田口方法
实验设计DOE田口方法
实验设计DOE田口方法田口方法（Taguchi Method）是一种实验设计（Design of Experiments, DOE）方法，旨在通过设计有限数量的实验来优化产品和过程。
这种方法是由日本工程师田口幸三在上世纪60年代提出的，已经在全球范围内应用广泛。
田口方法的主要目标是确定控制因素对产品或过程的性能目标的影响，并找到一组最优的控制因素设置，以实现这些性能目标。
田口方法通过以下三个步骤来实现这一目标：1.识别关键因素：首先，需要确定影响产品或过程性能的关键因素。
这些因素可能包括材料特性、工艺参数、环境条件等。
田口方法通过对影响因素进行分析和筛选，确定出最终需要考虑的关键因素。
2. 设计实验矩阵：在确定了关键因素后，需要设计一组实验来评估这些因素的影响。
田口方法采用正交实验设计（Orthogonal Array Design，OAD）来构建实验矩阵，以尽量减少实验数量同时保证数据的准确性。
正交实验设计可以在有限的实验次数情况下获得全面而有效的数据。
3. 分析实验数据：实验数据的分析是田口方法的核心。
不同的性能目标可能需要不同的统计分析方法。
常用的分析方法包括方差分析（Analysis of Variance，ANOVA）、信号/噪声比（Signal-to-Noise Ratio，S/N Ratio）分析等。
通过对实验数据的分析，可以确定关键因素的最佳设置，以达到性能目标的最优值。
田口方法的优点在于它可以在实验次数有限的情况下获得准确的数据，并最小化因素相互影响的效应。
此外，田口方法还可以有效地提高产品和过程的稳健性，使其对外部变化具有较强的抗干扰能力。
田口方法的应用非常广泛，适用于各种不同的工业领域。
它可以用于优化产品设计、改进工艺参数、减少能源和资源消耗等方面。
田口方法已经得到了许多企业的认可，并在实践中取得了显著的效果。
总结起来，田口方法是一种有效的实验设计方法，通过有限的实验次数来确定关键因素对产品或过程性能的影响，并找到最佳的因素设置来实现优化。
田口方法资料
• 主图分析：通过主图分析实验结果的波动情况
• 田口图包括主图和副图
• 副图分析：通过副图分析各因素对质量损失的影响
• 因素优化：根据田口图的结果优化因素水平，降低质量
损失
持续改进与迭代优化
田口方法强调持续改进与迭代优化
持续改进与迭代优化的方法
• 通过质量设计和质量控制实现持续改进
• PDCA循环：通过PDCA循环实现持续改进
田口方法强调实验数据的分析与处理
• 通过田口图等工具分析实验结果
• 确定最佳参数组合和设计方案
实验数据的分析方法
• 田口图：通过田口图分析实验结果，找出最佳参数组合
• 方差分析：通过方差分析检验实验结果的显著性
• 回归分析：通过回归分析建立响应面模型，优化设计方案
04
田口方法的质量控制与改进
质量损失函数(Quality Loss Function)
响应面法是通过实验数据建立响应面模型
• 通过模型优化寻找最佳设计方案
响应面法的优点
• 提高实验效率：响应面法可以在有限的实验次数内找到最佳方案
• 描述复杂关系：响应面法可以描述多因素之间的复杂关系
• 便于优化设计：响应面法可以方便地优化设计方案，实现质量目标
实验数据的分析与处理
跨领域融合与拓展应用
田口方法将与其他领域进行融合与拓展应用
• 与供应链管理相结合，实现供应链质量的控制与优化
• 与环保工程相结合，实现绿色制造与环保设计
跨领域融合与拓展应用的前景
• 供应链质量优化：通过田口方法实现供应链环节的质量控制与优化
• 绿色制造与环保设计：通过田口方法实现环保产品的设计与制造
• 质量设计：通过实验设计寻找最佳设计方案，实现质量目标
田口方法简介
田口方法简介引言田口方法，又称作田口设计，是一种应用于实验设计和质量管理中的统计技术。
它是由日本统计学家田口玄一郎（Genichi Taguchi）于20世纪50年代初提出的。
田口方法通过减少质量波动性，提高产品和服务的质量，从而降低成本并增加客户满意度。
本文将介绍田口方法的由来、基本原理以及应用领域。
田口方法的由来田口方法的提出源于田口玄一郎对质量管理的思考和实践。
田口玄一郎为了解决当时日本制造业中存在的质量问题和高成本，开始寻求一种新的方法来改善产品和服务的质量。
