實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)第1頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四什么是試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）第2頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第3頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第4頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第5頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第6頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第7頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第8頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第9頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第10頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四掉入溝槽!如何改進(jìn)我的比賽成績(jī)？第11頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四為何要使用DOE?改變一個(gè)過(guò)程的平均值。降低變異。改變平均值并且降低變異。x1x2第12頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四試驗(yàn)設(shè)計(jì)(DOE)消除自變量對(duì)響應(yīng)變量的影響。過(guò)程XY第13頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)是優(yōu)化產(chǎn)品和過(guò)程設(shè)計(jì)、加速設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期、降低開(kāi)發(fā)成本、改善從研發(fā)、設(shè)計(jì)到制造過(guò)程的產(chǎn)品轉(zhuǎn)換和解決制造問(wèn)題的強(qiáng)有力工具。如今，試驗(yàn)設(shè)計(jì)被看作一個(gè)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(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四咖啡例:

因子及其水平第15頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四主要影響:每個(gè)自變量本身對(duì)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(yè)，共43頁(yè)，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(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四為什么要“統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)”?統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)允許同時(shí)考慮所有懷疑會(huì)對(duì)品質(zhì)問(wèn)題產(chǎn)生影響的可能因素，即使存在交互作用影響，也可對(duì)主要影響進(jìn)行評(píng)估。因?yàn)榭稍谕瑫r(shí)對(duì)大量變量進(jìn)行簡(jiǎn)單和迅速的處理，統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)將在解決許多問(wèn)題時(shí)發(fā)揮作用。第18頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)設(shè)計(jì)雖然通過(guò)少數(shù)幾次實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)人員即可發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵的因子，但較多次的試驗(yàn)將產(chǎn)生更有價(jià)值的結(jié)果。試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四環(huán)球汽車(chē)公司DOE:

（車(chē)徽無(wú)法粘上）第20頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(mén)，當(dāng)y不等于T時(shí)，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(yè)，共43頁(yè)，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(dòng)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(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第23頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第24頁(yè)，共43頁(yè)，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(dòng)盡可能?。?，這樣才能使質(zhì)量損失低減，改進(jìn)的一種非常重要的工具就是試驗(yàn)設(shè)計(jì)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)是對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行優(yōu)化設(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)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)分析的一種科學(xué)方法。第25頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種研究與處理多因素試驗(yàn)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(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程輸入(XS)輸出(y)輸入(XS)輸出(y)制造過(guò)程設(shè)計(jì)過(guò)程第26頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法允許在同一試驗(yàn)中包含多個(gè)變量傳統(tǒng)的試驗(yàn)分析方法是多次單因素試驗(yàn)將影響輸出的眾多輸入變量在同一時(shí)間只允許有一個(gè)變量變化，其它相對(duì)固定，如下圖所示：

