DOE与Minitab 经典培训资料

DOE Training -10-
DOE的处方
陈述实际问题和实验目的
通过DOE 想达到什么目的? Y是什么？计量型？计数型？ 如产出率, 作业时间, 清洁度等 如温度(100℃,150℃),重量(20,30,40kg)
选择“Y”—响应变量
陈述因子和水平
选择DOE
全因子实验, 田口设计, 2K因子实验或响 应曲面设计等
DOE（实验设计） 与Minitab 培训
Roc.Luo 2011.01.26
深圳速浪数字技术有限公司 DOE Training -0-
课程目录
有关DOE与定义
DOE的一般模式 DOE的意义 DOE的分类 DOE常见术语
1.陈述问题和实验目标
2.选择“Y”-响应变量 3.陈述因子和水平 4.选择DOE 5.实施实验及收据数据 6.分析实验结果 7.结论和计划
实验设计的关键因素(1)
4a)确定实验限制条件
•确定实验可采用方案数与实验次数的限制条件。
•实验限制条件可以是时间，金钱，人力资源，物质限制等。
•决定你将做多少次实验。 •结合你的实验目的，选择最佳实验设计及你可以采用的最多的实验次数。
注意：
•1.不要在第一次实验中用完你所有的资源… •2.成功的DOE是一个反复的过程，不是一次实验就能完成的！
粘度等。
望小特性：目标的极端值是(值愈小愈好)，例如磨耗、收缩、劣化、杂音水准等 望大特性：目标值为无限大(值愈大愈好)，例如强度、寿命、燃料效率等。
附：品质特性可分为二类
计量特性：能以连续尺度量测。如厚度、浓度、时间等。 计数特性：不能以连续尺度量测，但能按不连续分级尺度分类。常依主观而判定，如
过程参数设计优化

选择最佳的参数组合使产品对杂音最不敏感； 应用直交表进行原因检测和平均值的处理；


应用直交表使变异最小；
最低成本
田口试验是运用 最多的好方法
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DOE Training -6-
DOE常见术语1

我们将影响响应的那些变量称为实验问题 中的因子。其中x1,x2,x3是人们在实验中 可以控制的因子，我们称为可控因子（ controlled factor）
▶ 响应变量的定义
- 改善的目的是什么? [目标值(平均)/散布水准(标准偏差)]
- 响应变量随着时间变吗? 响应变量是否具备正态分布? - 希望能发现出多大的响应变量的变化程度? - MSA（测量分析系统）是否可靠? - 希望得到多个输出响应变量吗?
陈述因子和水平
选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划
不可控因子 -噪音U
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DOE常见术语2
响应（Response):实验输出的结果，即因变量，通常用“Y”表示。
因子（Factor):影响实验输出结果的不同输入变量，即自变量，通常用“X”表示。 水平（Level):实验中对因子的不同设定值。 噪音（Noise):不可控制的因子/因素。 分组（Blocking):也叫做模块化，将噪音的干扰最小化的方法。 随机化（Randomization)：以一种随机的次序做试验。（消除噪音变量或随机误差的影响） 编码（Code）:用简单的符号或数字来代替“X”的时间的水平的方法。通常把计量型 因子的高水平设定为“+1”，低水平设定为“-1”，中心水平设定为“0”。 重复（Repetition):一种组合的反复，以得到相同水平的多个结果。也即在一个实验配置组
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DOE的一般模式
因子的来源考虑: 因果图(鱼骨图), FMEA , 柏拉图, 头脑风暴法…
<工程或系统的一般模型>
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每个因子存在不同的水平(level) 观测值可能受到噪音的影响,DOE 将通过不同的试验,以得到实际的X和 Y的关系.
2、建立可靠性的公差 3、特征组件 4、特征结构 5、包括低成本组件 6、包括低等级物料 7、最小的变化 8、性能的改善
5、优化变化 6、改善过程中心 7、减少生产周期 8、降低坏品率 9、改善产品的可靠性
工艺改善
工艺研发 1 、变量研究
2、变量的优化设置 3、建立可靠公差 4、发现降低成本的解决办 法
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DOE Training -17-
DOE处方-4.选择DOE
实验设计的关键因素(2)
4b)设计实验--确定实验设计方法
DOE 种类
因子数量 目的 作用 效果
筛选实验
6以上
选别重要因子
区分主效果
低
部分因子实验
全因子实验 田口设计 响应曲面实验
4~10
1~5 2~13 2~3
选别重要因子
有关DOE与定义

爱迪生的 汗水
爱迪生的助手尼古拉.特勒撒说：“我非常同情他的工作状况，如果有一点点理论和 计算能帮助他的话，就将节省他90%的精力。” 爱迪生是靠苦干拼出来的，他是在边试验边分析后确定下次试验该怎幺做的。这种 方法速度太慢，已经无法适应快速发展的需求了。 天才靠的是1%的灵感和99%的汗！ --Thomas Edison
决定因子
选择“X”因子，尽量为计量型，可以从以下来 ： - 因果图 - 头脑风暴法 - 专家意见 - 竞争性分析
陈述因子和水平
选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划
- 流程图 - 供应商输入 - 分析阶段结果 宁缺毋滥！
▶处理噪音变量（不可控因子）的方法
- 利用随机化 - 试图把噪音变量维持为常数的方法 - 利用Block化 - 反复实验
我们假定过程的结果当中， y1，y2，y3„„是我们关心 的输出变量，这些我们常常 称之为响应（response）
可控因子X
可控因子是影 响过程最终结 果（响应）的 输入变量。
响应Y

