田口法计算流程
实验计划法田口式实验法
案例二：电子产品研发中的优化设计
总结词
田口式实验法在电子产品研发中应用，有助于优化产品设计，提高产品性能和用户体验。
详细描述
电子产品研发过程中，设计优化是关键。田口式实验法通过设计合理的实验方案，对不同设计方案进 行对比和分析，以找出最优设计方案。同时，通过实验验证和数据分析，还可以对产品性能进行预测 和改进，提高产品的性能和用户体验。
02
田口式实验法的基本原理
田口式实验法的概念
田口式实验法是一种以正交表为基础，通过实验 设计、数据分析与优化来研究多因素多水平系统 的一种实验设计方法。
它是由日本学者田口玄一先生提出，被广泛应用 于工业工程、生产制造、品质管理等领域。
田口式实验法的优点
科学性强
田口式实验法采用正交表进行实验设计，能 够科学地安排实验因素和水平，减少实验次 数，提高实验效率。
06
田口式实验法的总结与展望
总结
田口式实验法是一种 以正交表为基础，通 过控制实验条件进行 多水平实验的方法。
田口式实验法广泛应 用于各种领域，如化 工、机械、电子等， 旨在提高产品质量和 性能。
田口式实验法的核心 思想是通过控制三个 因素（质量、成本和 交货期）的组合，实 现产品优化。
田口式实验法采用正 交表设计实验方案， 具有高效、经济、灵 活的特点。
部分因子设计
只考虑部分可能的因素组合，以减少实验次数并获得 有价值的结论。
随机设计
以随机顺序进行实验，以避免实验者偏差和系统误差 。
实验误差控制
01 重复实验
进行多次实验以增加结果的可靠性和稳定性。
02 盲法
消除实验者和被试者对实验目的和分组情况的知 晓，以避免主观影响。
03 对照实验
田口实验简介
田口法设计原理1.1田口法简介田口法是工程领域中一种求最佳产品品质的实验方法，是由田口玄一博士所创立，它的核心思想是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。
其设计策略是尽可能减少由于状态改变而引起的品质变化，此方法已在众多工程领域中大量应用。
它的设计观念在于：①认为品质是产品的固有特性，并且是由决定产品或系统品质好坏的因素(控制因素)的水准取值决定，因此可以通过对控制因素水准的设计来对产品或系统的品质进行设计。
②产品的品质需要从“与目标的差别”、“抵抗噪声的影响的能力”以及经济性三方面来综合衡量。
图 2.1 田口法设计流程Fig. 2.1 Flow chart of Taguchi design method它创新地将产品中“恰与规格相符者”视为“最佳的性能”，从工程的角度出发，将社会损失成本作为衡量产品品质的依据，首先通过实验求取特定的品质特性指标和鲁棒性指标来求得各控制因素对产品“与目标的差别”以及“抵抗噪声的影响的能力”两个方面特性的影响效应，然后根据效应指标，在设计过程中结合成本对产品进行设计，最大限度减少产品在不同噪声环境下品质的变异，从而把质量构建到产品当中，最终生产出低成本且性能稳定可靠的物美价廉的产品。
1.2 田口法设计流程在设计时，田口法首先根据设计问题的实际将设计所涉及到的各类因素分类，并确定它们可能的水准取值，然后根据这些因素和水准的情况通过正交表工具进行实验安排并进行实验，根据实验得出各指标并将各控制因素筛选分类进而为设计提供依据，最后采用两阶段最佳化程序对产品或者系统进行设计，提炼出最经济有效的方案。
田口法具体设计流程如图 2.1 所示。
2 田口法设计相关概念2.1 因素及水准在田口法中，因素表示的是一件事物中的几个要素，水准则是因素的取值。
类似自动控制理论的原理，在田口法中对于一个产品或系统所涉及到的因素可用如图产品/系统影响因素示意图来表示：图 2.2 产品/系统影响因素示意图Fig. 2.2 Product/system influence factors sketch map如上图所示，因素可以分为信号因素(M)、控制因素(Z)，以及噪声因素(X)：①信号因素是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。
田口参数实验设计
教学案例一：田口参数实验设计1 田口方法源起实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定实验方案以便对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法。
