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1、DOE實驗計畫法,讲师 : 张少鹏 先生 13801803014 E-Mail : zhangspeng,1. 實驗目的,2.實驗因子,3.交互作用,直交表实验设计(DOE)步骤,4.直交表配置,5.實驗條件,6.實驗結果,實驗設計、田口方法與品質設計,在品質設計過程中，專業技術，知識與經驗固然十分重要，但對於複雜產品或製程之設計，為了達到品質與成本之最適化，實驗計劃法 (特別是直交表實驗計劃法)則是設計者強有力之輔助 (穩健+經濟)技術，值得產品或製程設計者，改善者習取應用。,品質設計過程、目的 、技 術,品質設計主要過程,目 的,主要技術,1.品質展開,1-1 顧客要求品質展開,掌握顧客目
2、前顯在 及潛在真正之品質 需求及賣點。,市場調查法品質表 主成份分析法,品質設計過程、目的 、技 術,品質設計主要過程,目 的,主要技術,1-2 品質特性展開,掌握重要品質特性及設計重點,品質機能展開(QFD),品質設計過程、目的 、技 術,品質設計主要過程,目 的,主要技術,2.產品設計,2-1 產品系統設計,確定產品系統、規格,專業技術 損失函數,2-2 設計審查,先期發現設計缺失確保新產品之QCD,專業技術 FMEA FMECA 可靠度分析,品質設計過程、目的 、技 術,品質設計主要過程,目 的,主要技術,2-3 產品參數設計,尋求影響上階品質特性之重要參數(下階特性)及參數最適(穩健+
3、經濟)水準值,專業技術 2n型，3n型直交表 實驗計劃(望顯著),品質設計過程、目的 、技 術,品質設計主要過程,目 的,主要技術,2-4 產品公差設計,尋求不影響上階品質特性下參數水準值之最適容許差以使成本最低達到品質與成本最適化之目的,專業技術 2n、3n型直交表實 驗計劃(望不顯著) 影響度分析 損失函數,品質設計過程、目的 、技 術,品質設計主要過程,目 的,主要技術,3-3 製程參數設計,尋求影響製程管制特性之重要參數(4M1E之條件) 及參數最適水準值,專業技術 2n型，3n型直交表實驗計劃(望顯著),品質設計過程、目的 、技 術,品質設計主要過程,目 的,主要技術,3-4 製程公
4、差設計,尋求不影響製程管制特性品質下，參數之最適容許公差以降低製造成 本,專業技術 2n、3n型直交表實驗計劃(望不顯著) 影響度分析 損失函數,2.實驗設計與品質改善,在品質改善之過程(QC STORY等)中，除了仰賴專業技術及經驗外，若能輔以適當之改善技術，讓專業技術結合改善技術必能大大提昇 品質改善之有效性。 品質改善常用之技術包含QC七工具，管理圖，檢定，變異數分析，實驗計劃.等，雖然經驗或前輩告訴我們百 分之九十以上之品質問題經由專業技術結合QC七工具得以獲 得改善，但若面臨較複雜之品質問題,2.實驗設計與品質改善,(1) 影響產品品質特性或製程管制特性之參數多且，或 (2) 參數間
5、存在交互作用時則實驗計劃，尤其是直交表實 驗計劃,案,例,2.實驗設計與品質改善,確是強有力之輔助技術，它可使複雜品質問題之改善。 (1) KNOW WHY 更快，更快找到主要參數(下階或原因特性) (2n型3n型直交表實驗計劃) (2) KNOW HOW 更準更精確，經濟地找出重要+穩健之參數水準值及品質、成本兼顧之容許公差 (2n,3n型直交表實驗計劃),3.直交表的構成與配置,在進入如何應用直交表實驗計劃輔助做好產品製程參數，公差，設計與改善之前，請先行認識直交表之構成及其配置方法,3-1 直交表之構成,3-1 直交表之構成,1）2n型直交表,2）3n型直交表,1）行，列代表意義,2）
