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1、什么是实验设计什么是实验设计什么是试验设计（什么是试验设计（DOE）掉入沟槽!如何改进我如何改进我的比赛成绩的比赛成绩？为何要使用为何要使用 DOE?l改变一个过程的平均值。改变一个过程的平均值。l降低变异。降低变异。l改变平均值并且降低变异。改变平均值并且降低变异。x1x2试验设计试验设计(DOE)l消除自变量对响应变量的影响消除自变量对响应变量的影响。过程过程XY试验设计试验设计l试验设计是优化产品和过程设计、加速设计开试验设计是优化产品和过程设计、加速设计开发周期、降低开发成本、改善从研发、设计到发周期、降低开发成本、改善从研发、设计到制造过程的产品转换和解决制造问题的强有力制造过程的产
2、品转换和解决制造问题的强有力工具。工具。l如今，试验设计被看作一个以总成本最低取得如今，试验设计被看作一个以总成本最低取得产品卓越性能的品质技术。产品卓越性能的品质技术。咖啡例咖啡例:因子及其水平因子及其水平因子及其水平因子及其水平主要影响主要影响:每个自变量本身对响应变量的影响每个自变量本身对响应变量的影响咖啡豆 A咖啡豆B味道 2.23.7主要影响交互作用的概念交互作用的概念味道 交互作用交互作用 温度X温度 Y咖啡豆 A咖啡豆 B为什么要为什么要“统计试验设计统计试验设计”?l统计试验设计允许同时考虑所有怀疑会对品质统计试验设计允许同时考虑所有怀疑会对品质问题产生影响的可能因素，即使存在
3、交互作用问题产生影响的可能因素，即使存在交互作用影响，也可对主要影响进行评估。影响，也可对主要影响进行评估。l因为可在同时对大量变量进行简单和迅速的处因为可在同时对大量变量进行简单和迅速的处理，统计试验设计将在解决许多问题时发挥作理，统计试验设计将在解决许多问题时发挥作用。用。统计试验设计统计试验设计 虽然通过少数几次实验，试验人员即可虽然通过少数几次实验，试验人员即可发现关键的因子，但较多次的试验将产发现关键的因子，但较多次的试验将产生更有价值的结果。试验设计方法有很生更有价值的结果。试验设计方法有很多成型的表格，这些表格可被快速、可多成型的表格，这些表格可被快速、可靠和有效的利用。靠和有效
4、的利用。环球汽车公司环球汽车公司 DOE:（车徽无法粘上）车徽无法粘上）什么是实验设计什么是实验设计质量损失与质量改善1、质量损失 产品质量特性（CTQ）为y，其目标值为T，当y不等于T时，则造成损失， y-T 越大，损失越大。2、质量损失函数 产品的质量损失函数表达式如下： L（y）=K（y-T)2 其中：K为常数。 质量特性。 T为此特性的目标值。 L为质量损失。 若有n件产品，其平均质量损失可用下式表达： L（y）=K （y i-T)21ni=1n 从质量损失函数可知：产品质量特性（CTQ）波动所造成的质量损失，与其偏离目标的偏差平方成正比。即只要质量特性不在目标值上，就存在质量损失，且
5、偏离越远，损失越大。如下图所示。L（y）质量损失产品质量特性分布3差3普通6良好LSLUSLT 使CTQ值的分布范围尽可能少（即使波动尽可能小），这样才能使质量损失低减，改进的一种非常重要的工具就是试验设计。试验设计是对试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试验结果进行科学分析的一种科学方法。试验设计是一种研究与处理多因素试验的科学方法试验设计是一种研究与处理多因素试验的科学方法试验设计是一种研究与处理多因素试验的科学方法试验设计是一种研究与处理多因素试验的科学方法 6西格玛方法是研究作用因素（XS）与CTQ（Y）关键质量之间的关系的方法论。制造过程设计过程输入(X
6、S)输出 (y)输入(XS)输出 (y)制造过程设计过程试验设计方法允许在同一试验中包含多个变量试验设计方法允许在同一试验中包含多个变量试验设计方法允许在同一试验中包含多个变量试验设计方法允许在同一试验中包含多个变量 传统的试验分析方法是多次单因素试验将影响输出的众多输入变量在同一时间只允许有一个变量变化，其它相对固定，如下图所示： 制造过程变化固定固定固定制造过程固定变化固定输入变量(XS)输出变量(y)输入变量(XS)输出变量(y)传统试验方法场合一，变量变化，、不变。场合二，变量变化，、不变。固定同一时间一个因素 (OFAT)策略lOFAT策略是在一个时间内将其它所有因素固定，只变动一个
