DOE與Miniab經典培訓定義管理資料

DOE（實驗設計）與Minitab培訓Roc.Luo2011.01.26課程目錄有關DOE與定義DOE的一般模式DOE的意義DOE的分類DOE常見術語DOE處方DOE方法演示1.陳述問題和實驗目標2.選擇“Y”-響應變量3.陳述因子和水平4.選擇DOE5.實施實驗及收據數(shù)據6.分析實驗結果7.結論和計劃6a.為整個模型建立方差分析表

●統(tǒng)計>DOE>因子>分析因子設計…6b.用簡化模型重新分析實驗6c.進行殘值診斷，保證模型適合

●統(tǒng)計>回歸>回歸…

●統(tǒng)計>DOE>因子>分析因子設計-圖形6d.研究顯著的交互作用（P-值<0.05)-首先從高階入手

●統(tǒng)計>DOE>因子>因子圖…

●統(tǒng)計>方差分析>交互作用圖…6e.研究顯著的主效果（P-值<0.05)

●統(tǒng)計>DOE>因子>因子圖…

●統(tǒng)計>方差分析>交互作用圖…6f.獲得的數(shù)學模型Y=f(X),計算%SS的影響和評估實際的重要性DOE的關鍵因素a)確定實驗限制條件b)設計實驗--確定實驗設計方法●統(tǒng)計>DOE>因子>創(chuàng)建因子設計…c)噪聲變量d)分組與隨機化e)重復與再現(xiàn)f)確定樣本容量DOE:即實驗設計(DesignofExperimental)--是對實驗方案進行優(yōu)化設計、以降低實驗誤差和生產費用，減少實驗工作量并對實驗結果進行科學分析的一種科學研究方法；是一種藉用實驗的手段來決定最佳設計或生產的方法。Minitab軟件：是為DOE、質量改善、教育和研究應用領域提供統(tǒng)計軟件和服務的先導。MINITAB被許多世界一流的公司與四千多所院校所采用。有關DOE與定義愛迪生的助手尼古拉.特勒撒說：“我非常同情他的工作狀況，如果有一點點理論和計算能幫助他的話，就將節(jié)省他90%的精力?！睈鄣仙强靠喔善闯鰜淼模窃谶呍囼炦叿治龊蟠_定下次試驗該怎幺做的。這種方法速度太慢，已經無法適應快速發(fā)展的需求了。天才靠的是1%的靈感和99%的汗！--ThomasEdison愛迪生的汗水DOE的一般模式因子的來源考慮:因果圖(魚骨圖),FMEA,柏拉圖,頭腦風暴法…每個因子存在不同的水平(level)觀測值可能受到噪音的影響,DOE將通過不同的試驗,以得到實際的X和Y的關系.<工程或系統(tǒng)的一般模型>DOE的意義1為什么需要試驗設計1、優(yōu)化設計的必要性提高產量；減少變異性，與額定值或

目標值更為一致；減少開發(fā)時間；減少總成本；DOE的意義2基本研究1、發(fā)現(xiàn)相關問題2、明了技術要點產品設計1、靈敏度分析2、建立可靠性的公差3、特征組件4、特征結構5、包括低成本組件6、包括低等級物料7、最小的變化8、性能的改善工藝研發(fā)1、變量研究2、變量的優(yōu)化設置3、建立可靠公差4、發(fā)現(xiàn)降低成本的解決辦法2、實驗設計的作用工藝研發(fā)5、優(yōu)化變化6、改善過程中心7、減少生產周期8、降低壞品率9、改善產品的可靠性工藝改善1、解決問題2、明了變量及過程之關系3、進行過程能力研究4、設備及方法比較計量1、進行測量系統(tǒng)研究2、判定誤差的主要來源3、最小測量誤差DOE的分類全因子實驗2K