他意识到，传统的质量管理方法仅关注产品在特定条件下的质量，无法应对生产过程中存在的随机变动因素。
于是，他提出了田口方法，通过优化产品和服务的设计以及控制生产过程，来减少质量波动性，提高整体质量水平。
田口方法的基本原理田口方法的核心原理是通过三个步骤：参数设计、参数优化和参数控制，来实现质量的持续改进。
参数设计参数设计是田口方法的第一个步骤，其目标是确定影响产品或服务质量的关键参数。
在传统的实验设计中，只关注少数几个重要参数，而忽略了其他可能影响质量的参数。
田口方法则采用了正交表的方法，通过设计一组相对独立和均匀分布的试验条件，覆盖了尽可能多的参数组合情况，从而更全面地了解参数对质量的影响。
参数优化参数优化是田口方法的第二个步骤，其目标是找到最佳的参数组合，以最大化产品或服务的质量。
田口方法使用信号-噪声比（S/N比）作为质量评估指标，通过优化S/N比来确定最佳参数组合。
在田口方法中，S/N比根据具体的质量特征可以选择不同的计算方法，如最小化方差、最大化平均值等。
参数控制参数控制是田口方法的第三个步骤，其目标是通过控制生产过程中的关键参数，实现质量的稳定控制。
田口方法常用的控制方法包括平均值控制、离散程度控制和参数偏移控制。
通过监控和调整关键参数，可以减少生产过程中的波动性，实现质量的稳定控制。
田口方法的应用领域田口方法广泛应用于各个领域的质量管理和实验设计中，包括制造业、服务业以及科研领域的实验设计等。
工程应用分析之田口式实验计划法
工程应用分析之田口式实验计划法田口式实验计划法（Taguchi Method）是由日本质量管理专家田口玄一郎于20世纪60年代提出的一种工程应用分析方法。
该方法是通过设计和执行一系列实验来优化产品、系统或过程的设计参数，以实现最佳性能和品质控制。
田口式实验计划法以其简洁、高效和准确的特点在全球范围内被广泛应用于工程领域。
田口式实验计划法的核心思想是通过考虑设计参数对结果的影响，确定最佳的参数组合来优化产品或系统的性能。
与传统的试验方法相比，田口式实验计划法减少了实验次数，但仍能得出可靠的结论。
田口式实验计划法主要包括三个步骤：参数选择、水平选择和实验设计。
首先，确定影响结果的关键参数。
然后，为每个参数选择适当的水平。
最后，设计实验矩阵并执行实验，以收集数据和分析结果。
在参数选择阶段，田口式实验计划法强调选择对结果影响最大的参数。
通过使用正交实验矩阵，可以确定最少的实验次数来获得最大的信息量。
正交实验矩阵是一种特殊的矩阵，具有平衡各种因素的能力，并且可以减少因素之间的相互作用。
因此，正交实验矩阵能够在最少的实验次数下提供有效的数据。
在水平选择阶段，田口式实验计划法要求选择适当的水平来代表参数的范围。
通常，参数的水平可以分为三种类型：高水平、低水平和中心水平。
高水平和低水平用于极端测试，而中心水平用于检测参数的相互作用。
通过选择不同水平的参数组合，可以确定最佳的参数组合来实现最佳性能。
在实验设计阶段，根据正交实验矩阵的设计，执行一系列实验并收集数据。
通过对数据进行统计分析，可以确定影响结果的关键参数和最佳参数组合。
这种分析方法可以减少试验次数和时间，并提高实验结果的准确性和可靠性。
田口式实验计划法的应用非常广泛，涵盖了各个领域的工程问题。
例如，在产品设计中，田口式实验计划法可以优化产品的功能、性能和可靠性。
在生产过程中，田口式实验计划法可以优化工艺参数，减少产品的变异性和缺陷率。
此外，田口式实验计划法还可以用于系统设计、质量改进和环境优化等领域。
实验设计─田口方法
实验设计─田口方法实验设计是科学研究中非常重要的一环，能够确保实验结果可靠、有效。
田口方法（Taguchi method）是一种常用的实验设计方法，采用统计学原理和数学模型，能够在较少的实验次数下得到较准确的实验结果。
下面将详细介绍田口方法的原理和实施步骤。
田口方法的原理基于“变动因子设计”的思想，即通过有选择性地改变实验因素，观察其对实验结果的影响，从而找到对结果最敏感的因素。
田口方法的核心原则是尽量降低实验次数，同时保持实验可靠性和有效性。
以下是田口方法的实施步骤：1.确定实验目标和结果指标：首先明确实验的目标和所要考察的结果指标。
结果指标应具体、可量化并符合实验目的。
例如，如果实验目标是改进产品的质量，结果指标可以是产品的尺寸、外观等。
