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1、深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -1- DOEDOE(实验设计)(实验设计) 与与MinitabMinitab 培训培训 Roc.Luo Roc.Luo 2011.01.262011.01.26 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -2- 课程目录 u有关DOE与定义 uDOE的一般模式 uDOE的意义 uDOE的分类 uDOE常见术语 uDOE处方 uDOE方法演示 1.陈述问题和实验目标 2.选择“Y”-响应变量 3.陈述因子和水平 4.选择DOE 5.实施实验及收据数据 6.分析实验结果 7.结论和计划 6a.为整个模型建立方差分析表 统计DOE因子分析因
2、子设计 6b.用简化模型重新分析实验 6c.进行残值诊断,保证模型适合 统计回归回归 统计DOE因子分析因子设计 - 图形 6d.研究显著的交互作用(P-值DOE因子因子图 统计方差分析交互作用图 6e.研究显著的主效果(P-值DOE因子因子图 统计方差分析交互作用图 6f.获得的数学模型Y=f(X),计算%SS的影响和评估实际的重要性 DOE的关键因素 a)确定实验限制条件 b)设计实验-确定实验设计方法 统计DOE因子创建因子设计 c)噪声变量 d)分组与随机化 e)重复与再现 f)确定样本容量 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -3- DOE:即实验设计(Design o
3、f Experimental)-是对实验方案进行优化设计、 以降低实验误差和生产费用,减少实验工作量并对实验结果进行科学分析的 一种科学研究方法;是一种藉用实验的手段来决定最佳设计或生产的方法。 Minitab软件:是为DOE、质量改善、教育和研究应用领域提供统计软件和 服务的先导。MINITAB 被许多世界一流的公司与四千多所院校所采用。 有关DOE与定义 v爱迪生的助手尼古拉.特勒撒说:“我非常同情他的工作状况,如果有一点点理论和 计算能帮助他的话,就将节省他90%的精力。” v爱迪生是靠苦干拼出来的,他是在边试验边分析后确定下次试验该怎幺做的。这种 方法速度太慢,已经无法适应快速发展的需
4、求了。 v 天才靠的是1%的灵感和99%的汗! -Thomas Edison 爱迪生的 汗水 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -4- DOE的一般模式 因子的来源考虑: 因果图(鱼骨图), FMEA , 柏拉图, 头脑风暴法 每个因子存在不同的水平(level) 观测值可能受到噪音的影响,DOE 将 通过不同的试验,以得到实际的X和Y 的关系. 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -5- DOE的意义1 为什么需要试验设计 1、优化设计的必要性 l提高产量; l减少变异性,与额定值或 目标值更为一致; l减少开发时间; l减少总成本; 深圳速浪数字技术有限公司D
5、OE Training -6- DOE的意义2 基本研究 1、发现相关问题 2、明了技术要点 产品设计 1、灵敏度分析 2、建立可靠性的公差 3、特征组件 4、特征结构 5、包括低成本组件 6、包括低等级物料 7、最小的变化 8、性能的改善 工艺研发 1 、变量研究 2、变量的优化设置 3、建立可靠公差 4、发现降低成本的解决办 法 2、实验设计的作用 工艺研发 5、优化变化 6、改善过程中心 7、减少生产周期 8、降低坏品率 9、改善产品的可靠性 工艺改善 1、解决问题 2、明了变量及过程之关系 3、进行过程能力研究 4、设备及方法比较 计量 1、进行测量系统研究 2、判定误差的主要来源 3
6、、最小测量误差 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -7- DOE的分类 l全因子实验 l2K 因子设计 l2K因子与中心点 l随机化区组实验 l部分因子实验设计 l响应曲面设计 l田口设计 l混料设计 过程参数设计优化 l选择最佳的参数组合使产品对杂音最不敏感; l应用直交表进行原因检测和平均值的处理; l应用直交表使变异最小; l最低成本 田口试验是运用 最多的好方法 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -8- DOE常见术语1 l我们假定过程的结果当中, y1,y2,y3是我们关心 的输出变量,这些我们常常 称之为响应(response) l我们将影响响应的那
7、些变量称为实验问题 中的因子。其中x1,x2,x3是人们在实验中 可以控制的因子,我们称为可控因子( controlled factor) l在影响过程和结果的因子中除了控制因子还包括一些 不可控因子(uncontrolled factor):u1,u2,他 们通常包括环境、操作员、材料批次等,对于这些变 量我们通常很难把它们控制在某个精确值上。 不可控因子 -噪音U 响应Y 可控因子X 可控因子是影 响过程最终结 果(响应)的 输入变量。 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -9- DOE常见术语2 响应(Response):实验输出的结果,即因变量,通常用“Y”表示。 因子(
8、Factor):影响实验输出结果的不同输入变量,即自变量,通常用“X”表示。 水平(Level):实验中对因子的不同设定值。 噪音(Noise):不可控制的因子/因素。 分组(Blocking):也叫做模块化,将噪音的干扰最小化的方法。 随机化(Randomization):以一种随机的次序做试验。(消除噪音变量或随机误差的影响) 编码(Code):用简单的符号或数字来代替“X”的时间的水平的方法。通常把计量型 因子的高水平设定为“+1”,低水平设定为“-1”,中心水平设定为“0”。 重复(Repetition):一种组合的反复,以得到相同水平的多个结果。也即在一个实验配置组 合条件下测试数个