因子設計2K因子與中心點

隨機化區(qū)組實驗

部分因子實驗設計響應曲面設計田口設計混料設計過程參數(shù)設計優(yōu)化選擇最佳的參數(shù)組合使產品對雜音最不敏感；應用直交表進行原因檢測和平均值的處理；應用直交表使變異最??；最低成本田口試驗是運用最多的好方法DOE常見術語1我們假定過程的結果當中，y1，y2，y3……是我們關心的輸出變量，這些我們常常稱之為響應（response）我們將影響響應的那些變量稱為實驗問題中的因子。其中x1,x2,x3是人們在實驗中可以控制的因子，我們稱為可控因子（controlledfactor）在影響過程和結果的因子中除了控制因子還包括一些不可控因子（uncontrolledfactor）：u1,u2……,他們通常包括環(huán)境、操作員、材料批次等，對于這些變量我們通常很難把它們控制在某個精確值上。不可控因子-噪音U響應Y可控因子X可控因子是影響過程最終結果（響應）的輸入變量。DOE常見術語2響應（Response):實驗輸出的結果，即因變量，通常用“Y”表示。因子（Factor):影響實驗輸出結果的不同輸入變量，即自變量，通常用“X”表示。水平（Level):實驗中對因子的不同設定值。噪音（Noise):不可控制的因子/因素。分組（Blocking):也叫做模塊化，將噪音的干擾最小化的方法。隨機化（Randomization)：以一種隨機的次序做試驗。（消除噪音變量或隨機誤差的影響）編碼（Code）:用簡單的符號或數(shù)字來代替“X”的時間的水平的方法。通常把計量型

因子的高水平設定為“+1”，低水平設定為“-1”，中心水平設定為“0”。重復（Repetition):一種組合的反復，以得到相同水平的多個結果。也即在一個實驗配置組

合條件下測試數(shù)個樣品（揭示短期有效性）再現(xiàn)(Replication):

以隨機的次序重復整個實驗，而不是按同樣的次序把實驗再做一次。

（降低系統(tǒng)誤差和隨機誤差）。也即在一個時間序列上重做整個實驗（揭示長期有效性）主效果（MainEffect):對單個因子而言，從一個水平到另一個水平的變化對輸出的平均影響交互作用（Interaction):即一個因子A對Y的影響的影響，依賴于因子B所處的水平。

則稱A與B有交互作用。DOE常見術語3實驗次數(shù):多水平實驗次數(shù)=K1*K2*K3…(K1,K2,K3為第K個因子的水平數(shù)）。

兩水平實驗次數(shù)=2K;三水平實驗次數(shù)=3K。計量特性的種類（田口試驗）望目特性：此特性具有一特定的目標值(愈近目標值愈好)，例如尺寸、換檔壓力、間隙、

粘度等。望小特性：目標的極端值是(值愈小愈好)，例如磨耗、收縮、劣化、雜音水準等望大特性：目標值為無限大(值愈大愈好)，例如強度、壽命、燃料效率等。附：品質特性可分為二類計量特性：能以連續(xù)尺度量測。如厚度、濃度、時間等。計數(shù)特性：不能以連續(xù)尺度量測，但能按不連續(xù)分級尺度分類。常依主觀而判定，如

