DOE基础知识以及JMP软件的应用
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DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
DOE的含义 一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法；对试验进行合理的安排，以较 小的试验规模(试验次数)、较短的试验周期和较低的试验成本，获得理想的试 验结果和正确的结论。
Factors因子 可控制的变量
材料
过程
Response响应 可测量的输出
YYˆ
Noise噪音
非可控制变量
DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
❖试验设计的分类
试误法 传统实验
单因子法
实验
经典法
DOE
田口法
均匀设计法
DOE基础知识以及JMP软件的应用
20世纪 20年代
20世纪 50年代
❖三种试验设计方法实大验PK 设计(DOE)的基本概念
DOE
➢20世纪60年代，虽然田口方法的应用已传至台湾与印度，但对于西方国家而言
依旧是相当陌生。至此，田口方法的应用仍停留在生产的过程。
➢20世纪70年代之后，田口方法被使用至产品设计中
➢1951年和1953年获得戴明品质文献奖， 1960年获得戴明个人奖 、 1984年田口
再度获得戴明品质文献奖
DOE基础知识以及JMP软件的应用
金丝
A B
Force
参数设定 Power
25
75
Time 12
表1:从试验结果来看，A的金丝要好于B的金丝。
Ball Shear
55 46
序号
试验1 试验2
金丝
A B
Force
参数设定 Power
20
80
Time 10
表2：从试验结果来看，B的金丝要好于A的金丝。
Ball Shear
53 56
DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
传统试验无因子交互作用的情报
在多因素试验中，各因素不仅各自独立地在起作用，而且各因素还经常联合起 来起作用。也就是说，不仅各个因素的水平改变时对试验指标有影响，而且各因 素的联合搭配对试验指标也有影响。这后一种影响就叫做因素的交互作用。
在传统实验中，因每一次试验仅改变一个因素，没有考虑因子间的交互作用。
16次实验。下图是利用JMP软件的“定制试验”的DOE试验设计，从图中我们可以看出 只需要进行16次试验。
DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
DOE常用的几个术语
Factor: 在实验中，影响试验结果的可控制的变量
Level:
试验中各因子的不同取值。
罗纳德·费雪爵士 （Sir Ronald Aylmer Fisher, FRS) 1890.2.17－1962.7.29
田口玄一 （GenLeabharlann Baiduchi Taguchi）
实验设计(DOE)的基本概念
传统试验的再现性低 例：现在我们要对两家供应商的金丝进行对比试验，以便确定选用哪一家的金丝。
序号
试验1 试验2
交互作用示意图
50Kg 磷 50Kg 钾
20kg 磷 30kg 钾
30m
40m 25m
交互作用 = 总效果 - (20kg 磷的效果 + 30kg 钾的效果)
DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
传统试验无法缩小实验规模 在传统实验下，7因子2水平之实验次数必须高达27=128次。 倘忽略三阶以上交互作用，仅考虑主因子及二阶交互作用，则DOE有可能只需
田口玄一博士
➢田口玄一（Genichi Taguchi）博士是享誉全球的质量大师
➢1951年出版了第一本书介绍直交表（Orthogonal arrays）
➢1957-1958年，为一般工程师出版“实验设计”一书（计二册）。
➢在1970年代早期，田口博士发展质量损失函数的概念，并再修订其“实验设计”
一书
试误法
经验挂帅 不断尝试 没有系统化 不能传承 浪费资源
单因子法
再现性低 无交互作用 试验规模大
再现性高 有交互作用 可缩小试验规 模 可判定因子的 影响
DOE基础知识以及JMP软件的应用
