試驗(yàn)設(shè)計原理及其七個步驟

1、【試驗(yàn)設(shè)計】試驗(yàn)設(shè)計原理及其七個步驟試驗(yàn)設(shè)計是一種確定影響過程的因子和過程輸出之間關(guān)系的動態(tài)方法。換句話說，試驗(yàn)設(shè)計常被用來尋找因果關(guān)系。為優(yōu)化輸出而對過程輸入進(jìn)行管理時，這些信息是必 要的。試驗(yàn)設(shè)計（DOE）源于20世紀(jì)20年代育種科學(xué)家Dr. Fisher的研究，Dr. Fisher是 大家一致公認(rèn)的此方法策略的創(chuàng)始者，但后續(xù)努力集其大成而使試驗(yàn)設(shè)計在工業(yè)界 得以普及、發(fā)揚(yáng)光大者，卻非Dr. Taguchi （田口玄一博士）莫屬。試驗(yàn)設(shè)計是一種確 定影響過程的因子和過程輸出之間關(guān)系的動態(tài)方法。換句話說，試驗(yàn)設(shè)計常被用來尋 找因果關(guān)系。為優(yōu)化輸出而對過程輸入進(jìn)行管理時，這些信息是必要的。試驗(yàn)

2、設(shè)計的理解首先需要一些統(tǒng)計工具知識和試驗(yàn)的概念。雖然可以使用很多軟件程序來分析試驗(yàn)設(shè)計，但是對于試驗(yàn)者來說，理解基本的試驗(yàn)設(shè)計概念對于試驗(yàn)設(shè)計的 正確應(yīng)用是很重要的。試驗(yàn)設(shè)計三個基本原理實(shí)驗(yàn)設(shè)計的3個基本原理為重復(fù)、隨機(jī)化以及區(qū)組化。重復(fù)，意思是基本試驗(yàn)的重復(fù)進(jìn)行。重復(fù)有兩條重要的性質(zhì)，即隨機(jī)化和區(qū)組化。隨機(jī)化，是指試驗(yàn)材料的分配和試驗(yàn)的 各個試驗(yàn)進(jìn)行次序都是隨機(jī)地確定。統(tǒng)計方 法要求觀察值（或誤差）是獨(dú)立分布的隨機(jī)變量。隨機(jī)化通常能使這一假定有效。把 試驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾S機(jī)化亦有助于“均 勻”可能出現(xiàn)的外來因素的效應(yīng)。區(qū)組化是用來提高試驗(yàn)的精確度的一種方法。一個區(qū)組就是試驗(yàn)材料的一個部分，相 比

3、于試驗(yàn)材料全體它們本身的性質(zhì)應(yīng)該更為類似。區(qū)組化牽涉到在每個區(qū)組內(nèi)部對感興趣的試驗(yàn)條件進(jìn)行比較。試驗(yàn)設(shè)計七步驟第一步確定目標(biāo) 我們通過控制圖、故障模式分析、失效分析、因果分析、能力分析等工具的運(yùn)用，或 者是直接實(shí)際工作的反映，會得出一些關(guān)鍵的問題點(diǎn)。對于運(yùn)用試驗(yàn)設(shè)計解決的問題，我們首先要定義好試驗(yàn)的目的，也就是解決一個什么 樣的問題，問題給我們帶來了什么樣的危害，是否有足夠的理由支持試驗(yàn)設(shè)計方法的 運(yùn)作。對于生產(chǎn)型企業(yè)，試驗(yàn)設(shè)計的進(jìn)行可能會打亂原有的生產(chǎn)穩(wěn)定次序，所以確定試驗(yàn)?zāi)?的和試驗(yàn)必要性是首要的任務(wù)。我們還必須定義試驗(yàn)的指標(biāo)和接受的規(guī)格，這樣我們的試驗(yàn)才有方向和檢驗(yàn)試驗(yàn)成功 的度量指標(biāo)。

4、指標(biāo)和規(guī)格是試驗(yàn)?zāi)康牡难由旌途唧w化，也就是對問題解決的著眼點(diǎn)，指標(biāo)的達(dá)成就 能夠意味著問題的解決。第二步剖析流程關(guān)注流程，是我們應(yīng)該具備的習(xí)慣，就像我們的很多企業(yè)做水平對比一樣，經(jīng)常會有 一個誤區(qū)，就是只將關(guān)注點(diǎn)放在利益點(diǎn)上，而忽略了對流程特色的對比，試驗(yàn)設(shè)計的 展開同樣必須建立在流程的深層剖析基礎(chǔ)之上。任何一個問題的產(chǎn)生，都有它的原因，事物的好壞、參數(shù)的適宜、特性的欠缺等等都 有這個特點(diǎn)，而諸多原因一般就存在于產(chǎn)生問題的流程當(dāng)中。過短的流程可能會拋棄掉顯著的原因，過長的流程必將導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。我們又很多的方式來展開流程，但有一點(diǎn)必須做到，那就是盡可能詳盡的列出可能地 因素，詳盡的因素來自于對

5、每個步驟的詳細(xì)分解，確認(rèn)其輸入和輸出。對于流程的剖析和認(rèn)識，就是改善人員了解問題的開始，因?yàn)椴⒉皇敲總€人都能掌握 好我們關(guān)注的問題。這一步的輸出，使我們的改善人員能夠了解問題的可能因素在哪 里，雖然不能確定哪個是重要的，但我們至少確定一個總的方向。第三步篩選因素流程的充分分析，使我們有了非常寶貴的資料，那就是可能影響我們關(guān)注指標(biāo)的因素， 但是到底哪個是重要的呢？對一些根本就不影響或微笑影響因素的全面試驗(yàn)分析，其實(shí)就是一種浪費(fèi)，而且還可 能導(dǎo)致試驗(yàn)的誤差。我們的目的是確認(rèn)哪個因素的影響是顯著的， 我們可以使用一些低解析度的水平試驗(yàn) 或者專門的篩選試驗(yàn)來完成這個任務(wù)，這時的試驗(yàn)成本也將最小處理。我