好、更好、最好、不合格、不合格品數(shù)等。DOE常見見術術語語4-正交交表表正交交表表（（直直交交表表））特特點點：：每一一列列都都是是自自我我平平衡衡，，即即每每一一列列中中各各水水準準出出現(xiàn)現(xiàn)的的頻頻率率相相同同。。每兩兩列列間間都都是是互互相相平平衡衡，，即即在在某某一一列列中中出出現(xiàn)現(xiàn)某某水水準準的的所所有有實實驗驗組組，，在在另另一一列列中中出出現(xiàn)現(xiàn)各各水水準準的的頻頻率率相相同同。。陳述述實實際際問問題題和和實實驗驗目目的的選擇擇““Y”—響應變量量陳述因子子和水平平選擇DOE實施實驗驗及收集集數(shù)據分析實驗驗結果結論和計計劃通過DOE想達到什么目的的?Y是什么？？計量型型？計數(shù)數(shù)型？如產出率率,作業(yè)時間間,清潔度等等如溫度(100℃,150℃℃),重量(20,30,40kg)全因子實實驗,田口設計計,2K因子實驗驗或響應應曲面設設計等收集實驗驗結果的的數(shù)據運用Minitab進行實驗驗數(shù)據分分析制定改善善方案DOE的處方必要時重重復實驗驗陳述問題題和實驗驗目的選擇“Y”—響應變量量陳述因子子和水平平選擇DOE實施實驗驗及收集集數(shù)據分析實驗驗結果結論和計計劃首先要明明白實驗驗的目的的到底要要什么？？?把握VitalFewX’s(少數(shù)關鍵鍵X）的影響響程度?把握選定定的重要要X之間的交交互作用用?建立X和Y的預測模模型?決定Y最佳化的的X的條件:DOE處方-1.陳述實際際問題和和實驗目目的選擇響應應變量““Y”(特性值)?響應變量量的定義義-改善的目目的是什什么?[目標值(平均)/散布水準準(標準偏差差)]-響應變量量隨著時時間變嗎嗎?響應變量量是否具具備正態(tài)態(tài)分布?-希望能發(fā)發(fā)現(xiàn)出多多大的響響應變量量的變化化程度?-MSA（測量分分析系統(tǒng)統(tǒng)）是否否可靠?-希望得到到多個輸輸出響應應變量嗎嗎??計數(shù)型與與計量型型數(shù)據的的比較?計數(shù)型屬屬性數(shù)據據（合格格/不合格率率）的有有效性不不及計量量型數(shù)據據（連續(xù)測測量數(shù)據據），這這表明明需要大大量的數(shù)數(shù)據才能能得出數(shù)數(shù)據有效效的統(tǒng)計結論。。所以以盡量選選擇計量量型數(shù)據據作為Y,以避免收收集大量量數(shù)據陳述問題題和實驗驗目的選擇“Y”—響應變量量陳述因子子和水平平選擇DOE實施實驗驗及收集集數(shù)據分析實驗驗結果結論和計計劃DOE處方-2.選擇“Y”響應變變量陳述問題題和實驗驗目的選擇“Y”—響應變量量陳述因子子和水平平選擇DOE實施實驗驗及收集集數(shù)據分析實驗驗結果結論和計計劃DOE處方-3.陳述因子子和水平平決定因子子選擇“X”因子，，盡量為為計量型型，可以以從以下下來：-因果圖-頭腦風暴暴法-流程圖-專家意見見-供應商輸輸入-競爭性分分析-分析階段段結果寧缺毋濫濫！?處理噪音音變量（（不可控控因子））的方法法-利用隨機機化-試圖把噪噪音變量量維持為為常數(shù)的的方法-利用Block化-反復實驗驗陳述問題題和實驗驗目的選擇”Y”——響應變量量陳述因子子和水平平選擇DOE實施實驗驗及收集集數(shù)據分析實驗驗結果結論和計計劃決定因子子的水平平?按因子數(shù)數(shù)及影響響的特性性選擇水水平數(shù)-因子多時時,用2水平-只有線形形影響時時,用2水平-估計有曲曲線影響響時,用3水平?水平的范范圍設定定:-選擇“X”變量量，要有有足夠的的范圍以以體現(xiàn)差差異。-不可脫離離實現(xiàn)可可能性的的范圍(但可以超超出當前前Process的范圍)。-對計量性性數(shù)據的的輸入變變量的水水平設定定,大體上要考慮當當前條件件的界限限。DOE處方-3.陳述因子子和水平平陳述問題題和實驗驗目的選擇“Y”—響應變量量陳述因子子和水平平選擇DOE實施實驗驗及收集集數(shù)據分析實驗驗結果結論和計計劃考慮實驗驗的目的的和預算算等選擇擇DOEDOE處方-4.選擇DOE當設計一一個實驗驗時，要要考慮如如下關鍵鍵因素…a)實驗限制制條件b)實驗設計計方法c)噪聲變量量d)隨機化和和分組e)重復和反反復f)樣本容量量實驗設計計的關鍵鍵因素(1)DOE處方-4.選擇DOE4a)確定實驗驗限制條條件確定實驗驗可采用用方案數(shù)數(shù)與實驗驗次數(shù)的的限制條條件。實驗限制制條件可可以是時時間，金金錢，人人力資源源，物質質限制等等。決定你將將做多少少次實驗驗。結合你的的實驗目目的，選選擇最佳佳實驗設設計及你你可以采采用的最最多的實實驗次數(shù)數(shù)。注意：1.