度涂布時,溫度( (TempTemp

27、) )為為控制要因控制要因( (令令為為) ),其可能,其可能 的的加工加工范圍為范圍為280330280330時時,常,常將將其取成其取成3 3水平水平, 其其代號代號及及水平水平值分別如下值分別如下: 1 1280280,2 2300300,3 3330330。 注意:注意:當當為連續(xù)為連續(xù)性要因,其性要因,其水平的間水平的間隔要大隔要大于于6 6倍倍標準標準 差差溫度溫度16/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用ABData-1LowLow3LowHigh4HighLow5HighHigh6B-LowB-HighA-Low34A-high5

28、6A-LowA-HighB-LowB-High4 4、交互作用、交互作用( (定義之一定義之一) ): 用以下用以下2 2個變數(shù)個變數(shù)A A、B B。其分別可以其分別可以設定為低設定為低( (LowLow) ),高,高 ( (HighHigh) )。假設會假設會有以下情形有以下情形產生,則稱為沒有產生,則稱為沒有交互作交互作 用用,亦即亦即2 2者相互者相互獨立獨立。17/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用A-LowA-HighB-LowB-HighABData-2LowLow3LowHigh5HighLow6HighHigh4B-LowB-H

29、ighA-Low35A-high645 5、交互作用、交互作用( (定義之二定義之二) ): 用以下用以下2 2個變數(shù)個變數(shù)A A、B B。其分別可以其分別可以設定為低設定為低( (LowLow) ),高,高 ( (HighHigh) )。假設會假設會有以下情形有以下情形產生,則稱為具有產生,則稱為具有交互作交互作 用用,亦即亦即2 2者相互者相互依存依存。18/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用6 6、交互作用的重點:、交互作用的重點: 用已研究用已研究2 2個變數(shù)間個變數(shù)間依存程度依存程度的的大小。一般大小。一般變數(shù)都會變數(shù)都會有有一一 定

30、程度定程度的的依存,因此可藉由它依存,因此可藉由它來判斷來判斷其大小。其大小。 如果不知如果不知道道交互作用交互作用的的大小,而大小,而給予了錯誤的假設給予了錯誤的假設,則則可可 能能造成造成實驗失敗實驗失敗。 研究交互作用研究交互作用將將使得使得實驗規(guī)模無法減少實驗規(guī)模無法減少,亦即,亦即實驗次數(shù)將實驗次數(shù)將 為為:變數(shù)變數(shù)要因要因 變數(shù)個數(shù)變數(shù)個數(shù)( (例如:例如:22=4)22=4)。 有有時為權衡時為權衡2 2者,因此者,因此采用部分采用部分研究交互作用的方式,亦研究交互作用的方式,亦 即不研究高次即不研究高次項項的交互作用。的交互作用。19/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使

31、用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用7 7、實驗的方式、實驗的方式:7.1 7.1 試誤法試誤法( (Try & ErrorTry & Error) ):依據(jù)依據(jù)每次每次實驗結果實驗結果加入自己加入自己專業(yè)判專業(yè)判 斷斷,以,以決定決定下一次下一次實驗實驗的的參數(shù)組合參數(shù)組合。此一方法需要很。此一方法需要很強強的的 專業(yè)知識專業(yè)知識( (亦即第六感要好亦即第六感要好) )。7.2 7.2 單單要因要因實驗實驗方法:一次只方法:一次只改變改變一一個個要因,以要因,以尋求該尋求該要因的要因的 最佳最佳設定設定值。此一方法值。此一方法對于對于有有兩個兩個以上要因以上要因會會同同

32、時影響時影響特特 性值的性值的話將會話將會有有問題問題。7.3 7.3 多要因多要因( (多元配置多元配置) )實驗實驗方法:方法:將將所有的要因做排列所有的要因做排列組合組合, 因此每一因此每一種種可能的情形都可能的情形都將將被做被做實驗實驗,依據(jù)依據(jù)此找出最佳此找出最佳組組 合合。此一方法在要因。此一方法在要因個數(shù)個數(shù)很少很少時時可以可以進行進行,但是一般即使,但是一般即使 重要要因重要要因也也會會有十有十幾個幾個,如此,如此將將使得使得實驗實驗完成日期完成日期遙遙無遙遙無 期期。7.4 7.4 正正交表交表實驗實驗方法:藉由各要因在方法:藉由各要因在實驗實驗中出現(xiàn)相同中出現(xiàn)相同次數(shù)次數(shù),

