Taguchi田口實驗設(shè)計培訓(xùn)

IntroductiontoDesignofExperiments(DOE)-Taguchi

實驗設(shè)計介紹－田口方法

適用于Minitab15中文版

楊海峰

浙江九洲藥業(yè)股份有限公司

2010.01.15實驗設(shè)計DesignofExperiments(DOE)?試驗設(shè)計是一種研究與處理多因子試驗的科學(xué)方法。和傳統(tǒng)的分析方法采用多次單因子試驗相比，試驗設(shè)計方法允許在同一試驗中包含多個變量，大大提高試驗效率并降低成本。X1X2X3X4X5Y1Y2Process生產(chǎn)過程Inputs輸入Process過程Outputs輸出溫度時間pH壓力原料配比收率雜質(zhì)以上反應(yīng)共有5個關(guān)鍵因子（變量），假定每個因子有兩個水平（取值）。傳統(tǒng)方法進(jìn)行試驗需要進(jìn)行25＝32次。而試驗設(shè)計方法只需要進(jìn)行8次試驗就可以得出較高置信度的結(jié)論！傳統(tǒng)試驗析方法和試驗設(shè)計比較傳統(tǒng)試驗方法：將應(yīng)影響輸出的眾多輸入變量（因子）在同一時間只允許有一個變量變化，其他相對固定。試驗周期長，浪費時間，可能導(dǎo)致試驗成本大幅提高，并拖延產(chǎn)品上市時間。試驗方法粗糙，因為無法考察因子間的交互影響，得到的結(jié)論可能和實際不符－導(dǎo)致質(zhì)次價高。試驗設(shè)計：試驗次數(shù)少，成本低，時間快。能考察因子間的交互影響。明確給出哪個因子是關(guān)鍵的，哪個是非關(guān)鍵的。讓我們更了解自己的工藝和如何進(jìn)行優(yōu)化控制。較高的置信度。傳統(tǒng)試驗方法－多次單因子試驗(1)以烤箱烤蛋糕為例：假定烤箱溫度和烘烤時間是兩個關(guān)鍵輸入因子?？竞玫牡案夂穸茸鳛殛P(guān)鍵輸出結(jié)果來衡量。試驗方案如下：先固定烘烤時間，試驗不同烘烤溫度的影響。再固定烘烤溫度，試驗不同烘烤時間的影響。最終確定最佳烘烤時間和溫度。傳統(tǒng)試驗方法－多次單因子試驗(2)先固定烘烤時間為30分鐘，實驗不同烘烤溫度下的蛋糕厚度優(yōu)化的溫度為200實例:烤蛋糕實例:烤蛋糕優(yōu)化的時間為30mins先固定烘烤溫度為200℃，實驗不同烘烤時間下的蛋糕厚度傳統(tǒng)試驗方法－多次單因子試驗(3)1084????結(jié)論最優(yōu)化參數(shù)在這！最終看起來最佳烘烤溫度為200℃，最佳烘烤時間為30分鐘！實例:烤蛋糕傳統(tǒng)試驗方法－多次單因子試驗(4)1081214166“真正的”最佳點在這！為什么我們沒能找到“真正的”最優(yōu)化點?傳統(tǒng)試驗方法－多次單因子試驗(5)實際上：最佳烘烤溫度和烘烤時間都和我們前面推測的不同！為什么我們沒能找到“真正的”最優(yōu)化點?因為傳統(tǒng)試驗方法沒有考察各因子間的交互影響，導(dǎo)致試驗結(jié)果和實際存在偏差。各因子間存在交互影響，日常實踐中有很多例子：眾所周知：農(nóng)產(chǎn)品施肥時，氮肥、磷肥、鉀肥施用量之間就有明顯的交互影響。剛才提到的烤蛋糕問題。合金配方中多種元素含量配比導(dǎo)致的合金性能差別。合成反應(yīng)中溫度、壓力、時間、物料配比、催化劑等等之間也往往存在非常顯著的交互影響。傳統(tǒng)試驗方法無法解決這一難題！常用的試驗設(shè)計方法全因子試驗設(shè)計分部試驗設(shè)計篩選試驗設(shè)計中心復(fù)合試驗設(shè)計Box-Behnken試驗設(shè)計田口試驗設(shè)計事實上，每種試驗設(shè)計都各有優(yōu)缺點，適用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。田口正交實驗設(shè)計法簡介Taguchi(田口)實驗設(shè)計是利用正交表來挑選實驗條件和安排實驗的實驗方法.此實驗設(shè)計方法最早是由日本質(zhì)量管理專家田口玄一(GenechiTaguchi)提出,由此又深化發(fā)展出參數(shù)優(yōu)化設(shè)計,公差設(shè)計和穩(wěn)健設(shè)計(RobustDesign).日本人認(rèn)為不懂田口正交實驗設(shè)計的工程師，就不能被稱為合格的工程師，可見其廣泛應(yīng)用的程度。田口方法在日本“質(zhì)量立國”的戰(zhàn)略中起到巨大的作用，被用到從造航天器到烤面包尋找最佳配方的角角落落，使用它的公司也因此獲得從幾萬元至上億元的收益。細(xì)節(jié)可參考《質(zhì)量工程師手冊》一書。Taguchi方法的基本概念（1）質(zhì)量損失函數(shù)(QualityLossFunction)田口方法認(rèn)為,質(zhì)量的定義是產(chǎn)品由于質(zhì)量的缺陷對帶來的損失.其損失可以用一個質(zhì)量損失函數(shù)來表示:L=K(y-m)2