其基本思想是英国统计学家R. A. Fisher在进行农田实验时提出的。
他在实验中发现，环境条件难于严格控制，随机误差不可忽视，故提出对实验方案必须作合理的安排，使实验数据有合适的数学模型，以减少随机误差的影响，从而提高实验结果的精度和可靠度，这就是实验设计的基本思想。
在三十、四十年代，英、美、苏等国对实验设计法进行了进一步研究，并将其逐步推广到工业生产领域中，在冶金、建筑、纺织、机械、医药等行业都有所应用。
二战期间，英美等国在工业试验中采用实验设计法取得了显著效果。
战后，日本将其作为管理技术之一从英美引进，对其经济复苏起了促进作用。
今天，实验设计已成为日本企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员必备的一种通用技术。
实验计划法最早是由日本田口玄一（G. Taguchi）博士将其应用到工业界而一举成名的。
五十年代，田口玄一博士借鉴实验设计法提出了信噪比实验设计，并逐步发展为以质量损失函数、三次设计为基本思想的田口方法。
田口博士最早出书介绍他的理论时用的就是“实验计划法─DOE”，所以一般人惯以实验计划法或DOE来称之。
但随着在日本产业界应用的普及，案例与经验的累积，田口博士的理论和工具日渐完备，整个田口的这套方法在日本产业专家学者的努力之下，早已脱离其原始风貌，展现出更新更好的体系化内容。
日本以质量工程（Quality Enginerring）称之。
但是，严格来讲，田口方法和DOE是不同的东西。
田口方法重视各产业的技术，着重快速找到在最低成本时的最佳质量。
DOE则重视统计技术，着重符合数学的严谨性。
虽然学术界普遍认为田口方法缺少统计的严格性，但该方法还是以其简单实用性广为工业界所应用和推广。
先进国家对田口方法越来越重视，并且也已经取得了很好的效果。
QFD、TRIZ、田口方法与汽车产品设计开发
QFD、TRIZ、田口方法与汽车产品设计开发20世纪80年代以后，许多跨国公司逐步认识到产品设计质量创新在产品全生命周期中的重要地位，把许多新技术，新理论和新方法，如：质量功能展开(quality function deployment)，解决创造问题的理论(theory of inventive problem Solving)和田口方法(Taguchi method)，相继应用于产品的研发／设计阶段，合理有效地利用它们实现产品设计质量的管理，从而使企业不断开发和生产出满足顾客呼声，价格低、质量好和有创新的产品。
美国供应商协会(ASI)已经把这三种方法的结合称之为六西格玛设计(Design for Six Sigma，DFSS)，并介绍给世界500强企业，使他们在应用中开阔了视野，并把三种方法用于产品设计创新中，取得了丰硕的成果，亦成为他们赢得竞争优势的核心技术之一。
美国供应商协会(ASI)行政副主席苏比乔杜里先生曾提出，企业仅通过采用DMAIC来实现六西格玛，所能取得的成果是有限的。
如果一个组织希望自己的效率能更上一层楼，它就必须在产品设计开发阶段采取六西格玛设计方法。
在六西格玛设计中，如何将顾客呼声转化为可客观衡量的工程指标是一个稳健(Robustness)设计所必须具备的重要特征。
在目前的设计理论中，质量功能展开可以解决做什么(to do what)的问题，发明问题解决理论(TRIZ)可以解决怎么做(How to do)的问题，田口方法可以解决怎么做到最优(Optimal result)的问题。
如果将三者有机结合，将成为六西格玛设计强有力的支持工具。
一、背景介绍(一)六西格玛设计(DFSS)六西格玛设计就是按照合理的流程，运用科学的方法准确地理解和把握顾客呼声，对新产品／新技术／新流程进行稳健设计，使产品／技术／流程在低成本的情况下，对造成变化的因素(制造环境或用户环境)的敏感度最小化，从而实现六西格玛质量水平。
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。
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
田口方法介绍