❖DOE的发展历程 实验设计(DOE)的基本概念
DOE的出现 DOE的应用 DOE的发展 DOE与我们
➢20世纪20年代由 英国学者费舍尔(R。 A。Fisher)率先提 出
➢最初在农田试验 方面取得重要成果； 欧美各国将此法用 于生物学、医学等 领域的科学研究 ➢二战后DOE在工 业中得到推广和应 用
➢日本学者田口玄 一首先将DOE成功的 应用于新产品的开 发。利用DOE合理的 选择适当的参数， 可以大大改善产品 功能目标值的稳定 性，即所谓稳健性 设计
➢建国初期，著名 数学家华罗庚带头 在我国农业、工业 领域推广DOE ➢上世纪七十年代 末，方开泰教授和 王元院士提出了著 名的"均匀设计"法
DOE基础知识以及JMP软件的应用
罗纳德·费雪爵实士验设计(DOE)的基本概念
➢现代统计学与现代演化论的奠基者之一 ➢安德斯·哈尔德称他是“一位几乎独自建立现代统计科学的天才” ➢理查·道金斯则认为他是“达尔文最伟大的继承者” ➢1916年完成，1918年发表的论文同《孟德尔遗传假定下的亲戚之间的相关性》 同时建立了以生物统计为基础的遗传学，以及著名的统计学分法变异数分析 （analysis of variance，简写为ANOVA，也称方差分析）。 ➢1925年，他的第一本书出版，书名为《研究者的统计方法》（Statistical Methods for Research Workers）。到了1935年，延续本书的《实验设计》（The Design of Experiments）出版。两本书建立了实验设计法的基础。
DOE基础知识以及JMP软件的应用
&1.实验设计(DOE)的基本概念
这一节中我们主要是对什么叫DOE、以及DOE与其它试验 的区别、DOE的起源与发展、DOE有什么作用、DOE中一 些常用的术语、DOE的软件等方面进行一些简单的介绍，以 方便大家对DOE有一个初步的了解，在脑海中对DOE有一 个初步的概念。
实验设计 DOE (Design of Experiments)
DOE基础知识以及JMP软件的应用
内容概要
❖DOE的基本概念
确立DOE的观念，对DOE有一个初步的了解。
❖DOE的基础知识
了解DOE中所涉及的一些其它方面的知识。
❖DOE实例讲解
了解DOE的试验方法与试验步骤，并了解如何对实验结果进行分析。
实验设计(DOE)的基本概念
DOE的含义 一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法；对试验进行合理的安排，以较 小的试验规模(试验次数)、较短的试验周期和较低的试验成本，获得理想的试 验结果和正确的结论。
Factors因子 可控制的变量
材料
过程
Response响应 可测量的输出
YYˆ
Noise噪音
非可控制变量
DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
❖试验设计的分类
试误法 传统实验
单因子法
实验
经典法
DOE
田口法
均匀设计法
DOE基础知识以及JMP软件的应用
20世纪 20年代
20世纪 50年代
❖三种试验设计方法实大验PK 设计(DOE)的基本概念
DOE
➢20世纪60年代，虽然田口方法的应用已传至台湾与印度，但对于西方国家而言
依旧是相当陌生。至此，田口方法的应用仍停留在生产的过程。
➢20世纪70年代之后，田口方法被使用至产品设计中
➢1951年和1953年获得戴明品质文献奖， 1960年获得戴明个人奖 、 1984年田口
再度获得戴明品质文献奖
DOE基础知识以及JMP软件的应用
金丝
A B
Force
参数设定 Power
25
75
Time 12
表1:从试验结果来看，A的金丝要好于B的金丝。
Ball Shear
55 46
序号
试验1 试验2
金丝
A B
Force
参数设定 Power
20
80
Time 10
表2：从试验结果来看，B的金丝要好于A的金丝。
Ball Shear
53 56
DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
传统试验无因子交互作用的情报
在多因素试验中，各因素不仅各自独立地在起作用，而且各因素还经常联合起 来起作用。也就是说，不仅各个因素的水平改变时对试验指标有影响，而且各因 素的联合搭配对试验指标也有影响。这后一种影响就叫做因素的交互作用。