33、以,以 平衡平衡該該要因的要因的影響影響大小。此大小。此為為目前可以目前可以同時解決同時解決上述上述兩兩大大 缺點缺點的方法。的方法。20/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用8 8、正、正交表表示方式交表表示方式解釋解釋: 8 8.1 .1 正正交表交表的符號意義的符號意義: L L代表型代表型正正交表,交表,a a代表需要做代表需要做a a次次試驗試驗,b b代表代表b b水平水平,c c代表代表 可以可以擺放擺放c c個個要因要因,即:,即:L La a( (b bc c) ) 。 例如:例如: L L9 9( (3 34 4) )表示:表

34、示:L L代表型代表型正正交表,交表,9 9代表需要做代表需要做9 9次次試驗試驗, 3 3代表代表3 3水平水平,4 4代表可以代表可以擺放擺放4 4個個要因要因,即:,即:L L9 9( (3 34 4) ) 。 常用的正交表種類有:常用的正交表種類有: 2 2水平水平系列:系列:L L4 4(2(23 3) )、L L8 8(2(27 7) )、L L1616(2(21515) )、L L3232(2(23131) )、L L6464 例:例:L L4 4(2(23 3) )表示做表示做4 4次次試驗試驗、3 3因子因子( (因子指控制因素,其因子因子指控制因素,其因子 數(shù)數(shù)=n-1=n

35、-1,n n為試驗次數(shù)為試驗次數(shù)) )、2 2水平水平。 3 3水平水平系列:系列:L L9 9( (3 34 4) )、L L2727( (3 31313) )、L L8181( (3 34040) ) 例:例:L L9 9(3(34 4) )表示表示9 9次次試驗試驗、4 4因子因子( (因子指控制因素,其因子因子指控制因素,其因子數(shù)數(shù) =(n-1)/2=(n-1)/2,n n為試驗次數(shù)為試驗次數(shù)) )、3 3水平水平。 混合型混合型系列系列:L L1212(2(21111) )、L L1818(2(21 13 37 7) )、L L3636(2(23 33 31313) ) 例:例:L

36、L1818(2(21 13 37 7) )表示表示1818次次試驗試驗、2 2水平水平1 1因子、因子、3 3水平水平7 7因子。因子。21/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用9 9、因子因子名稱解釋名稱解釋:9.1 9.1 控制因子:在控制因子:在工序過程工序過程中,中,會影響產品質量特性的參數(shù)會影響產品質量特性的參數(shù), 其其參數(shù)參數(shù)可自由控制的可自由控制的參數(shù)稱為參數(shù)稱為控制因子。例:材料控制因子。例:材料種種 類類 。9.2 9.2 誤差誤差因子:在因子:在工序過程工序過程中,中,會影響產品質量特性的參數(shù)會影響產品質量特性的參數(shù), 其其參

37、數(shù)參數(shù)不能或不太能不能或不太能改變改變的的參數(shù)稱為誤差參數(shù)稱為誤差因子。例:外界因子。例:外界 的溫度的溫度 。9.3 9.3 調和調和因子:在因子:在工序過程工序過程中,中,會影響產品質量特性的參數(shù)會影響產品質量特性的參數(shù), 其其參數(shù)參數(shù)不能或不太能不能或不太能改變質量特性的變差改變質量特性的變差的的參數(shù)稱為調和參數(shù)稱為調和 因子。因子。9.4 9.4 信號信號因子:如同控制因子,但在工程上是容易作因子:如同控制因子,但在工程上是容易作調整調整,且,且 和和輸出間輸出間有其理想的有其理想的線性關系線性關系。22/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓

38、使用1010、靜態(tài)、靜態(tài)特性分析:特性分析: 10.1 10.1 望小特性:望小特性:測量結果測量結果越小越好。越小越好。 例如例如:不良率、表面不良率、表面粗糙粗糙度、噪音度、噪音 。 10.2 10.2 望大特性:望大特性:測量結果測量結果越大越好。越大越好。 例如例如:強度:強度、壽命壽命 。 10.3 10.3 望目特性:望目特性:測量結果測量結果有一特定有一特定目標目標,越接近,越接近目標目標 越好。越好。 例如例如:輸出電流:輸出電流、輸出電壓輸出電壓、硬度、硬度、濃度濃度 。 10.4 10.4 零零點點望目特性:望目特性:測量結果測量結果有其正有其正負負之值,其以越之值,其以越