9、样品(揭示短期有效性) 再现(Replication): 以随机的次序重复整个实验,而不是按同样的次序把实验再做一次。 (降低系统误差和随机误差)。也即在一个时间序列上重做整个实验(揭示长期有效性) 主效果(Main Effect):对单个因子而言,从一个水平到另一个水平的变化对输出的平均影响 交互作用(Interaction):即一个因子A对Y的影响的影响,依赖于因子B所处的水平。 则称A与B有交互作用。 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -10- DOE常见术语3 实验次数:多水平实验次数=K1*K2*K3(K1,K2,K3为第K个因子的水平数)。 两水平实验次数=2K;三
10、水平实验次数=3K。 p 计量特性的种类(田口试验) l 望目特性:此特性具有一特定的目标值(愈近目标值愈好),例如尺寸、换档压力、 间隙、 粘度等。 l 望小特性:目标的极端值是(值愈小愈好),例如磨耗、收缩、劣化、杂音水准等 l 望大特性:目标值为无限大(值愈大愈好),例如强度、寿命、燃料效率等。 p 附:品质特性可分为二类 l 计量特性:能以连续尺度量测。如厚度、浓度、时间等。 l 计数特性:不能以连续尺度量测,但能按不连续分级尺度分类。常依主观而判定,如 好、更好、最好、不合格、不合格品数等。 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -11- DOE常见术语4-正交表 正交表
11、(直交表)特点: -每一列都是自我平衡,即每一列中各 水准出现的频率相同。 -每两列间都是互相平衡 ,即在某一 列中出现某水准的所有实验组,在另 一列中出现各水准的频率相同。 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -12- 陈述实际问题和实验目的 选择选择“ “Y Y” ”响应变量响应变量 陈述因子和水平陈述因子和水平 选择选择DOEDOE 实施实验及收集数据实施实验及收集数据 分析实验结果分析实验结果 结论和计划结论和计划 通过DOE 想达到什么目的? Y是什么?计量型?计数型? 如产出率, 作业时间, 清洁度等 如温度(100,150),重量(20,30,40kg) 全因子实验
12、实验, 田口设计设计, 2K因子实验实验或响 应应曲面设计设计等 收集实验结实验结果的数据 运用Minitab进进行实验实验数据分析 制定改善方案 DOE的处方 必要时重复实验 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -13- 陈述问题和实验目的 选择“Y”响应变量 陈述因子和水平 选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划 2 首先要明白实验的目的到底要什么? 把握Vital Few Xs(少数关键X)的影响程度 把握选定的重要X之间的交互作用 建立X和Y的预测模型 决定Y最佳化的X的条件: DOE处方-1.陈述实际问题和实验目的 深圳速浪数字技术有限公司DOE Tr
13、aining -14- 2选择响应变量“Y”(特性值) 响应变量的定义 - 改善的目的是什么? 目标值(平均)/散布水准(标准偏差) - 响应变量随着时间变吗? 响应变量是否具备正态分布? - 希望能发现出多大的响应变量的变化程度? - MSA(测量分析系统)是否可靠? - 希望得到多个输出响应变量吗? 计数型与计量型数据的比较? 计数型属性数据(合格/不合格率)的有效性不及计量型数据 (连续测量数据), 这表明需要大量的数据才能得出数据有效的统 计结论。所 以尽量选择计量型数据作为Y,以避免收集大量数据 陈述问题和实验目的 选择“Y”响应变量 陈述因子和水平 选择DOE 实施实验及收集数据
14、分析实验结果 结论和计划 DOE处方-2.选择“Y”响应变量 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -15- 陈述问题和实验目的 选择“Y”响应变量 陈述因子和水平 选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划 DOE处方-3.陈述因子和水平 2 决定因子 选择“X”因子,尽量为计量型,可以从以下来 : - 因果图 - 头脑风暴法 - 流程图 - 专家意见 - 供应商输入 - 竞争性分析 - 分析阶段结果 宁缺毋滥! 处理噪音变量(不可控因子)的方法 - 利用随机化 - 试图把噪音变量维持为常数的方法 - 利用Block化 - 反复实验 深圳速浪数字技术有限公司DOE
15、Training -16- 陈述问题和实验目的 选择”Y”响应变量 陈述因子和水平 选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划 2 决定因子的水平 按因子数及影响的特性选择水平数 - 因子多时,用2水平 - 只有线形影响时,用2水平 - 估计有曲线影响时,用3水平 水平的范围设定: -选择“X” 变量,要有足够的范围以体现差异。 - 不可脱离实现可能性的范围(但可以超出当前 Process的范围)。 - 对计量性数据的输入变量的水平设定,大体上 要考虑当前条件的界限。 DOE处方-3.陈述因子和水平 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -17- 陈述问题和实验目的
16、选择“Y” 响应变量 陈述因子和水平 选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划 考虑实验的目的和预算等选择DOE DOE处方-4.选择DOE 当设计一个实验时,要考虑如下关 键因素 a)实验限制条件 b)实验设计方法 c)噪声变量 d)随机化和分组 e)重复和反复 f)样本容量 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -18- 实验设计的关键因素(1) DOE处方-4.选择DOE 4a)确定实验限制条件 确定实验可采用方案数与实验次数的限制条件。 实验限制条件可以是时间,金钱,人力资源,物质限制等。 决定你将做多少次实验。 结合你的实验目的,选择最佳实验设计及你可以采用的最多的实验次数。 注意: 1.不要在第一次实验中用完你所有的资源 2.成功的DOE是一个反复的过程,不是一次实验就能完成的! 深圳速浪数字技术有限公司DOE Training -19