制造過(guò)程①變化②固定③固定④固定制造過(guò)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(yàn)方法場(chǎng)合一，變量①變化，②、③、④不變。場(chǎng)合二，變量②變化，①、③、④不變。固定第27頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四同一時(shí)間一個(gè)因素(OFAT)策略O(shè)FAT策略是在一個(gè)時(shí)間內(nèi)將其它所有因素固定，只變動(dòng)一個(gè)因素，其它時(shí)間第2個(gè)因素保持變動(dòng)，其它所有因素都保持固定的試驗(yàn)方法。OFAT方法所確定的優(yōu)化操作點(diǎn)常是不準(zhǔn)確的。第28頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例一位工程師想確定兩個(gè)關(guān)鍵變量的參數(shù)值，以使過(guò)程合格率最大化。當(dāng)前的水平設(shè)置為溫度200°C，時(shí)間8hr.該工程師先將時(shí)間固定在8hr，將溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)以觀測(cè)過(guò)程變化。然后將溫度固定在試驗(yàn)所得的最好水平上，對(duì)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整進(jìn)行試驗(yàn)。第29頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四例步驟1:第30頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四步驟2:例第31頁(yè)，共43頁(yè)，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(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四9085807570試驗(yàn)最優(yōu)值實(shí)際最優(yōu)值第33頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四OFAT方法的局限性試驗(yàn)最優(yōu)值不同于實(shí)際最優(yōu)值，因?yàn)镺FAT方法未考慮因素之間的交互作用。.交互作用是一個(gè)因素對(duì)響應(yīng)變量的影響依賴(lài)于另一個(gè)因素的水平。解決方案可以在因子設(shè)計(jì)中找到。YX1,LoX1,HiInteractionExistsX2,LoX2,HiYX1,LoX1,HiNoInteractionX2,LoX2,Hi第34頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四上圖分析可得知傳統(tǒng)試驗(yàn)方法明顯具有以下缺點(diǎn)。1、試驗(yàn)周期長(zhǎng)，浪費(fèi)時(shí)間，這可能導(dǎo)致試驗(yàn)成本大幅提高，并影響產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)機(jī)。2、試驗(yàn)方法粗糙，因?yàn)樵谠囼?yàn)其中一個(gè)因素時(shí)，其它因素保持不變，這樣得出的結(jié)論可能和實(shí)際不符，這可能導(dǎo)致以高價(jià)賣(mài)給消費(fèi)者低品質(zhì)的產(chǎn)品。與傳統(tǒng)方法不同，試驗(yàn)設(shè)計(jì)允許在同一時(shí)間存在多個(gè)輸入變量的變化，下面是一張有7個(gè)輸入變量、每個(gè)變量有兩個(gè)取值（兩水平）的試驗(yàn)設(shè)計(jì)表。（后須將詳細(xì)講解。）第35頁(yè)，共43頁(yè)，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(yàn)，需要的試驗(yàn)次數(shù)為27=2×2×2×2×2×2×2=128次，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(huì)問(wèn)，將試驗(yàn)次數(shù)由128次降至8次，這樣試驗(yàn)到底是否會(huì)變差？試驗(yàn)設(shè)計(jì)其實(shí)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(yàn)的方案，目前所用的試驗(yàn)表均為統(tǒng)計(jì)專(zhuān)家在做大量分析、試驗(yàn)的基礎(chǔ)上確定的。保證了較高的置信度，即試驗(yàn)設(shè)計(jì)能以較少的試驗(yàn)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(jià)值的結(jié)果。L8（27）第36頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四試驗(yàn)設(shè)計(jì)的用途通過(guò)試驗(yàn)我們可以達(dá)成以下目標(biāo)1、確定、驗(yàn)證和優(yōu)化制造過(guò)程的主要影響變量及其影響。2、創(chuàng)造對(duì)物料和部品變化不敏感的制造過(guò)程。3、設(shè)計(jì)對(duì)使用環(huán)境不敏感（即受環(huán)境的影響?。┑漠a(chǎn)品。4、降低總的設(shè)計(jì)周期。5、減少ECN（設(shè)計(jì)變更通知書(shū)）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(jì)產(chǎn)品的工藝性。8、為制造過(guò)程列出問(wèn)題及解決方案。9、減少對(duì)產(chǎn)品的檢查和測(cè)試。第37頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四試驗(yàn)設(shè)計(jì)的作用1、在進(jìn)行基礎(chǔ)研究時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)可用來(lái)（1）發(fā)現(xiàn)變量間的聯(lián)系（2）明確技術(shù)要點(diǎn)2、在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)可用來(lái)（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(jì)布局（5）使用較低等級(jí)的材料和部品（6）減少變異（7）改善新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的性能第38頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、在進(jìn)行制造過(guò)程（工藝）設(shè)計(jì)時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)可用來(lái)（1）進(jìn)行過(guò)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(guò)程變化（6）將過(guò)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(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、在過(guò)程改善時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)可用來(lái)（1）解決問(wèn)題（2）確定過(guò)程變量間的相互關(guān)系（3）進(jìn)行過(guò)程能力研究（4）比較設(shè)備和方法的影響度5、計(jì)量時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)可用來(lái)（1）進(jìn)行量具研究（2）確定主要誤差（3）將測(cè)量誤差降至最小第40頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法與有名的“實(shí)踐是檢驗(yàn)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(shí)和數(shù)據(jù)說(shuō)話?！蓖?jīng)過(guò)大量推理、統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)論其價(jià)值根本無(wú)法和試驗(yàn)設(shè)計(jì)得出的結(jié)論相齊并論，因?yàn)楹笳呤墙⒃谑聦?shí)基礎(chǔ)上的。所以試驗(yàn)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)、改善等各階段、領(lǐng)域都有巨大的應(yīng)用價(jià)值。但由于種種原因，目前，試驗(yàn)設(shè)計(jì)在我國(guó)企業(yè)組織中的應(yīng)用還非常有限，由此造成的損失就無(wú)法估量，如果我國(guó)有一半企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造中應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，所節(jié)約的資金將數(shù)以千億計(jì)。第41頁(yè)，共43頁(yè)，2023年，2月20日，星期四試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jué)判斷