在影响过程和结果的因子中除了控制因子还包括一些 不可控因子（uncontrolled factor）：u1,u2„„,他 们通常包括环境、操作员、材料批次等，对于这些变 量我们通常很难把它们控制在某个精确值上。
1、解决问题 2、明了变量及过程之关系 3、进行过程能力研究 4、设备及方法比较 1、进行测量系统研究 2、判定误差的主要来源 3、最小测量误差
计量
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DOE Training -5-
DOE的分类 全因子实验 2K 因子设计 2K因子与中心点 随机化区组实验 部分因子实验设计 响应曲面设计 田口设计 混料设计
DOE处方
DOE方法演示
●统计>DOE>因子>分析因子设计 -
图形
6d.研究显著的交互作用（P-值<0.05)-首先从高阶入手
●统计>DOE>因子>因子图„ ●统计>方差分析>交互作用图„ 6e.研究显著的主效果（P-值<0.05) ●统计>DOE>因子>因子图„
●统计>方差分析>交互作用图„
6f.获得的数学模型Y=f(X),计算%SS的影响和评估实际的重要性 深圳速浪数字技术有限公司 DOE Training -1-
▶水平的范围设定:
-选择“X” 变量，要有足够的范围以体现差异。
- 不可脱离实现可能性的范围(但可以超出当前 Process的范围)。 - 对计量性数据的输入变量的水平设定,大体上 要考虑当前条件的界限。
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DOE Training -15-
DOE处方-4.选择DOE
陈述问题和实验目的 选择“Y” —响应变量
则称A与B有交互作用。
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DOE常见术语3
实验次数:多水平实验次数=K1*K2*K3„(K1,K2,K3为第K个因子的水平数）。
两水平实验次数=2K;三水平实验次数=3K。 计量特性的种类（田口试验）
望目特性：此特性具有一特定的目标值(愈近目标值愈好)，例如尺寸、换档压力、 间隙、
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DOE处方-3.陈述因子和水平
陈述问题和实验目的 选择”Y”—响应变量
决定因子的水平
▶按因子数及影响的特性选择水平数
- 因子多时,用2水平 - 只有线形影响时,用2水平 - 估计有曲线影响时,用3水平
陈述因子和水平
选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划


DOE:即实验设计(Design of Experimental)--是对实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实验结果进行科学分析的 一种科学研究方法；是一种藉用实验的手段来决定最佳设计或生产的方法。
Minitab软件：是为DOE、质量改善、教育和研究应用领域提供统计软件和 服务的先导。MINITAB 被许多世界一流的公司与四千多所院校所采用。
合条件下测试数个样品（揭示短期有效性）
再现(Replication): 以随机的次序重复整个实验，而不是按同样的次序把实验再做一次。
（降低系统误差和随机误差）。也即在一个时间序列上重做整个实验（揭示长期有效性）
主效果（Main Effect):对单个因子而言，从一个水平到另一个水平的变化对输出的平均影响 交互作用（Interaction):即一个因子A对Y的影响的影响，依赖于因子B所处的水平。
DOE的关键因素
a)确定实验限制条件 b)设计实验--确定实验设计方法
●统计>DOE>因子>创建因子设计„
c)噪声变量 d)分组与随机化 e)重复与再现 f)确定样本容量
6a.为整个模型建立方差分析表 ●统计>DOE>因子>分析因子设计„ 6b.用简化模型重新分析实验 6c.进行残值诊断，保证模型适合 ●统计>回归>回归„
DOE的意义1
为什么需要试验设计
1、优化设计的必要性


提高产量； 减少变异性，与额定值或 目标值更为一致； 减少开发时间； 减少总成本；
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DOE Training -4-
DOE的意义2
2、实验设计的作用
基本研究 1、发现相关问题
2、明了技术要点
工艺研发
产品设计 1、灵敏度分析
主效果和 部分交互作用 所有主效果和 交互作用 (线性效果） 设计或工序 参数优化
因子与Y的关系
现在 工序知识 状态
寻找因子的 最佳条件组合 设定因子的 最佳条件
高
反应变量的 预测模型 (曲线效果）
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DOE Training -18-
▶计数型与计量型数据的比较?
计数型属性数据（合格/不合格率）的有效性不及计量型数据 （连续测量数据）， 这表明需要大量的数据才能得出数据有效的统 计结论。所 以尽量选择计量型数据作为Y,以避免收集大量数据
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DOE Training -13-
DOE处方-3.陈述因子和水平
陈述问题和实验目的 选择“Y”—响应变量
好、更好、最好、不合格、不合格品数等。
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DOE Training -9-
DOE常见术语4-正交表
正交表（直交表）特点：

每一列都是自我平衡，即每一列中 各水准出现的频率相同。 每两列间都是互相平衡 ，即在某一 列中出现某水准的所有实验组，在 另一列中出现各水准的频率相同。

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收集实验结果的数据
实施实验及收集数据
分析实验结果
运用Minitab进行实验数据分析
结论和计划
制定改善方案
必要时重复实验
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DOE Training -11-
DOE处方-1.陈述实际问题和实验目的
陈述问题和实验目的 选择“Y”—响应变量
首先要明白实验的目的到底要什么？
▶ 把握Vital Few X’s(少数关键X）的影响程度
陈述因子和水平
选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划
▶ 把握选定的重要X之间的交互作用
▶ 建立X和Y的预测模型 ▶ 决定Y最佳化的X的条件:
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DOE处方-2.选择“Y”响应变量
陈述问题和实验目的 选择“Y”—响应变量
选择响应变量“Y”(特性值)
当设计一个实验时，要考虑如下关 键因素„
a)实验限制条件 b)实验设计方法 c)噪声变量 d)随机化和分组 e)重复和反复 f)样本容量
陈述因子和水平
选择DOE 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划
考虑实验的目的和预算等选择DOE
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DOE处方-4.选择DOE