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1、2006 12 20 台北一得顧問有限公司 1 DOE TaguchiMethod DOE及田口式方法 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 2 課程目的 理解實驗設計的基本概念 學會在產品設計及製程設計正確應用實驗設計 提升品質水準 熟悉應用直交表實驗的技巧 了解穩健設計與傳統實驗設計異同 參加對象 產品及製程研發工程師及主管 品保工程師及主管 業務工程師及主管 及其他與先期產品規劃 研發 採購 生產等有關人員 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 3 課程大綱 12小時實驗設計的專門術語及概論實驗設計與變異數分析實驗設計基本原則實驗設計實施步驟直交表分析田口方法 DOE Tag
2、uchiMethod 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 4 實驗設計早在1920年代R A Fisher在農業上小麥品種的遺傳研究 已經使用多因素配置法對不同因素的每一水準組合進行實驗 再用變異數分析來評價因素對實驗問題的影響 但是當因素與水準的數目增加時 導致實驗次數也增加 因此對實驗執行的效果大打折扣 1940年代D J Finney提出多因素實驗的部份實施法以期降低實驗次數而又能保有實驗的效果 更奠定了現代實驗設計的基礎 1950年代G Taguchi依既有的實驗設計方法 以規格化的直交表來進行直交實驗設計 使得工業界使用實驗設計的可行性增高 再加上其以工程觀念的產品研發過程
3、系統設計 參數設計及公差設計等所謂的 三次設計 進行有系統的實驗設計 1980年代這些技術經由英文出版而以 品質工程 為名推廣至美國進而通行全世界的先進工業領域 縱使學術界對其技術的理論依據提出甚多疑點 但是站在工程實驗設計的觀點其技術仍是較為實用的方法 DOE TaguchiMethod 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 5 日本品質的演進 JapaneseQualityEvolution DOE TaguchiMethod 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 6 科技的反覆學習程序 Box Hunter Hunter 1978 StatisticsforExperimen
4、ters DOE TaguchiMethod 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 7 科技研究的資料搜集及分析 Box Hunter Hunter 1978 StatisticsforExperimenters DOE TaguchiMethod 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 8 實驗設計的專門術語及概論 反應值 f X1 X2 Xk X1 X5 X4 X3 X2 Y 因素 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 9 實驗觀測的結果 如品質問題中客戶及工程人員關心的關鍵產品 製程特性 CTQ 數學關係式的應變數 DependentVariables Y Y f X1
5、X2 Xk 一個實驗反應值的選擇非常重要 反應值是否能反應實驗目的 決定實驗的成敗 CTQ CriticalToQuality 1 反應值 Responses 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 10 反應值的分類 反應值 品質特性 靜態 動態 計量 計數 望目特性望小特性望大特性 計件計點 1 反應值 Responses 純度 濃度 長度 重量 強度 壽命 磨耗率 縮收率 噪音 硬度 收率 電壓 電阻 電流 不良率 缺點數 感官 視覺 聽覺 嗅覺 味覺 觸覺 偏好 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 11 2 因素 Fact
6、ors 對實驗結果的反應值有影響的一系列原因中 在實驗設計時特別提出考量而進行比較的稱為因素 如品質問題中影響產品品質特性的原因 數學關係式的自變數 IndependentVariables X1 X2 Xk Y f X1 X2 Xk 因素可以是定性或定量 例如定量以 來表示溫度 rpm表示轉速 定性以A B C表示不同供應商 以早 中 晚班表示不同班別的人員 一個實驗中可以只考慮一個因素或同時考慮多個因素 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 12 2 因素 Factors 可控因素 Controllable 實驗者可以適度調整的因素 如速度 溫度 壓力 配方
7、成份 不可控因素 Uncontrollable 實驗者不容易調整或調整起來有困難不符成本的因素 如環境溫度 濕度 作業員 信號因素 Signal 反應值隨此因素的輸入而改變 如人的血壓隨年齡的不同而改變 如汽車的轉彎性能 隨方向盤轉動角度的大小而改變轉彎的半徑 因素的分類 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 13 3 反應值與因素的選擇 1 針對改善問題的有關範圍以製程流程圖 ProcessMap 展開其輸出 Outputs Y 及輸入 Inputs X1 X2 Xk ProcessStep 輸入 輸出 X1 X2 X3 X4 X5 純度濃度長度重量強度壽命磨
8、耗率縮收率噪音硬度收率電壓電阻電流不良率缺點數 Y2 Y3 C Controllable速度 溫度 壓力U Uncontrollable環境溫度 濕度 作業員 Y1 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 14 3 反應值與因素的選擇 以烹調咖啡的過程為例 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 15 2 以XY Matrix針對改善問題評估輸出 Outputs Y 及輸入 Inputs X1 X2 Xk 關係的影響程度 3 反應值與因素的選擇 以烹調咖啡的過程為例 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司