不要在第第一次實實驗中用用完你所所有的資資源…2.成功的DOE是一個反反復的過過程，不不是一次次實驗就就能完成成的！實驗設計計的關鍵鍵因素(2)DOE處方-4.選擇DOE4b)設計實實驗--確定實實驗設設計方方法篩選實實驗6以上部分因因子實實驗4~10全因子子實驗驗1~5田口設設計2~13DOE種類因子數(shù)數(shù)量選別重重要因因子選別重重要因因子因子與與Y的關系系尋找因因子的的最佳條條件組組合目的區(qū)分主主效果果主效果果和部分交交互作作用所有主主效果果和交互作作用(線性效效果））設計或或工序序參數(shù)優(yōu)優(yōu)化作用低現(xiàn)在工序知知識狀態(tài)高響應曲曲面實實驗2~3設定因因子的的最佳條條件反應變變量的的預測模模型(曲線效效果））效果4c)噪聲變變量噪聲變變量會影響響實驗驗結果果，但但是我我們不不能控控制它它或選選擇對對其不不進行行控制制。此此類變變量為為已知知或未未知。。范例：：-季節(jié)因因素，，溫度度、濕濕度-設備-操作人人員-原材料料實驗設設計的的關鍵鍵因素素(3)DOE處方-4.選擇DOE通?？煽梢酝ㄍㄟ^分分組和和隨機機化來來降低低噪聲聲變量量的影影響?。嶒炘O設計的的關鍵鍵因素素(4)4d)分組（（Blocking)將數(shù)據據分成成類似似的幾幾組，，以將將噪聲聲或潛潛伏變變量的的影響響降到到最小小。實例：：在四把把槍（（A、B、C和D)及四個個戰(zhàn)士士測試試槍好好不好好。AAAABBBBCCCCDDDDABCDBCDACDABDABC戰(zhàn)士1戰(zhàn)士2戰(zhàn)士3戰(zhàn)士4造成改改變的的原因因是槍槍還是是戰(zhàn)士士？4d)隨機化化（Randomizing)通過分分組方方法對對槍和和戰(zhàn)士士進行行獨立立測試試減少包包括噪噪聲和和潛伏伏變量量在內內的其其他變變量的的影響響。隨機化化：-運行順順序-測量順順序……DOE處方-4.選擇DOE實驗設設計的的關鍵鍵因素素(5)4e)重復（（Repetition)在不重重新設設置的的情況況下，，對每每次實實驗運運行測測量多多個樣樣本。。如AABBCC-更好地地估計計短期變差再現(xiàn)（（Replication)完全重重新設設置整個實驗，，以得得到相相同水水平的的多個個結果果。如ABCABC-更好地地估計計長期變差壓力：：LLLLHHHH溫度：：LLHHLLHH壓力：：LLHHLLHH溫度：：LHLHLHLHDOE處方-4.選擇DOE實驗設設計的的關鍵鍵因素素(6)DOE處方-4.選擇DOE4f)確定樣樣本容容量因為觀觀測值值會有有變化化，我我們知知道不不能總總相信信測試試一個個樣本本得出出的結結果。。考慮以以下因因素：：Y的標準準差（（σ），通通常通通過歷歷史數(shù)數(shù)據得得到。。實驗結結果要要得到到的重重要的的差異異的大大?。ǎé模?，δ=目標值-現(xiàn)在值確定適當樣樣本數(shù)量的的置信水平平（α，β）通常取α=0.05，β=0.10.成本（﹩﹩）測試大數(shù)量量樣本可能能耗費較高的的資金和時時間成本。有時較大大量的樣本本也不容易易（或不可能））收集。目標是以較較低成本測試足量的的樣本，以使結果果擁有充分的置信信度。同時達到到兩個目標并不總總是可能。。樣本量的收收集幾乎總總是在精確確度和成本本之間進行行權衡。通常經驗做做法是實驗驗Replication的次數(shù)取2次以上。實施實驗及及收集數(shù)據據?確保進行實實驗前應設設計好數(shù)據據記錄表（（可以利用Minitab），以保證在設設計好的表表格內記錄錄所有數(shù)據據。?在實驗進行行過程中應應一直在場，因為你無無法預料會會發(fā)生什么么樣的情況??！準備數(shù)據據收集計劃劃.?保留實驗樣樣本將會對對你有所幫幫助，如果果某一測量量值出現(xiàn)問問題，你可以重新新測量該樣樣本。?訓練數(shù)據收收集者.?有必要可以以示范運營營.?實施實驗并并收集數(shù)據據.陳述問題和和實驗目的的選擇“Y”—響應變量陳述因子和和水平選擇DOE實施實驗及及收集數(shù)據據分析實驗結結果結論和計劃劃DOE處方-5.實施實驗及及收集數(shù)據據陳述問題和和實驗目的的選擇“Y”—響應變量陳述因子和和水平選擇DOE實施實驗及及收集數(shù)據據分析實驗結結果結論和計劃劃DOE處方-6.分析實驗結結果6a.為整個模型型建立方差差分析表●●統(tǒng)計>DOE>因子>分析因子設設計…6b.簡化模型（（去除不顯顯著的項或或平方和影影響低的項項）3.進行殘值診診斷，保證證模型適合合●統(tǒng)計>回歸>回歸…4.研究顯著的的交互作用用（P-值<0.05)-首先從高階階入手●統(tǒng)計>DOE>因子>因子圖…●統(tǒng)計>方差分析>交互作用圖圖…5.