L為損失y為特定的質(zhì)量特征的實際值m為質(zhì)量特征的目標(biāo)值K為損失函數(shù)的比例常數(shù)田口給質(zhì)量下了如下定義：“所謂質(zhì)量就是產(chǎn)品出廠后給社會帶來的損失”。質(zhì)量好，社會損失小；質(zhì)量差，社會損失大。Taguchi方法的基本概念（2）正交表：正交表是正交實驗設(shè)計的基本工具.是在運用組合數(shù)學(xué)理論的正交拉丁方的基礎(chǔ)上構(gòu)造的一種規(guī)格化的表格.其符號為Ln(ji)其中:L–正交表的代號n-正交表的行數(shù),即實驗次數(shù)j-正交表中的數(shù)碼,即因素的位級數(shù)i-正交表的列數(shù),即實驗因素的個數(shù)一個L8(27)的結(jié)構(gòu)為:列號實驗號12345671111221222122111312222214221212251121122621112217121111182221212Taguchi方法的基本概念（3）信噪比(SignaltoNoiseRatio)：信噪比和穩(wěn)健(Robustness)的概念緊密相關(guān),穩(wěn)健的概念追求產(chǎn)品或流程的表現(xiàn)在受到因素的波動時候的穩(wěn)定性.這個比用S/N來表示，S/N可以是:望目值–某個目標(biāo)值望大值–比如合格率

望小值–比如維修時間用Minitab進(jìn)行Taguchi實驗的實例(1)一個接觸器的使用壽命的實驗設(shè)計示例（四因子兩水平）

Y=壽命(衡量指標(biāo)為:次)

因子:A=觸片形狀(標(biāo)準(zhǔn),長)B=支撐長度(全長,.25mm間隙)C=材料厚度(0.012英尺,0.011英尺)D=方向(標(biāo)準(zhǔn),橫向)

在Minitab中,統(tǒng)計>DOE>田口>創(chuàng)建田口設(shè)計按設(shè)計鍵

選正交表

用Minitab進(jìn)行Taguchi實驗的實例(2)按因子鍵

輸入因子的名稱和水平

錄入收集的三次重復(fù)實驗的數(shù)據(jù)

設(shè)計方案完成

用Minitab進(jìn)行Taguchi實驗的實例(3)分析：統(tǒng)計>DOE>田口>分析田口設(shè)計選信噪比、均值和標(biāo)準(zhǔn)差用Minitab進(jìn)行Taguchi實驗的實例(4)信噪比選項中選“望大”（壽命越長越好）用Minitab進(jìn)行Taguchi實驗的實例(5)交互影響項分析中選中所有的可