2.选择实验因素和水平：在确定了实验目标和结果指标后，选择对结果指标有潜在影响的因素和其水平。
实验因素可以是材料的组成、工艺参数等。
每个因素应有两个或多个不同的取值水平。
3.构建田口表：田口表是田口方法的核心工具，用于设计实验矩阵。
根据实验因素和水平的选择，使用田口表，可以确定实验的设计，以达到尽量少的实验次数。
田口表是一个n×k的矩阵，其中n表示实验次数，k表示实验因素的个数。
4.进行实验并记录结果：按照田口表中的设计，在每一次实验中使用对应的实验参数，在相同条件下进行实验。
记录每次实验的条件设定和所得的结果。
5.分析实验结果：通过对实验结果的统计分析，寻找对结果产生最大影响的因素和最佳水平组合。
可以使用图形分析、假设检验等方法进行分析。
6.优化实验条件：根据实验结果的分析，调整实验因素的水平，以达到最佳的实验结果。
通过最优化实验条件，可以找到最佳的因素组合，提高产品的质量或性能。
田口方法的优点在于它能够在较少的实验次数下获得比较准确和可靠的结果。
由于实验设计是经过统计学原理和数学模型导出的，因此可以避免大量的试验和浪费资源。
此外，田口方法还可以降低环境因素的干扰，提高实验的稳定性。
田口方法_
水平2 1% 细 53% 新组合 1200公斤 4%
G：长石含量
0%
5%
不是去改变环境（重新设计和建造新窑），而是改变产 品生产的某些参数，这些参数的改变可使产品更具抗干 扰的能力，从而减少环境温度差异对产品质量的影响。
信号因素 由产品或系统使用人或操作人设定的参数， 用以表示对产品所期望的质量参数。 控制因素 指的是工程设计师可通过自由设定来对产 品或者是系统的品质进行设计的参数。 噪声因素 指那些设计工程师所不能控制、极难控制 或者是控制成本极高的因素。
从工程角度来看田口方法就是在产品设计或设计过程中， 在不增加成本（甚至降低成本）的前提下，突破设计瓶颈 或改善生产制造流程，提高产品品质的一种试验方法。 核心思想：以最少的实验次数确定最佳的参数组合,快速筛 选出最优设计方案。（品质工程原理）
2田口方法工具
（正交表）
（信噪比）
品质：产品出厂后给予社会的最小损失
对于多因素试验，正交试验设计是简单常 用的一种试验设计方法，其设计基本程序 包括试验方案设计及试验结果分析两部分。
2.3.1试验方案设计
试 验 目 的 与 要 求
试 验 指 标
选 因 素 ， 定 水 平
选 择 正 交 表
表 头 设 计
试 验 方 案
2.3.2试验方案设计实例
实例1.为提高山楂原料的利用率，研究酶法液化工艺制造山 楂原汁，拟通过正交试验来寻找酶法液化的最佳工艺条件。
主要成分，分别添加不同增效剂、被膜剂和不同的浸泡时间，进行4因素4 水平正交试验。试设计试验方案。 ① 明确目的，确定指标。本例的目的是通过试验，寻找一个最佳的鸭肉天然
复合保鲜剂。
② 选因素、定水平。根据专业知识和以前研究结果，选择4个因素，每个因素
田口实验方法
• 配方：各種因子設定在某水準之下所組成的操
作條件，如溫度定200,220,240三水準，壓力定 400,450二水準，則配方數就有3*2=6個，而溫 度200且壓力400就是一個配方
• 交互作用：許多案例告訴我們，往往A因子 的最佳條件，加上B因子的最佳條件，未必 就能獲得最佳的品質，這種因子間所產生 相生相剋的影響就叫交互作用（Interaction）
• 优势是以最少的试验次数获得最理
想的实验效果。
• 田口方法是日本质量管理专家田口玄一博士创立的一门崭 新的质量管理技术,它立足于工程技术,着眼于经济效益,开 辟了质量管理的新天地。与传统的质量管理相比,有以下特 色: • (1)工程特色 • 用工程的方法来研究产品质量,把产品设计当成工程设 计,把产品设计质量的好坏看成是工程设计质量,用产品给 社会造成的经济损失来衡量产品的质量。 • (2)“源流”管理理论 • “源流”管理的思想把质量管理向前推进了一步。认 为开发设计阶段是源流、是上游,制造和检验阶段是下游。 质量管理中,“抓好上游管理,下游管理就很容易。” • (3)产品开发的三次设计法 • 产品开发设计(包括生产工艺设计)可以分为三个阶段进 行,即系统设计—参数设计—容差设计。
直交表的表示方法
直交表的表示方法
直交表