在传统实验中，因每一次试验仅改变一个因素，没有考虑因子间的交互作用。
16次实验。下图是利用JMP软件的“定制试验”的DOE试验设计，从图中我们可以看出 只需要进行16次试验。
DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
DOE常用的几个术语
Factor: 在实验中，影响试验结果的可控制的变量
Level:
试验中各因子的不同取值。
罗纳德·费雪爵士 （Sir Ronald Aylmer Fisher, FRS) 1890.2.17－1962.7.29
田口玄一 （GenLeabharlann Baiduchi Taguchi）
实验设计(DOE)的基本概念
传统试验的再现性低 例：现在我们要对两家供应商的金丝进行对比试验，以便确定选用哪一家的金丝。
序号
试验1 试验2
交互作用示意图
50Kg 磷 50Kg 钾
20kg 磷 30kg 钾
30m
40m 25m
交互作用 = 总效果 - (20kg 磷的效果 + 30kg 钾的效果)
DOE基础知识以及JMP软件的应用
实验设计(DOE)的基本概念
传统试验无法缩小实验规模 在传统实验下，7因子2水平之实验次数必须高达27=128次。 倘忽略三阶以上交互作用，仅考虑主因子及二阶交互作用，则DOE有可能只需
田口玄一博士
➢田口玄一（Genichi Taguchi）博士是享誉全球的质量大师
➢1951年出版了第一本书介绍直交表（Orthogonal arrays）
➢1957-1958年，为一般工程师出版“实验设计”一书（计二册）。
➢在1970年代早期，田口博士发展质量损失函数的概念，并再修订其“实验设计”
一书
试误法
经验挂帅 不断尝试 没有系统化 不能传承 浪费资源
单因子法
再现性低 无交互作用 试验规模大
再现性高 有交互作用 可缩小试验规 模 可判定因子的 影响
DOE基础知识以及JMP软件的应用
❖DOE的发展历程 实验设计(DOE)的基本概念
DOE的出现 DOE的应用 DOE的发展 DOE与我们
➢20世纪20年代由 英国学者费舍尔(R。 A。Fisher)率先提 出
➢最初在农田试验 方面取得重要成果； 欧美各国将此法用 于生物学、医学等 领域的科学研究 ➢二战后DOE在工 业中得到推广和应 用
➢日本学者田口玄 一首先将DOE成功的 应用于新产品的开 发。利用DOE合理的 选择适当的参数， 可以大大改善产品 功能目标值的稳定 性，即所谓稳健性 设计
➢建国初期，著名 数学家华罗庚带头 在我国农业、工业 领域推广DOE ➢上世纪七十年代 末，方开泰教授和 王元院士提出了著 名的"均匀设计"法
DOE基础知识以及JMP软件的应用
罗纳德·费雪爵实士验设计(DOE)的基本概念
➢现代统计学与现代演化论的奠基者之一 ➢安德斯·哈尔德称他是“一位几乎独自建立现代统计科学的天才” ➢理查·道金斯则认为他是“达尔文最伟大的继承者” ➢1916年完成，1918年发表的论文同《孟德尔遗传假定下的亲戚之间的相关性》 同时建立了以生物统计为基础的遗传学，以及著名的统计学分法变异数分析 （analysis of variance，简写为ANOVA，也称方差分析）。 ➢1925年，他的第一本书出版，书名为《研究者的统计方法》（Statistical Methods for Research Workers）。到了1935年，延续本书的《实验设计》（The Design of Experiments）出版。两本书建立了实验设计法的基础。
DOE基础知识以及JMP软件的应用
&1.实验设计(DOE)的基本概念
这一节中我们主要是对什么叫DOE、以及DOE与其它试验 的区别、DOE的起源与发展、DOE有什么作用、DOE中一 些常用的术语、DOE的软件等方面进行一些简单的介绍，以 方便大家对DOE有一个初步的了解，在脑海中对DOE有一 个初步的概念。
实验设计 DOE (Design of Experiments)
DOE基础知识以及JMP软件的应用
内容概要
❖DOE的基本概念
确立DOE的观念，对DOE有一个初步的了解。
❖DOE的基础知识
了解DOE中所涉及的一些其它方面的知识。
❖DOE实例讲解
了解DOE的试验方法与试验步骤，并了解如何对实验结果进行分析。