研究顯著的的主效果（（P-值<0.05)●統(tǒng)計>DOE>因子>因子圖…●統(tǒng)計>方差分析>交互作用圖圖…6.陳述獲得的的數(shù)學模型型Y=f(X),計算%SS的影響和評評估實際的的重要性DOE處方-6.分析實驗結結果進行殘差診診斷，保證模型適適合四合一圖的的判斷方法法：1)正態(tài)概率圖圖：觀察殘差差的正態(tài)性檢驗驗圖：是否符符合正態(tài)分分布.2)殘差與擬合值圖：觀察殘差對對于以各自變量為橫軸的散散點圖：是是否有彎曲曲趨勢。3)直方圖：觀察殘差差對于以響應變量擬擬合預測值值為橫軸的散散點圖：等等方差性，，即是否有“漏斗型”或“喇叭型”。4)殘差與順序圖：觀察殘差差對于以觀測值順序為橫軸軸的散點圖圖：是否隨隨機波動。。需回答的問問題：?Y是否存在改改善跡象？？?實驗結果是是否具有統(tǒng)統(tǒng)計顯著性性？?實驗結果是是否具有實際顯著性？?我們是否需需要運行附附加實驗？？?重新驗證實實驗，實驗驗結果能夠夠再現(xiàn)嗎？？?以后應該如如何應用實實驗結果控控制該工程程？總結與計劃劃：?利用所有已已知的情報報解釋實驗驗結果?設定對輸出出變量的預預測模型并并決定最佳佳因子水平平?追加實驗確確認結論(再現(xiàn)性實驗驗)?沒有得到較較好的結果果應制定對對策(必要的話實實施追加實實驗)?將模型轉換換為真實的的流程設置置，下結論論?對結論和改改善方案制制作成報告告書?提議復制最最佳狀態(tài)，，計劃下一一步實驗并并將變化制制度化。結論和計劃劃陳述問題和和實驗目的的選擇”Y”—響應變量陳述因子和和水平選擇DOE實施實驗及及收集數(shù)據據分析實驗結結果DOE處方-7.結論和計劃劃DOE方法演示--熱處理實例例一名工程師師想要了解解合金鋼硬硬度隨著熱熱處理工藝藝變化的變變化。他設計了一一個實驗，，用兩種不不同的溫度(低和高)，兩個時間(短和長)，來自兩個不同制制造商的爐子。但但他只有足夠做做一次復制制實驗的資源。步驟1:陳述實際問問題該工程程師想要了了解合金鋼鋼的硬度。。步驟2:選擇擇”Y””——響應應變變量量合合金金鋼鋼的的硬硬度度HRC步驟驟3:陳述述重重要要的的因因子子和和水水平平溫溫度度:1&2；時時間間:1&2；爐爐子子:A&BDOE方法法演演示示--熱處處理理實實例例步步驟驟4：設設計計實實驗驗選擇擇樣樣本本尺尺寸寸已已知知:重復復一一次次(有多多少少種種實實驗驗組組合合?)DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步步驟驟4：設設計計實實驗驗（續(xù)續(xù)））DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步步驟驟4：設設計計實實驗驗（續(xù)續(xù)））DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步步驟驟4：設設計計實實驗驗（續(xù)續(xù)））數(shù)據據附附在在本本培培訓訓資資料料的的文文件件夾夾目目錄錄下下（根據據上上表表安安排排8組實實驗驗）DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步驟驟6：分析析實實驗驗結結果果（先先打打開開Minitab軟件件，，從從文件件\打開開工工作作表表\...打開開））6a.為整整個個模模型型建建立立方方差差分分析析表表DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步驟驟6：分析析實實驗驗結結果果（續(xù)續(xù)））6a.為整整個個模模型型建建立立方方差差分分析析表表DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步驟驟6：分析析實實驗驗結結果果（續(xù)續(xù)））6a.為整整個個模模型型建建立立方方差差分分析析表表DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步驟驟6：分析析實實驗驗結結果果（續(xù)續(xù)）6a.為整整個個模模型型建建立立方方差差分分析析表表DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步驟驟6：分析析實實驗驗結結果果（續(xù)續(xù)））6a.為整整個個模模型型建建立立方方差差分分析析表表DOE方法法演演示示-熱處處理理實實例例步驟驟6：分析析實實驗驗結結果果（續(xù)續(xù)））6b.用簡簡化化模模型型重重新新分分析析實實驗驗(去除除不不顯顯著著的的項項或或平平方方和和影影響響低低的的項項））DOE方法法演演示示-熱處處理理實實