9、 16 3 反應值與因素的選擇 以烹調咖啡的過程為例 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 17 C ControllableU Uncontrollable 反應值 因素 反應值與因素的選擇練習 1 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 18 實驗中所考量的某個因素所處的定量或定性的狀態或條件 例如溫度的因素考慮在三個水準80 90 100 下分別進行實驗 或以早 中 晚班三個水準觀察不同班別的人員 4 因素的水準 Levels 以烹調咖啡的過程為例 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 19 因
10、素的水準選擇練習 2 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 20 實驗中因素之間水準組合為一個可單獨進行實驗的觀測條件 稱之一個處置 例如一個化學反應條件 產品設計的一個配方 製程的生產條件 若因素A有二個水準 因素B有三個水準 因素C有四個水準 則一個實驗同時考慮A B C三個因素進行觀測共有2 3 4 24個處置 實驗組 對照組 最簡單的實驗處置 5 處置 Treatments 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 21 5 處置 Treatments 以烹調咖啡的過程為例 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北
11、一得顧問有限公司 22 5 處置 Treatments 以烹調咖啡的過程為例 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 23 實驗結果 5 處置 Treatments 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 24 一般傳統的實驗為所謂的一次變更一個因素的實驗 也就是每次實驗只改變一個因素的水準而其他因素保持原來的水準 直到滿意的效果出現 這種實驗缺少全面性的計劃 不知要多少實驗次數及預算 更不知找出的實驗處置是否受到其他因素的交互影響 同樣的實驗次數與直交實驗提供的資訊少的多 6 一次變更一個因素的實驗 One Factor at a
12、Time 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 25 6 一次變更一個因素的實驗 One Factor at a Time 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 26 7 完全的實驗 Full Factorial 完全的實驗 即將各因素各水準的所有可能組合為實驗的處置 一一去作實驗 再比較那個處置較有效果 當然此種實驗可以找出最好的實驗處置 即生產條件 但實驗成本太大 尤其考慮因素很多時 實驗規模太大而不可能完成 一般假如有k個因素 每個因素有ti個水準 i 1 2 k 則完全的實驗就需要t1 t2 tk次實驗 以下例共有7個因素
13、各有2個水準 共需27 128次實驗 以工業實驗是不可能執行的 工業實驗要求時效及成本 利用直交表作實驗 除了實驗的統計效益外 可以減少實驗次數 縮短實驗週期 節省人力 物力 尤其當考慮因素多時 其經濟效益更為顯著 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 27 7 完全的實驗 Full Factorial 27 128 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 28 8 直交表實驗 OrthogonalArray 直交表是以拉丁方格的基本原理設計的多因素實驗配置法 目前已經出版許多適用於各種不同需求的制式直交表 以下說明直交表的結構 一
14、個直交表以下面符號表示 Ln tk L 拉丁方格 LatinSquares 的字頭 n 直交表的列數 也就是實驗的處置數或是實驗的條件數 k 直交表的行數 也就是實驗可考慮的因素個數 t 直交表的行可考慮的水準數 也就是配置因素的水準數 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 29 8 直交表實驗 OrthogonalArray 拉丁方格 LatinSquares 所謂拉丁方格就是A B C D四個拉丁字母配置在4 4的方格行列位置上 各字母在每行每列各只出現一次 稱為4 4的拉丁方格 如下不同大小的拉丁方格 行 COLUMN 列 ROW 列 ROW 列 ROW
15、行 COLUMN 行 COLUMN 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 30 8 直交表實驗 OrthogonalArray 列 ROW 列 ROW 列 ROW 行 COLUMN 行 COLUMN 行 COLUMN 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 31 1 2 1 2 2 1 1 1 1 2 1 1 1 1 2 2 1 2 1 2 2 2 2 2 A1 A B C 8 直交表實驗 OrthogonalArray A2 C1 B1 C2 B2 部份實驗 FractionalFactorial 實驗設計的專門術語及概論 200
16、6 12 20 台北一得顧問有限公司 32 L8 27 8 直交表實驗 OrthogonalArray 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 33 L8 27 8 直交表實驗 OrthogonalArray 1 每列代表一個實驗處置 共有8種實驗處置 即8種實驗條件 2 每行配置一個實驗因素 每行的1代表配置因素的第一水準 2代表配置因素的第二水準 最多可配置7個因素 每個因素二個水準 每行各有四個1及四個2 3 每兩行之間 1 1 1 2 2 1 2 2 各有2個 在統計上的義意為配置這兩行的因素為直交 其主效應的估計為相互獨立的 4 交互作用配行表的義意為每兩行之間配置的因素其交互作用出現的行數 如第1 2行的交互影響出現在第3行 第2 4行的交互影響出現在第6行 將各行的1 1 2 1 則每兩行的直積12 3 24 6 均衡分散 整齊可比 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 34 8 直交表實驗 OrthogonalArray L9 34 實驗設計的專門術語及概論 2006 12 20 台北一得顧問有限公司 35