39、 接近零越好。接近零越好。 例如例如:彎曲:彎曲、位置的偏移、位置的偏移 。23/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用1111、動態(tài)特性:、動態(tài)特性: 對于一個系統(tǒng)對于一個系統(tǒng)而言,希望而言,希望通過調整設計參數(shù)來通過調整設計參數(shù)來改善改善系統(tǒng)系統(tǒng) 的效率的效率()()及此效率及此效率()()的的穩(wěn)定穩(wěn)定性。效率性。效率()()可可定義為定義為此此系系 統(tǒng)統(tǒng)所所產生產生的的輸出輸出(y)(y)與輸入與輸入的的信號信號因子因子(M)(M)之比,理想之比,理想 上,上,我們我們希望此效率越大越好,而且希望此效率越大越好,而且維持維持定值,定值,換換句

40、句話話 說說,也就是,也就是y y與與MM成正比,而且其中效率成正比,而且其中效率()()越大越好。越大越好。 因此此因此此質量質量特性的理想值不是特性的理想值不是一個一個固定值,是固定值,是動態(tài)動態(tài)的,的, 故此故此稱為動態(tài)稱為動態(tài)特性。特性。 動態(tài)動態(tài)特性的特性的種類種類: 零零點點比例式:比例式:y=My=M; 基準基準點點比例式:比例式:y-yy-ys s=(M-Ms)=(M-Ms); 一次式一次式:y=+My=+M 24/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用MMS/NS/N1212、動態(tài)、動態(tài)特性分析:特性分析: 12.1 12.1 零

41、零點點比例式:比例式:測量測量值在值在信號信號因子因子為為零零時時,其,其測量測量 值亦值亦為為零。即此零。即此線性關系會通過原點的線性關系會通過原點的特性。特性。25/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用MMS/NS/N1212、動態(tài)、動態(tài)特性分析特性分析( (續(xù)續(xù)) ): 12.2 12.2 基準點基準點比例式:比例式:測量測量值在值在信號信號因子因子為為某一特性值某一特性值 (Ms)(Ms)時時,其,其測量測量值值輸出輸出亦亦為為某一特性值某一特性值(Ys)(Ys)為為理理 想。即此想。即此MsMs為為校正校正的基準的基準。26/92精瑪睿

42、版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用MMS/NS/N1212、動態(tài)、動態(tài)特性分析特性分析( (續(xù)續(xù)) ): 12.3 12.3 一次式:其一次式:其測量測量值非零值非零點點比例式、比例式、基準點基準點比例式比例式 時時,使用此一特性。,使用此一特性。27/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用12.4 12.4 S/NS/N比比的的解析:解析: 信號雜音信號雜音比(比(signalsignaltotonoisenoiseratio)ratio)。 其其為為分析分析試驗結果的試驗結果的共通共通語言語言。 其其為為

43、子子數(shù)與對數(shù)的關系數(shù)與對數(shù)的關系。 10101 1=10=10 10102 2=100=100 10103 3=1000=1000 其其單位為單位為分貝分貝(db)(db)。 其值越大越好。其值越大越好。 安定性(安定性(穩(wěn)健穩(wěn)健性)的性)的評價標準。評價標準。28/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用12.5 12.5 最佳最佳組合組合: 為為其其依據(jù)試驗結果依據(jù)試驗結果所所計算計算出出的的S/NS/N比,所排列出最佳化比,所排列出最佳化 的過程參數(shù)為的過程參數(shù)為最佳最佳組合組合。12.6 12.6 最適組合最適組合: 其其依據(jù)依據(jù)最佳最佳組合