• • • • • • • • ™ 直交表为基本型 2系：L4、L8、L16、L32、L64… 3系：L9、L27、L81… 混合系：L12、L18、L36 常用直交表表示 L4 ( 2 3 ), L8 (2 7 ), L16 (215 ), L32 (231 ) L9 ( 34 ), L27 (313),L81(340) L12 ( 211), L18 (21 × 37 ),L36(23 ×313)
田口方法
１．什么是田口方法田口方法是田口玄一博士在1950年代开始构筑的预防设计技术。
简单地说就是告诉工程师如何把质量设计到产品当中。
田口方法在国外被应用到各个领域，比如机械，汽车，电子，半导体，化学和医学等领域，但是在我国还却很少见。
几乎没有相关图书的出版。
许多人误解田口方法就是实验计划法或者是6σ等质量管理方法。
其实田口方法并不是质量管理方法，而是面向工程师的，能够提高产品质量和缩短开发时间的设计方法。
使用田口方法，可以提高我们产品质量，使我们的产品在各种环境下都能够安定地工作，不发生或者少发生故障。
使用田口方法，可以使工程师摆脱试行错误，用最短的时间设计出最高的产品质量，提高设计效率。
本空间主要面向大学生，企业工程师或者自学者讲解田口方法。
使工程师学会如何设计产品质量，提高我国产品在世界上的竞争能力。
２．田口方法的诞生1953年伊奈制陶公司进行了一个先驱性的瓷砖实验，这个实验被认为是田口方法的诞生。
当时，伊奈制陶从欧洲购买了一套烧制瓷砖的隧道窑。
可是烧出来的瓷砖尺寸，光泽和翘曲都不合格。
十分令人头痛。
问题的原因是隧道窑内的温度分布不均匀。
要想使温度分布均匀，就需要改造设备，就会发生巨大的费用。
不改变设备，有没有办法提高产品的质量哪？当时指导这个实验的田口玄一博士开始思考这个问题。
其结果是瓷砖100%合格，并且还降低了成本。
之后，这个方法发表在《质量管理》上，并且被译成英文，受到工程师们的极大关注。
这个方法当时在日本被称为田口式实验计划法，在海外被称为田口方法。
1993年在日本成立了品质工学会，开始被称为品质工学（质量工学）。
田口博士到底想了些什么又做了些什么，逐渐被人们所了解。
在我国田口方法的叫法比较多，但是作为一门学问和技术，我个人认为称为质量工学更为合理。
我们从实用的角度来学习田口方法。
我们首先介绍一些必要的基本概念。
1.系统田口方法的做法是把系统定量化，计算实测数据来实现系统最佳化的手法。
所以我们首先要明确田口方法所说的系统是什么。
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應用田口直交表於網路教學品質改善之研究侯東旭1侯幸雨2*1 2雲林科技大學工業工程管理研究所2環球技術學院企管系*E-mail: g9120822@.tw摘要國內近年來頗重視網路教學研究與設計，但是目前的研究大多偏向於網路教學系統的發展、環境的開發設計與硬體或網路架構的探討與評估，關於網路教學品質方面的研究較為缺少，要讓學習者有好的數位學習服務，教學者就須要先以使用者為中心來規劃網路教學設計，進而對學習者之績效加以評量，找出影響網路數位學習品質之關鍵因子才可以改善網路教學品質。
因此本研究從人因工程角度來設計數位學習課程，透過品質工程之直交表及變異數分析找出影響數位學習績效的因子。
本研究所考慮的人因因子有環境、作業、組織管理及個體；績效評量方面有邏輯與創意題型。
結果發現色彩、溝通介面、回饋和學習型態對邏輯的績效有顯著的影響；而評量期間、資訊量、情境、導引、學習型態及線上的學習習慣將影響到創意績效；較佳的因子組合才能提升數位學習績效，而網路教學品質也才會有所改善。
關鍵詞：田口直交表、網路教學、數位學習、人因實驗關鍵詞The Study of applying Taguchi Orthogonal Array Approach in Improving The Quality of E-LearningTung-hsu Hou, Hsing-yu HouDepartment of Industrial Engineering and Management, National Yunlin Universityof Science and TechnologyDepartment of Business Administration, Transworld Institute of TechnologyAbstractThe web