6、1，2，3代表之意義,3）直交之意義,3-1-2 直交表構成說明,3-1-1 常用之直交表類型,2n型直交表,主要有L4(2)3，L8(2)7，L16(2)15，L12(2)11，L32(2)31等四種，適用於各參數(因子)只有兩個水準(例如電壓取1.5，2.0兩水準)時之實驗。,3n型直交表,主要有L9(3)4，L27(3)13，二種，適用於各參數(因子)為三個水準(例如電壓取1.0 ,1.5,2.0三水準)時之實驗,行，列代表意義,左邊之8列，16列或27列代表該直交表之總實驗次數。上頭之7行，15行或13行代表該直交表最多可容納之實驗參數(因子)個數。,1，2，3代表之意義,2n型直交表
7、中之1，2或3n型直交表中之1，2，3代表實驗參數之水準。以L8(2)7為例，若 A參數在第1行 B參數在第2行 則第3列之實驗條件為A1B2C1D2 C參數在第4行 D參數在第7行,直交之意義,直交表中任何兩行之(11),(12),(21),(22) 或(11),(12),(13),(21),(22),(23),(31),(32),(33)之組合 組合個數相同謂之直交 例如： L8(2)7表中(11),(12),(21),(22)之組合數各為2次 L16(2)15之中(11),(12),(21),(22)之組合數各為4次,3-2 直交表之配置,3-2-1 配置之目的,直交表配置之目的，在將欲
8、列入實驗之主因子(參數)因子(參數)間之交互作用分別一一不重疊地配置於直交表中對應之行，以期各有所歸。,直交之意義,直交表中任何兩行之(11),(12),(21),(22) 或(11),(12),(13),(21),(22),(23),(31),(32),(33)之組合 組合個數相同謂之直交 例如： L8(2)7表中(11),(12),(21),(22)之組合數各為2次 L16(2)15之中(11),(12),(21),(22)之組合數各為4次,成份說明,直交中之a，b，(a.b).分別表示參數(因子)及參數間交互作用所在之行，例如： 若A因子在第1行，B因子在第2行則A與B之交互作用(若交互
9、作用不可忽視時)在第3行 若A因子在第1行，C因子在第4行則A與C之交互作用AC在第5行群之意義直交表分群是為了分割法(參數水準隨機不易時用，另行介紹)實驗配置用，若不是採分割法則群並無特別意義 若A因子在第1行，B因子在第3行則AB在第2行(aa.ba2b),群之意義,直交表分群是為了分割法(參數水準隨機不易時用，另行介紹)實驗配置用，若不是採分割法則群並無特別意義。,3-2 直交表之配置,3-2-1 配置之目的 直交表配置之目的，在將欲列入實驗之 主因子(參數) 因子(參數)間之交互作用 分別一一不重疊地配置於直交表中對應之行，以期各有所歸。,3-2 直交表之配置,3-2-2 交互作用表配
10、置法 直交表配置法有： 交互作用表配置法及 點線圖配置法 此處先介紹及練習交互作用表配置法，其步驟為： 確定需配置之實驗因子(參數)及交互作用。 確定直交表 配置,3-2 直交表之配置,3-2-3 點線圖配置法 以交互作用表配置有嘗試之性質，遇有重疊(交絡)則另試其他行直到各有所歸為止，此種現象在需配置之行數與直交表行數接近時更明顯，為了事先知道是否配置得下，或是需以更大之直交表配置， 3-2-4 實驗條件 當配置完成後，主因子所佔之行所顯示之水準組合即代表實驗之條件，以上述L16(2)15配置(一)為：,因子之類型,1.控制因子(Control Factor) 1)產品設計或Process設