44、的組合的排列,排列,考慮考慮其成本因素,而排列出最其成本因素,而排列出最 理想化理想化的過程參數(shù)為的過程參數(shù)為最佳最佳組合組合。29/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用 對對“正交試驗設計的基本方法正交試驗設計的基本方法”的理解:的理解: 是指那些適于解決各因素的水平數(shù)都相等,因素間的交互作用是指那些適于解決各因素的水平數(shù)都相等,因素間的交互作用 均可忽略的試驗問題和方法。而交互作用指的是因素間的聯(lián)合均可忽略的試驗問題和方法。而交互作用指的是因素間的聯(lián)合 搭配試驗指標的影響作用。搭配試驗指標的影響作用。 正交實驗設計正交實驗設計(DOE)(DO

45、E)的基本步驟:的基本步驟: 、分析問題,明確實驗設計的目的和確定試驗指標;、分析問題,明確實驗設計的目的和確定試驗指標; 、確定試驗因素并選取適當水平;、確定試驗因素并選取適當水平; 、選擇合適的正交表,進行表頭設計;、選擇合適的正交表,進行表頭設計; 、制訂試驗計劃、制訂試驗計劃( (試驗方案試驗方案) ); 、進行試驗,測定試驗結果;、進行試驗,測定試驗結果; 、對試驗結果進行統(tǒng)計分析,得出因子的主次關系和較優(yōu)、對試驗結果進行統(tǒng)計分析,得出因子的主次關系和較優(yōu) 水平組合。水平組合。 三、實驗設計三、實驗設計(DOE)(DOE)的基本方法的基本方法30/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和

46、培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用1)1)、實驗設計、實驗設計(DOE)(DOE)的基本方法:的基本方法: 1 1、分析問題,明確實驗設計的目的和確定試驗指標:、分析問題,明確實驗設計的目的和確定試驗指標: 在一項試驗中,用來衡量在一項試驗中,用來衡量試驗效果試驗效果的指標,稱為的指標,稱為試驗指標試驗指標, 有時簡稱指標,也稱有時簡稱指標,也稱試驗結果試驗結果,通常用,通常用y y來表示。它類似數(shù)來表示。它類似數(shù) 學中的因變量或目標函數(shù)。學中的因變量或目標函數(shù)。 試驗指標用數(shù)量表示的,稱為試驗指標用數(shù)量表示的,稱為定量指標定量指標,如:溫度、壓,如:溫度、壓 力、硬度、強度、壽

47、命、成本等。不能直接用數(shù)量表示力、硬度、強度、壽命、成本等。不能直接用數(shù)量表示 的指標,稱為的指標,稱為定性指標定性指標,如:產品的外觀質量可作為定,如:產品的外觀質量可作為定 性指標。定性指標可以轉化為定量指標。性指標。定性指標可以轉化為定量指標。 試驗指標是由試驗指標是由試驗目的試驗目的確定的。因此,要進行一項試確定的。因此,要進行一項試 驗,首先必須驗,首先必須明確試驗目的,確定試驗指標明確試驗目的,確定試驗指標。31/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用 磁鼓電機是錄象機磁鼓組件的關鍵部件之一。某廠以磁鼓電機是錄象機磁鼓組件的關鍵部件之一

48、。某廠以國外同類產品的水平為依據(jù),對電機質量進行調查,發(fā)現(xiàn)國外同類產品的水平為依據(jù),對電機質量進行調查,發(fā)現(xiàn)力矩不合格達力矩不合格達43%43%,因此,為了提高電機的輸出力矩,需,因此,為了提高電機的輸出力矩,需要進行試驗。要進行試驗。 就以上試驗而言,試驗目的就是就以上試驗而言,試驗目的就是提高磁鼓電機的輸出提高磁鼓電機的輸出 力矩。力矩。因此因此輸出力矩輸出力矩就是本試驗的試驗指標,該指標越就是本試驗的試驗指標,該指標越 大表明試驗條件越好,并且是一個定量指標。大表明試驗條件越好,并且是一個定量指標。 案案 例例 一一32/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,

49、禁止復制和培訓使用2 2、確定試驗因素并選取適當水平:、確定試驗因素并選取適當水平: 試驗中,凡試驗中,凡對試驗指標可能產生影響的原因對試驗指標可能產生影響的原因,稱為,稱為因素因素, 也稱也稱因子因子或元,類似數(shù)學中的自變量。需要在試驗中考慮或元,類似數(shù)學中的自變量。需要在試驗中考慮 研究的因素,稱為研究的因素,稱為試驗因素試驗因素,有時也稱為因素,通常用大,有時也稱為因素,通常用大 寫字母寫字母A A、B B、C C等表示。等表示。 如本案例中,充磁量、定位角度、定子線圈匝數(shù)都是如本案例中,充磁量、定位角度、定子線圈匝數(shù)都是 試驗因素,它們分別以試驗因素,它們分別以A A、B B、C C表