teaching research and design are getting more and more important nationally in recent years. However, these studies only try to discuss the developmentof web teaching systems, environmental development and design, and web structures evaluation. It’s a pity that the studies of web teaching qualities are less than other topics. In order to provide the good E-Learning service to the learners, the instructors have to design the web teaching system based on the learners’ needs, then to evaluate the learners’ performance and find out significant factors to improve the web teaching quality. Therefore, this study applies Taguchi Orthogonal Array of Quality Engineering Techniques and ANOV A to explore the factors that influence the E-learning performance. The human factors approach is used to investigate the factors that have effects on E-Learning performance from the four dimensions—Environment, Task process, Management and Subject. In addition, logical and creative problems are used to evaluate the E-Learning performance. This research finds that Color, Communicated Interface, Feedback and Learning Type have more significant effects on logical performance. In addition, Measured Period, Information Amount, Situation, Guidance, Learning Type and On-line habits have significant effects on creative performance. When the optimal E-Learning factors combination is used, the learning performance is improved and the quality of web teaching is better.Keywords:Taguchi Orthogonal Array, web teaching, E-Learning, ergonomic experiment壹﹒緒論前言一﹒前言網路教學是指教師與學生毋須在同一時間或同一地點進行教學活動，它提供學習者一個不需要與老師面對面授課且可能是雙向互動的學習方式(Kearsley 1999)。
目前網路教學系統有好幾種形式，包括「即時群播(Real-time Broadcasting) 」、「隨時點播(Courseware-on-Demand) 」、與「全球資訊網(World Wide Web, WWW)」等。
目前正被普遍採用的「全球資訊網(WWW)」教學系統是把超媒體教材(Hypermedia Courseware)放在網路上，讓學習者透過全球資訊網，依個別的學習需求進行學習（孫春在1997）。
