实验设计(DOE)介绍

Unit of Measure
Specification
Note 1: Type is either Quantitative or Qualitative
Type1
Response 2
Section 4
Controllable Factors Number of Levels
Specification Levels
问题不清晰 目标不清晰 头脑风暴不足 (未能识别关键Xs) (前期的)实验结果不清晰 DOE 成本太高 DOE 耗费的时间过长 缺乏对DOE策略的理解 缺乏对DOE工具的理解 在早期阶段缺乏信心 缺乏管理层的支持 过于迫切的需要结果 缺乏足够的指导/支持
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 13 SAQM
DOE路线图 - 建立目标
建立目标：
通过实施实验我们希望发现什么？ 你尝试建立输入因子(X) 和输出(响应变量-Y) 之间的关系吗？ 你尝试从众多可能因子中区别岀少数关键因子吗？ 你有兴趣知道是否多个输入因子同时作用影响输出(Y) 吗？ 你尝试决定输入因子的最佳设定吗？
关关键键流流程程输输出出 ((KKPPOOVV))
Page 21 SAQM
DOE路线图 - X选择
因子是指流程中某个可控或不可控的输入，它可以影响实验研究中的 一个或多个响应变量。
定量因子 是 可变数据
(温度－度，时间－秒)
定性因子 是 属性数据 (不同的机器，不同的操作员，干净或不干净，运算法则A或B)
Page 23 SAQM
选择每个因子的水平
输入因子的水平，是指在实验中输入因子 (X)的值(不要和输出变量 (Y)搞 混)。
定量因子 (变量数据)： 如果进行的实验使用两种不同的速度，那么因子速度 有2个水平。
RTY COPQ DPMO Cp, Cpk, Ppk, ...等 2 定义统计问题 输出平均值，方差或 两者？
3 定义目标
通常按照输入对输出的影响来陈述：
– 研究KPIV与需要优化性能的CTQ产品特性之间的因果 关系
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
\DataFile\DOE_Plan.doc
Section 2
Problem Statement: Experimental Objective:
Product: Process(es): Expected Completion Date:
Section 3
Response 1
Unit of Measure
Specification
Note 1: Type is either Quantitative or Qualitative
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
\DataFile\DOE_Plan.doc \DataFile\Authorize.ppt \DataFile\DOEterms.doc
Page 2 SAQM
我们将学到
1. DOE定义 2. 有效设计实验的障碍 3. 执行策略：DOE计划 4. 因子选择 5. 响应变量选择 6. 实验设计选择 7. 实施实验
– 输入列表 – DOE 计划表
6. 设计实验 – 实验分析
– Y = F ( X1, X2, X3, …)
7. 项目总结 – 结论 – 问题和障碍 – 下一步
8. 完成 “Local Project Review”
9. 计划下一个实验！
\DataFile\DOE_Plan.doc
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Date: Team Leader: Expected Start Date:
Section 2
Problem Statement: Experimental Objective:
Product: Process(es): Expected Completion Date:
Section 3
Response 1
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 22 SAQM
因子选择
缩窄清单
我们要包含哪些因子？ 以下来源提供了认知： FMEA 多变量分析/假设检验 流程图 头脑风暴 书面回顾 工程知识 操作员经验 科学理论 客户/供应商输入
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 12 SAQM
DOE路线图 - 问题
问题陈述的常见问题：
响应变量定义不好, 或无法量化 响应变量没有与客户CTQ联系上 基于非正式信息的量化 没有指出数据来源和测量方法 客户数据不支持测量范围和规格 陈述中包含预定的解决方法而不是问题
选择因子水平
选择实验设计类型和复制的次数
收集数据
分析数据
做出结论
达成目标
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 8 SAQM
DOE 路线图
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 9 SAQM
DOE路线图 - 定义
1 按照业务衡量指标定义实际问题
定义输入和选择因子水平
5 定义关键流程输入变量 (KPIV’s)
使用以下的方法
团队合作 头脑风暴 因果分析
FMEA QFD (CT 树) 流程图 相关性
回归分析 多变量分析 书面回顾 来自供应商，客户，操
作员的建议
科学理论
6 选择因子水平
团队都有流程知识，但是小心：
水水平平是是指指用用于于研研究究 高的高的(值+(值+或)或和)和因因低低子子(-(()-(通)表通表常示常示用)用)
Page 7 SAQM
实验的策略
定义问题 设定目标 选择输出 (响应变量) 选择输入因子 (X)
实实验验的的目目的ห้องสมุดไป่ตู้是是为为了了更更好好的的了了解解真真实实 世世界界，，不不是是了了解解实实验验数数据据。。
WWilillilaiammDDiaiammoonndd IBIBMMSStIatBIatBMitsMist-it已c-i已ciai退an退n休-休-R统R统ee计ti计trier员e员dd
Type1
Response 2
Section 4
Controllable Factors Number of Levels
Specification Levels
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Section 5
Noise Factors
M easurab le?