50、示。表示。 因素在試驗中所處的各種狀態(tài),或所取的不同值,稱為因因素在試驗中所處的各種狀態(tài),或所取的不同值,稱為因 素水平素水平,也簡稱為,也簡稱為水平水平,通常用下標,通常用下標1 1、2 2、3 3表示。表示。 若一個因素選取若一個因素選取K K種狀態(tài)或取種狀態(tài)或取K K個值個值,就稱該因素為,就稱該因素為K K水平水平 因素因素,因素水平有的可以取得具體值;有的只能取大致范,因素水平有的可以取得具體值;有的只能取大致范 圍或某個模糊概念,如:軟、硬、大、小、好、較好等;圍或某個模糊概念,如:軟、硬、大、小、好、較好等; 也有用型式、特征表示的,如:輪胎的種類和花紋,汽車也有用型式、特征表示

51、的,如:輪胎的種類和花紋,汽車 的不同檔位等。的不同檔位等。 33/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用2.1 2.1 上述案例上述案例技術分析技術分析: 2.1.1 2.1.1 影響輸出力矩的因素為:影響輸出力矩的因素為: 、充磁量;、充磁量; 、定位角度;、定位角度; 、定子線圈匝數(shù)。、定子線圈匝數(shù)。 2.1.2 2.1.2 為討論方便,把這為討論方便,把這3 3個因素分別命名為:個因素分別命名為: 、充磁量、充磁量 A A; 、定位角度、定位角度 B B; 、定子線圈匝數(shù)、定子線圈匝數(shù) C C。 即:即:A A、B B、C C 為因子。為因

52、子。 2.1.3 2.1.3 根據(jù)經驗,可以確定出各因素的變化范圍為:根據(jù)經驗,可以確定出各因素的變化范圍為: A A 充磁量充磁量(T)(T): 900900100100-4-413001300100100-4-4 B B 定位角度定位角度(rad)(rad):1010/18012/18012/180/180 C C 定子線圈匝數(shù)定子線圈匝數(shù)( (匝匝) ):6010060100。 34/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用2.1.4 2.1.4 現(xiàn)要進行試驗,選擇合適的充磁量、定位角度和定子線圈現(xiàn)要進行試驗,選擇合適的充磁量、定位角度和定子線

53、圈 匝數(shù),以獲得盡可能高的輸出力矩值。為此,考慮在各因匝數(shù),以獲得盡可能高的輸出力矩值。為此,考慮在各因 素的變化范圍中各取素的變化范圍中各取3 3點點進行試驗。比如:進行試驗。比如: A A充磁量充磁量(T)(T):900900100100-4-413001300100100-4-4 A A1 1 = 900= 900100100-4-4 A A2 2 = 1100= 1100100100-4-4 A A3 3 = 1300= 1300100100-4-4 B B定位角度定位角度(rad)(rad):1010/18012/18012/180/180 B B1 1 = 10= 10/180/1

54、80 B B2 2 = 11= 11/180/180 B B3 3 = 12= 12/180/180 C C定子線圈匝數(shù)定子線圈匝數(shù)( (匝匝) ):6010060100 C C1 1 = 70= 70 C C2 2 = 80= 80 C C3 3 = 90= 90 35/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用2.1.5 2.1.5 至此,稱:至此,稱: A A1 1 = 900= 900100100-4 -4 為為A A因子的第因子的第1 1水平水平 A A2 2 = 1100= 1100100100-4 -4 為為A A因子的第因子的第2 2水

55、平水平 A A3 3 = 1300= 1300100100-4 -4 為為A A因子的第因子的第3 3水平水平 注:注:A A充磁量充磁量(T)(T): 900900100100-4-413001300100100-4-4 B B1 1 = 10= 10/180 /180 為為B B因子的第因子的第1 1水平水平 B B2 2 = 11= 11/180 /180 為為B B因子的第因子的第2 2水平水平 B B3 3 = 12= 12/180 /180 為為B B因子的第因子的第3 3水平水平 注:注:B B定位角度定位角度(rad)(rad):1010/18012/18012/180/180