11、計、管制中可以指定，控制之因子 例如：材質、角度、間距、電壓、(Product) 溫度、壓力、濃度、rpm、(Process) 2)是否為控制因子會因現有技術水準、設備而不同 例如：溫度有些設備依然未能控制則不是控制因子 溫、濕度有些公司已經能控制則屬於控制因子,因子之類型,3)實驗因子以選擇控制因子為原則 1調整因子(Adjustment Factor) 對影響大可藉調整該因子水準值以調整品質特性至目標值之控制因子稱為調整因子(事後才選定) 2.雜訊因子(Noise Factor) 目前未能控制之因子 例如：路面狀況、電力公司之電壓、環境之溫度 目前仍然未明之未知因子 雜訊因子影響實驗誤差或
12、再現性,因子之類型,3.信號因子(Signal Factor) 產品使用者或Process Controler 在使用時可以調整、設定以決定品質特性高、低之因子 例如：調整電流大、中、小或強、中、弱以調整風量之電流調整電踏板高度以調整汽車速率之踏板高度 信號因子用於動態特性之實驗時且事先選定,3-3直交表實驗法之特點,(1) 實驗次數少 在考慮交互作用下7因子2水準之實驗次數必須高達 27 128次，若主因子及需考慮之交互作用個數不超過15個則有可能只需L16(2)15表之16次實驗，最多也只需L32(2)31之32次，真可謂便宜又大碗，換言之直交表實驗計劃是事前考慮可忽視之二次交互作用(AC
13、，BD等) 及不考慮三次以上之交互作用將空出之行用以配置更多之因子大大減少實驗次數，以最少之實驗次數獲得最大情報量之實驗利器。,3-3直交表實驗法之特點,(2) 誤差較大 因直交表直交之特性因子之水準變換組合次數多，致使其實驗誤差較傳統一次變更一因子固定其他因子之實驗誤差，但也因此帶來再現性高之特點。 (3) 再現性高以直交表實驗所尋求之最適條件，平均之再現性在85以上，可謂十分高了。,因子之類型,4.產品或製程參數，公差設計，改善 2n型直交表DOE 產品製程之參數或公差設計(品質設計)或產品製程之參數，公差改善(品質改善)主要有下列途徑： (1)依據已知之理論式，配合CAD，模擬等方法尋求
14、重要之參數，參數最適水準值及公差。此一途徑適合已有理論依據時，其優點為參數水準值之範圍較不受限制。 (2) 以專業技術輔以，Cp，檢定等基本統計技術進行,因子之類型,(3) 以專業技術輔以2n型或3n型直交表DOE進行事半功n倍的參數，公差設計，改善。此一途徑適合： 尚缺理論依據可供應用或 雖有理論依據但未能完全適用 理論不明，參數(因子)多且交互作用不能忽視時 本章先介紹及練習2n型直交表DOE之實施步驟，3n型則留待另章介紹,4-1 2n型直交表DOE實施步驟,S2：確立實驗目的 實驗目的: 1.可分為(1)望大(LTB) (2)望小(STB) (3)望目(Nominal The Best
15、) 2.若是分階段實驗時先求降低2再求讓接近目標值(望目時) 本例：扭力為望大,4-1 2n型直交表DOE實施步驟,S3：現況分析(設計型主題則不必做) 1.若為品質改善時則應先進行現況分析，根據現況分析之結論進行原因 分析，再依原因(參數)之多寡，真因明否？交互作用之有無，決定是 否應用直交表DOE進行分析改善。,4-1 2n型直交表DOE實施步驟,2.若現況為1)雙峰2)週期性3)異 常型4)差異型等 經由層別即可能達到目的 時，則還不必用直交表 DOE這把牛刀了！,4-1 2n型直交表DOE實施步驟,S4：原因分析與實驗因子選定 1. 原因分析 2.決定實驗參數(因子)：(單或複合因子) 本事例影響扭力偏低共同原因之主要參數(因子)有 (1)心輪孔距(A) (2)壓力角(B) (3)螺絲外徑與長度比(C) (4)傳動桿長度(D) (5)傳動桿後孔距(F) (6)前孔距(G) 等六個主因子 實驗設計、田口方法與品質設計，品質改善,1. 原因分析： (1)若為設計型(off-line)主題則直接做共同原因分析 例如： 扭力值 (2)若為改善型(on-line)主題則依現況分析之結果做各類型原因分析 異常原因分析：(不必接DOE) 天扭力值異常