田口方法介绍田口方法是一种基于质量管理的统计试验设计方法，由日本质量管理专家田口玄一于20世纪60年代提出。
它被广泛应用于产品设计与改进、工艺优化以及问题解决等领域。
田口方法通过精确的试验设计和统计分析，帮助企业找到影响产品质量和性能的关键因素，从而实现问题的解决和质量的提升。
田口方法的核心是正交试验设计。
正交试验设计是指在确定试验因素的基础上，按照统计原理设计试验方案，通过构建一组能充分反映因素间相互影响的试验条件，以最少的试验次数获取最多的信息。
田口方法使用正交设计的目的是排除多余的试验次数，提高试验效率。
田口方法将试验因素分为控制因素和干扰因素。
控制因素是指被试验者可以改变和控制的因素，干扰因素是指不能改变但可能对试验结果产生影响的因素。
在田口方法中，通过将干扰因素随机化，采用正交试验设计来排除干扰因素，从而提高试验的可靠性和有效性。
田口方法的步骤包括确定试验目标、选择试验因素、选择试验水平、设计正交表、进行试验和数据分析。
首先，确定试验目标是解决的问题和改进的目标。
然后，选择试验因素，即影响产品质量和性能的关键因素。
接着，选择试验水平，确定每个试验因素的不同水平，以考察其对试验目标的影响。
然后，设计正交表，根据试验因素和试验水平的组合设计正交表格，确保试验的均衡和完整。
进行试验时，按照正交表依次进行试验，记录试验结果数据。
最后，根据试验数据进行统计分析，确定影响试验目标的关键因素和最佳水平组合。
田口方法的优点是试验效率高、试验成本低、结果可靠、数据分析简单。
通过田口方法，企业可以通过有限的试验次数，获得最多的信息，较快地解决问题和提升质量。
同时，田口方法能够帮助企业实现创新，从而提高竞争力。
此外，田口方法还可以应用于产品设计的初期阶段，通过优化设计参数，达到产品性能的最佳状态。
田口方法的应用范围广泛。
在产品开发中，田口方法可以用来优化设计参数，改进产品性能。
在生产过程中，田口方法可以用来优化工艺条件，提高生产效率和产品质量。
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田口法
田口方法(Taguchi method)是基于正交试验和信噪比的稳健设计方法。
基本思想是：用正交表设计试验方案，以信噪比作为衡量质量特性的指标，通过对实验方案的统计分析，找出可靠、稳定的加工工艺参数组合，达到成本最低，质量最优的综合效果。
田口根据工业生产中的实际需要将质量特征分为如下三类：“望目”，希望量特征达到或接近特定的目标值；“望大”，即使所关注的质量特征越大越好；“望小"，即使质量特征越小越好。
在切削加工中的应用主要是以望小和望大，望小信噪比指的是在不为负数的情况下，信噪比数值越高，质量越高，实际值越趋近于0，有切削力、表面粗糙度和切削功率等，通常作为加工质量的评价标准；望大信噪比数值越大时，质量越高，实际值越趋近与无穷大，应用有材料切除率，通常作为加工效率的评价标准。
主成分分析法
通过将原始指标重新组合，把多个原始指标简化为有代表意义的少数几个指标，更加典型的表明研究对象的特征。
主成分分析就是对原始数据降维，消除原始指标相关性造成的信息重叠，便于进行准确评价。
通过固定的公式，确定样本，每一列代表每个研究目标（切削力，表面粗糙度等）下的样本值，确定不同研究目标下的样本值后，即可得到矩阵，通过特定的公式即可求得累积贡献率和所有研究目标的综合向量值（即综合反映所有研究目标的值从中选出最优值）。
田口法和主成分分析法的综合运用步骤：
1.通过实验要求设计正交试验方案，例如如表：
2.通过正交试验下，测定目标每组的实验结果，如切削力和表面粗糙度；
3.通过的信噪比公式，将所得数据求出每一组试验的切削力和表面粗糙度
的信噪比，在通过公式将其优化为规范化值。
4.提取规范化数字组成规范化矩阵Z，即可得到研究对象的累积贡献率，
即可通过贡献率大小来确定其对加工的影响大小。
5.通过规范化矩阵Z求出其综合变量，最后可根据正交试验下信噪比数据
和的大小判断最优的组合参数。
例如，田口法优化结果为：
例如，切削深度4.7491为切削深度在0.1时，正交试验中的五组数据的信噪比之和。
T1数据切削深度、进给量和切削速度的信噪比值越大，表明其质量越高，所以优化的结果是A1B1C1。
基本公式位于论文的第三章第一节部分。