56、 C C1 1 = 70 = 70 為為C C因子的第因子的第1 1水平水平 C C2 2 = 80 = 80 為為C C因子的第因子的第2 2水平水平 C C3 3 = 90 = 90 為為C C因子的第因子的第3 3水平水平 注:注:C C定子線圈匝數(shù)定子線圈匝數(shù)( (匝匝) ):6010060100 如還有其它的因子依次類推。如還有其它的因子依次類推。36/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用2.2 2.2 對上述案例對上述案例作出因子水平表:作出因子水平表: 這樣,該問題已歸結為這樣,該問題已歸結為3 33 3因子試驗問題。把所考察的因子

57、試驗問題。把所考察的 因子及水平列表如下:因子及水平列表如下: 表表 1 1 因因 子子 水水 平平 表表 因子因子水平水平A AB BC C充磁量(充磁量(1010-4-4T T) 定位角度定位角度(/180 rad/180 rad) 定位線圈匝數(shù)(匝)定位線圈匝數(shù)(匝) 1 1A A1 1 = 900 = 900B B1 1 = 10 = 10C C1 1 = 70 = 702 2A A2 2 = 1100 = 1100B B2 2 = 11 = 11C C2 2 = 80 = 803 3A A3 3 = 1300 = 1300B B3 3 = 12 = 12C C3 3 = 90 = 9

58、037/92精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用精瑪睿版權,未經同意,禁止復制和培訓使用3 3、選用合適的正交表選用合適的正交表,進行表頭設計:,進行表頭設計: 每一個因素各選一個水平組成一種試驗條件,如每一個因素各選一個水平組成一種試驗條件,如:A A1 1B B1 1C C1 1、 A A1 1B B2 2C C2 2 等,稱為等,稱為處理組合或組合處理處理組合或組合處理。 本例是三個三水平因素的試驗,共有本例是三個三水平因素的試驗,共有3 33 32727種處理組合。種處理組合。 對全部處理組合都進行試驗對全部處理組合都進行試驗,稱為,稱為全面試驗全面試驗。顯然,全面試驗的。顯然,全

59、面試驗的 處理組合數(shù)處理組合數(shù)L L為各因素水平數(shù)的乘積,隨著因素和水平的增多,全為各因素水平數(shù)的乘積,隨著因素和水平的增多,全 面試驗的處理組合數(shù)急劇增加。面試驗的處理組合數(shù)急劇增加。 例如:一項例如:一項7 7個三水平因素的試驗,全面試驗將包括個三水平因素的試驗,全面試驗將包括21872187(即(即 3 37 721872187)種處理組合。)種處理組合。 要進行全面試驗,幾乎是不可能的要進行全面試驗,幾乎是不可能的。為了減少試驗次數(shù),只能從為了減少試驗次數(shù),只能從 所有的處理組合中,選擇一部分進行試驗所有的處理組合中,選擇一部分進行試驗,稱為,稱為部分試驗部分試驗。 實驗設計所追求的目

60、標之一,就是要實驗設計所追求的目標之一,就是要用盡量少的部分試驗用盡量少的部分試驗來實現(xiàn)來實現(xiàn) 全面試驗所要達到的目的全面試驗所要達到的目的。這樣,就產生了兩個突出的矛盾:。這樣,就產生了兩個突出的矛盾: 一是:多組合的全面試驗,與希望實際上只進行少數(shù)試驗的矛盾。一是:多組合的全面試驗,與希望實際上只進行少數(shù)試驗的矛盾。 二是:實施少數(shù)試驗,與要求獲取全面試驗信息的矛盾。二是:實施少數(shù)試驗,與要求獲取全面試驗信息的矛盾。 利用利用正交實驗設計正交實驗設計,即可以對試驗進行合理安排,選擇少數(shù)幾個即可以對試驗進行合理安排,選擇少數(shù)幾個 有代表性的處理組合進行試驗,解決第一個矛盾;又可以對少數(shù)有代表性的處理組合進行試驗,解決第一個矛盾;又可以

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