6、們可以應(yīng)用一些歷史數(shù)據(jù)，或者完全可靠的經(jīng)驗(yàn)理論分析，來減少我們的試驗(yàn)因子。要注意的是，只要對這些數(shù)據(jù)或分析有很小的懷疑，為了試驗(yàn)結(jié)果的可靠，你可以放 棄。篩選因素的結(jié)果，使得我們掌握了影響指標(biāo)的主要因素，這一步尤為關(guān)鍵，往往我們 在現(xiàn)實(shí)中是通過完全的經(jīng)驗(yàn)分析得出，甚至抱著可能是的態(tài)度。第四步快速接近通過篩選試驗(yàn)找到了關(guān)鍵的因素，同時篩選試驗(yàn)還包含一些很重要的信息，那就是主 要因素對指標(biāo)的影響趨勢，這是我們必須充分利用的信息，它可以幫助我們快速的找 到試驗(yàn)?zāi)康牡目赡軈^(qū)域，雖然不是很確定，但我們縮小了包圍圈。我們一般使用試驗(yàn)設(shè)計中的快速上升（下降）方法，它是根據(jù)篩選試驗(yàn)所揭示的主要 因素的影響趨勢

7、來確定一些水平，進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)的目的就像我們在尋找罪犯一樣的 縮小嫌疑范圍。得出的一個結(jié)論就是，我們的改善最優(yōu)點(diǎn)就在因素的最終反映的水平范圍內(nèi)，我們離 成功更近了一步。第五步析因試驗(yàn)我們確定了主要因素的大致取值水平，這時我們就可以進(jìn)一步的度量因素的主效應(yīng)、 交互作用以及高階效應(yīng)。試驗(yàn)是在快速接近的水平區(qū)間內(nèi)選取得，所以對于最終的優(yōu)化有顯著的成效，析因試 驗(yàn)主要選擇各因素構(gòu)造的幾何體的頂點(diǎn)以及中心點(diǎn)來完成。這樣的試驗(yàn)構(gòu)造，可以幫助我們確定對于指標(biāo)的影響，是否存在高階效應(yīng)或者哪些高 階效應(yīng)。最終是通過方差分析來檢定這些效應(yīng)是否顯著，同時對以往的篩選、快速接近試驗(yàn)也 是一個驗(yàn)證，但我們不宜就在這樣的

8、試驗(yàn)基礎(chǔ)上就來描述指標(biāo)與諸主效應(yīng)的詳細(xì)關(guān) 系，因?yàn)閷τ?個水平點(diǎn)的選取，試驗(yàn)功效會有不足的可能性。第六步回歸試驗(yàn)考慮到功效問題，我們需要進(jìn)一步的安排一些試驗(yàn)來最終確定因素的最佳影響水平， 這時的試驗(yàn)只是一個對析因試驗(yàn)的試驗(yàn)點(diǎn)的補(bǔ)充，也就是還可以利用析因試驗(yàn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，只是為了最終能夠優(yōu)化我們的指標(biāo)，或者說有效全面的構(gòu)建因素與水平的相應(yīng) 曲面和等高線。試驗(yàn)點(diǎn)一般根據(jù)回歸試驗(yàn)的旋轉(zhuǎn)性來選取，而且它的水平應(yīng)該根據(jù)功效、因子數(shù)、中 心點(diǎn)數(shù)等方面的合理設(shè)置，以確?；貧w模型的可靠性和有效性。我們可以就分析和建立起因素和指標(biāo)間的回歸模型， 而且可以通過優(yōu)化的手段來確定 最終的因子水平設(shè)定。為了保險起見，我們

9、最后在得到最佳參數(shù)水平組合后進(jìn)行一些驗(yàn)證試驗(yàn)來檢查我們的 結(jié)果。第七步穩(wěn)健設(shè)計現(xiàn)實(shí)中還存在一類這樣的因素，它對指標(biāo)影響同樣的顯著，但是它很難通過人為的控 制來確保其影響最優(yōu)，這類因素我們一般稱為噪聲因素，它的存在往往會使我們的試 驗(yàn)成果功虧一簣，所以對待它的方法，除了盡量的控制之外可以選用穩(wěn)健設(shè)計的方法， 目的是這些因素的影響降低至最小，從而保證指標(biāo)的高優(yōu)性能。例如我們的汽車行駛的路面，不可能保證都是在高級公路上，那么對于一些差的路面， 我們怎樣來設(shè)計出高性能呢？這時我們會選擇出一些抗干擾的因素來緩解干擾因素 的影響。穩(wěn)健設(shè)計通常我們會經(jīng)常使用在設(shè)計和研發(fā)階段，但有時也會隨著問題的產(chǎn)生而暴露 出來，但我們會提出一個問題了：重新選定主要因素的水平會不會帶來指標(biāo)的震蕩和 劣化。我們可以通過EVOP等途徑來重新設(shè)定以保證因素更改后的輸出效果。試驗(yàn)設(shè)計在工業(yè)生產(chǎn)和工業(yè)設(shè)計中能發(fā)揮重要的作用，提高產(chǎn)量，減少質(zhì)量波動，提 高產(chǎn)品質(zhì)量改水準(zhǔn)、大大縮短新產(chǎn)品試驗(yàn)周期、降低成本等。試驗(yàn)設(shè)計的方法很多， 根據(jù)