目前的研究大多偏向於網路教學系統的發展、環境的開發設計與硬體或網路架構的探討與評估（陳年興1998，張履揆、梁朝雲1998，Hughes and Hewson 1998，Dufner et al.1998，Nkambou and Gauthier 1998），關於網路教學之服務品質與學習者之數位學習績效等評估方面的研究相對而言較為缺少。
數位學習（E-Learning）是指學習中輔以電子科技，可以克服時間與空間的限制，也可以幫助學生來提升學習的績效。
各界對E-learning 的定義不盡相同，根據美國訓練發展協會(American Society for Training and Development, ASTD) 2001 年對E-Learning 的名詞作了一些界定，依序說明如下：1.電腦化學習(Computer-Based Learning , CBL)：是指學習的內容儲存在光碟或磁片內，透過獨立的個人電腦來學習。
2.網路化學習(Web-Based Learning , WBL)：透過網際網路或企業內部網路來學習，相當於線上學習(Online Learning)。
3.數位學習(E-Learning)：包括了電腦學習、網路學習、虛擬教室及數位共同學習等，其定義泛指所有透過電子媒體為媒介的學習。
4.遠距學習(Distance Learning)：除了利用電子式的媒介之外，還包括文件式函授與空中教學等。
二﹒ 研究動機與目的要讓學習者有好的數位學習服務，教學者就須要先以使用者為中心來規劃網路教學設計，進而對學習者之學習績效加以評量，找出影響網路教學績效之關鍵因子才可以改善網路教學之品質。
Sanders 等（1992）指出人因工程的主旨在尋求改善人們所使用的產品、設備及工作環境，以使該機具系統及作業環境能配合人們的能力、限制和需求。
Najjar(2001)認為在設計多媒體系統時，要能夠改進使用者的學習經驗為基礎原則來開發系統。
也需要了解人類的思考、理解和學習，以發展出更新更有效的原則。
Bransford(1978)和Jenkins(1979)認為處在任何環境的學習均需考慮四種的基本因素：1.工具的特性2.學習者本身3.學習任務4.學習的測驗，而這四種因素是多媒體系統設計的參考指標。
因此為了符合個人化服務的趨勢，，本篇研究將從人因工程的角度來設計生活教育課程的數位學習，除了有傳統面對面的諮商之外，還能提供友善的數位學習管道，讓師生間擁有更多互動的機會，期望可改善網路教學之品質並提升學生學習的績效。
三﹒研究流程研究流程本研究中將以人因工程中認為影響人員績效的四大構面來設計與分析數位學習，並將以田口直交表及單因子變異數分析來了解因子間之效應。
此外本研究以邏輯題組、創意題組來衡量學生的學習效果。
本篇研究的第二部份針對學習績效、品管哲學與因子設計的文獻加以探討，第三部份是田口直交表實驗設計，第四部份是田口實驗結果以及變異數分析，最後我們在第五部份討論顯著差異因子跟文獻之對照，最後第六部份是總結。
貳﹒人因因子設計用直交表實驗設計法可以改善品質，以最少的實驗次數獲取最多的資訊，達到最高的經濟效益。
網路教學期望學習者能獲得最大之學習成效，讓軟硬體投資成本及學習者之時間成本都可以降到最低；數位學習設計階段便做好事先之品質管制，將關鍵因子之變異性降到最少，而不是在最後績效產生後才來發現問題；所以本研究以田口直交表方法在學期初設計網路教學實驗，可以讓實驗後之數位課程在最佳因子組合下，立即收到網路教學品質改善之成效。
人因工程中認為影響使用者作業績效的因素有四大項，分別為環境因素、作業因素、組織管理因素及個體因素，也就是包括了外在因子、操作作業本身條件、管理層面還有內在因子等等與數位學習相關的四大項因子之設計及相關文獻分別說明如下。
一﹒ 環境因子環境因子：：情境情境、、學習型態學習型態、、溝通介面 學習時間和地點對教與學來說是重要的，Khalifa and Lam (2002)顯示許多種不同的網路科技應用可以創造出不同的教學環境，以網路為基礎的學習可以分為至少兩類：一位同步、一為非同步。
同步所指的是學生同時在網路上接收授課者的影像及教材畫面，和傳統電視教學幾乎無異。
更嚴格來說，與學生實際上在教室中接收到的訊息內容，可說完全相同。
非同步教學形式，是將教材整理後，存放於網際網路上的教材網站中，學習者可以進行「不同時且不同地」的個別化隨選學習。