1
2
3
4
5
Section 6
Brief Description of the Experimental Design to be used
Page 4 SAQM
定义DOE
多个因子(X)对一个或多个响应变量(Y)的同步研究 开始时要陈述实验的目的，结束时要报告实验的结果 经常引入更进一步的实验 科学方法的载体，提供可用于推断原因和影响的明确结果
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 5 SAQM
有效实验的障碍
不同的操作员 不同的渠道伙伴 不同的班别 供应商/部品
噪噪声声输输入入 ((离离散散))
可可控控制制的的输输入入 ((KKPPIIVV))
流流程程
速度 表格类型 培训 工具版本
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
噪噪声声输输入入 ((连连续续))
室温 大气压力 相对湿度
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 17 SAQM
DOE路线图 - 变量
定义输出变量 (响应变量)：
输出变量是定性的还是定量的？ 目标：中心改善还是变异改善 ？ 基线如何 (平均值和西格玛值)？ 输出变量在统计控制内吗？ 输出变量随时间变化吗？ 输出变量出现多大变化时你希望能探测到？ 输出变量是正态分布吗？ 测量系统能力足够吗？ 你需要多重输出变量吗？
通通常常以以输输入入对对输输出出影影响响的的方方式式来来陈陈述述实实验验目目的的
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 15 SAQM
DOE 工作表 - 陈述目标
Design of Experiment (DOE) Planning Sheet
Section 1
Date: Team Leader: Expected Start Date:
多多重重输输出出变变量量允允许许实实验验监监控控多多个个阶阶段段以以确确保保实实验验得得到到想想要要的的结结果果。。
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 18 SAQM
DOE 工作表- 定义输出变量
Design of Experiment (DOE) Planning Sheet
Section 1
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 3 SAQM
DOE 计划编制
实验设计的计 划编制比实验 本身更为重要 。
1. 项目定义 – 问题描述 (\DataFile\Authorize.ppt)
– 项目衡量指标 2. 流程图 & FMEA 3. 测量系统评估 (Gage R&R) 4. 衡量指标分析(使用第二周的工具) 5. DOE 计划编制
如果因子设定不够大胆，真实因子效果将会被噪声掩盖！ 如果因子设定太大胆，真实因子效果可能会隐藏在曲率中！ 正常界限必须考虑到！
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 20 SAQM
选择输入和输出 (响应变量)
识别输入/输 出的工具
C&E矩阵/FMEA 因果图 短期流程能力
Type1
\DataFile\DOE_Plan.doc
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 16 SAQM
DOE路线图 - KPOV’s
4 定义关键流程输出变量 (KPOV’s)
连续数据 离散数据：通过Likert，把属性数据转化成某种形式的连续(离散)数据 (数字或缺陷的相对大小)。 对“新的”测量系统进行Gage R&R 验证。
Page 10 SAQM
DOE路线图 - 问题陈述
问题陈述
定义和描述包括： – 一个完整和详细的问题描述 – 与问题相关的聚焦陈述，但不包括解决方法或结论 – 要尽可能的明确 – 不能包含原因
意图和功能包括： – 清晰地定义和量化问题 – 定义要使用的测量来源 – 识别当前实施的消极影响及它们与客户CTQ之间的关系
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 6 SAQM
实验设计的类型
筛选：用于判定众多因子中哪一些对流程影响大。 特性研究：用于根据最重要的因子产生等式Y=f(X)。通过确认运行
后验证。 最优化：用于发现流程最适宜的操作点。通过确认运行后验证。
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 11 SAQM
DOE路线图 - 内容
一个好的问题陈述包括：
问题的宏观陈述：高阶陈述，就量和影响定义问题
响应变量： 输出和测量来源
问题的量化： – 条件： – 内容： – 实施： – 时间框架： – 规格：
消极影响响应变量的属性 影响的定量测量 与CTQ相关的执行 研究中数据设定的时间周期 客户CTQ 或期望
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 14 SAQM
DOE路线图 - 目标
通常实验目标有助于决定：
确定材料变异对产品可靠性的影响 确定关键流程的变异来源 确定少数昂贵材料对产品效能的影响 确定操作者变异对产品的影响 确定流程输入与产品特性之间的因果关系 确定流程模型的等式 产生最佳输出的替代方法
17 实验设计(DOE)介绍
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 1 SAQM
关于这个模块
实验设计 (DOE) 是一个实验或一系列实验，用于通过有目 的地改变一个流程或系统的输入变量，以观察或识别输岀响 应值相应变化的原因。
D. C. Montgomery
六西格玛，一种对流程完美， 实现目标和减少变异的追求
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Section 5
Noise Factors
M easurab le?
1
2
3
4
5
Section 6
Brief Description of the Experimental Design to be used
Type1
上海质量管理科学研究院（SAQM） 版权所有
Page 19 SAQM