7、因素，其它时间第2个因素保持变动，其它所有因素都保持固定的试验方法。lOFAT方法所确定的优化操作点常是不准确的。例l一位工程师想确定两个关键变量的参数值，以使过程合格率最大化。l当前的水平设置为温度 200C ，时间 8 hr.l该工程师先将时间固定在 8 hr ，将温度进行调节以观测过程变化。l然后将温度固定在试验所得的最好水平上，对时间进行调整进行试验。例l步骤 1:l步骤 2:例响应表面l响应表面是一种用图形表示响应变量和所选择的因素之间相互关系的方法。l在响应表面方法论中将讨论响应表面方法。.9085807570试验最优值实际最优值OFAT 方法的局限性l试验最优值不同于实际最优值，
8、因为OFAT方法未考虑因素之间的交互作用。.l交互作用是一个因素对响应变量的影响依赖于另一个因素的水平。l解决方案可以在因子设计中找到。YX1, LoX1, HiInteraction ExistsX2, LoX2, HiYX1, LoX1, HiNo InteractionX2, LoX2, Hi 上图分析可得知传统试验方法明显具有以下缺点。1、试验周期长，浪费时间，这可能导致试验成本大幅提高，并影响产品推向市场的时机。2、试验方法粗糙，因为在试验其中一个因素时，其它因素保持不变，这样得出的结论可能和实际不符，这可能导致以高价卖给消费者低品质的产品。 与传统方法不同，试验设计允许在同一时间存
9、在多个输入变量的变化，下面是一张有7个输入变量、每个变量有两个取值（两水平）的试验设计表。（后须将详细讲解。） 从上表可知，如按传统方法进行试验，需要的试验次数为27=2222222=128次，按试验设计方法只需8次即可达到同样效果。其效率不言自明，读者可能会问，将试验次数由128次降至8次，这样试验到底是否会变差？试验设计其实是一种在128次完全组合中抽取最具代表性的组合进行试验的方案，目前所用的试验表均为统计专家在做大量分析、试验的基础上确定的。保证了较高的置信度，即试验设计能以较少的试验次数获得较优或最佳的结果。即以最有效最经济的手段获取最有价值的结果。L8（27）试验设计的用途试验设计
10、的用途 通过试验我们可以达成以下目标1、确定、验证和优化制造过程的主要影响变量及其影响。2、创造对物料和部品变化不敏感的制造过程。3、设计对使用环境不敏感（即受环境的影响小）的产品。4、降低总的设计周期。5、减少ECN（设计变更通知书）数量。6、改进与CTQ有关的产品品质、成本和性能指标。7、提高新设计产品的工艺性。8、为制造过程列出问题及解决方案。9、减少对产品的检查和测试。试验设计的作用试验设计的作用1、在进行基础研究时，试验设计可用来（1）发现变量间的联系（2）明确技术要点2、在进行产品设计时，试验设计可用来（1）做灵敏度分析（2）建立可靠公差（3）确定部品特性（4）确定设计布局（5）使
11、用较低等级的材料和部品（6）减少变异（7）改善新设计产品的性能3、在进行制造过程（工艺）设计时，试验设计可用来（1）进行过程变量研究（2）变量的优化设置（3）建立可靠的公差（4）发现低成本的解决方案（5）减少过程变化（6）将过程均值逼近目标值（7）缩短制造周期（8）削除缺陷（9）提升产品可靠性4、在过程改善时，试验设计可用来（1）解决问题（2）确定过程变量间的相互关系（3）进行过程能力研究（4）比较设备和方法的影响度5、计量时，试验设计可用来（1）进行量具研究（2）确定主要误差（3）将测量误差降至最小试验设计方法与有名的试验设计方法与有名的“实践是检验真理实践是检验真理的唯一标准的唯一标准”的
12、著名论断不谋而合的著名论断不谋而合 6西格玛系统讲究“用事实和数据说话。”往往经过大量推理、统计分析的结论其价值根本无法和试验设计得出的结论相齐并论，因为后者是建立在事实基础上的。所以试验设计在设计、改善等各阶段、领域都有巨大的应用价值。但由于种种原因，目前，试验设计在我国企业组织中的应用还非常有限，由此造成的损失就无法估量，如果我国有一半企业在产品设计、制造中应用试验设计方法，所节约的资金将数以千亿计。试验设计在试验设计在6西格玛系统中的应用西格玛系统中的应用 从上图可以看出，6西格玛方法认为在工作成果中，最易得到的是凭直觉判断取得的，最甜的成果是流程设计，树的较低处的果实是一般QC工具，而中间的大量果实均是通过6西格玛改善取得。6西格玛突破策略鉴定优化测量分析改善控制试验设计用以对大量的输入变量进行筛选用以确定关键的少数输入变量并确定其对输出变量的影响地上的果实=逻辑和直觉低处的果实=七大工具大量的果实=过程鉴定和优化甜果=流程再造工具及其取和的成果
