DOE及田口式方法
DOE -田口实验设计方法
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田口博士的成就
• 在日本提出 “田口品质工程” • 获得戴明奖 • 主持福特汽车供应者协会 • 主持美国供应者协会 统计学之贡献 • DOE • S/N Ratio
DOE基本概念
控制因子
讯号
制程
误差因子 干扰因子/杂音
响应 品质特性
实验设计主要对试验进行合理安排,以较 小的试验次数、较短的试验周期和较低的 试验成本，获得理想的试验结果以及得出 科学的结论。
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为什么需要DOE
同样在生产同规格的产品，为什么有些厂商良品率 是比较高
同样是在生产同类型的产品，为什么有些厂商的产 品性能以及寿命是比较好，而成本又比较低呢？
日本工业强盛的原因
用Y7与Y6比较18
全因子实验计划法
实验计划当中,考虑全部实验因子所有水准的全部组合!
A
B
C
C1
2
C1
A2
C2
B2
C1
C2
23=8 所有可能的排列组合模式
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七个可变的因素，每个因素两种选择， 用全因素实验法进行筛选，就有128种组合， 如果用小型设备做实验，每个实验做一天， 买上8个实验用的小炉子，同时做八个实验， 8天即可完成，然后在所有128个组合中寻 找产品尺寸变异最小的组合即可
日本人在很多制造业：如汽车、钢铁、电子和纺织方 面，居于领导地位，主要是因为他们能以具有竞争力 的价格，生产高质量的产品
日本人的致胜法宝之一：田口方法
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DOE的历史起源
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
DOE工程方法丨④田口设计
DOE工程方法丨④田口设计
田口设计（Taguchi Design），也称健壮设计、鲁棒设计、或稳健参数设计。
它通过选择可控因子的水平组合来减少一个系统（或产品、过程）对噪声变化的敏感性，从而达到减少此系统性能波动的目的。
系统（或产品、过程）的性能除了受可控因子的影响外，还受到噪声因子的影响。
一般的实验设计对误差的分析比较笼统，全部归为随机误差或试验误差。
但在田口设计中，为了能达到产品或性能的稳健性，一定要细致地分析这些变差是如何形成的，进而设法在试验中反映这些变差，最后讨论如何通过田口设计来实现控制这些变差的目标。
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。
DOE-之田口式实验法
田口實驗方法簡介 基本觀念
在一個制程里,發和不良的原因很多 如果我們能 在一個制程里 發和不良的原因很多,如果我們能 發和不良的原因很多 把不良原因杜絕,我們可防止不良產生 但在現實 把不良原因杜絕 我們可防止不良產生.但在現實 我們可防止不良產生 的世界里,很多時候我們知道那些不良原因 但完 的世界里 很多時候我們知道那些不良原因,但完 很多時候我們知道那些不良原因 成去杜絕卻有困難.可能涉及成本或技術 但我們 成去杜絕卻有困難 可能涉及成本或技術.但我們 可能涉及成本或技術 卻可透過制程參數最佳化可控制不良原因之變異. 卻可透過制程參數最佳化可控制不良原因之變異 田口式實驗方法就是協助我們找出主要的因子和 最有利的制程參數. 最有利的制程參數
L (y) = k(y - m)2
Ao=＄200 ＄
Tolerance = △o = ±20℃ ∴ △o = 20℃ ℃ ℃ Loss = Ao = L = ＄200 Ao = k(△o)2 △ k = 0.5＄/℃ ＄℃ L(y) = 0.5 (y - m)2 k=
(△o) △ (△o)2 △
=
＄200 (20)2
應用統計方法 基本的統計方法與技巧將有利於實驗者 基本的統計方法與技巧將有利於實驗者. 1.應用最簡便之方法 應用最簡便之方法. 應用最簡便之方法 2.在復習的問題中作有系統性之分析 在復習的問題中作有系統性之分析. 在復習的問題中作有系統性之分析 3.了解在何時何地需要支援 了解在何時何地需要支援. 了解在何時何地需要支援 4.節省實驗成本 節省實驗成本. 節省實驗成本 5.容易達成實驗之積極性目標 容易達成實驗之積極性目標. 容易達成實驗之積極性目標
品質工程的概念
Quality Loss Function觀念 觀念
DOE-田口式
求稳再求准
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实验计划法
目的:
藉由有计划的进行实验,以便达成未实验前的假设. 由於不是采用"试误法",因此能提升研发效率. 利用特殊的分析方法,以求得除了平均值以外的数值.
适用对象:
研究开发部门及生产技术部门,亦即必须藉由实验以 验证其假设或理论基础的单位最为适用.
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实验计划法序论--实验规划 实验计划法序论 实验规划
1 2 3 4 5 6 7 8 9 A 1 1 1 2 2 2 1 1 1 B 1 2 3 1 2 3 1 2 3 C 1 2 3 2 3 1 3 1 2 D 1 2 3 3 1 2 2 3 1 Y Y 1 Y 2 Y 3 Y 4 Y 5 Y 6 Y 7 Y 8 Y 9
3,4 1 2
24
多水准法(L8)应用在 应用在 多水准法 4*1+2*4
用4只可以吗?
猪公食,笼子,2餐 +32 猪公食,放山,3餐 +30 人食,笼子,3餐 +34 人食,放山,2餐 +24 假设猪公食会增加X公斤,而人 食会降低X公斤(对四组的体重 平均而言),其中X之正,负未 知.亦即两者差距为2X公斤. 同理:环境,餐数分别为2Y公斤, 2Z公斤,而四组的体重平均增加 W公斤
亦即(ε)+(ε)=2^(1/2)*(ε),因此
大钻石=(W+w)/2+(ε)/(2^(1/2)) 小钻石=(W-w)/2+(ε)/(2^(1/2))
结论:样本数增加 样本数增加将使得误差降低
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田口品质工程之内容
品质之评价 OFF-LINE 规格之决定方法 回馈控制 品质工程 工程诊断与调整 工程连结之系统设计 ON-LINE 适应控制 检查设计 预防保养 安全系统设计与保养
DOE设计田口优化
实用标准文案) (田口方法DOE实验设计▲设计思想不少成功企业已将品质管理现代企业已经充分意识到了品质管理的重要性，）很好的融入到了产品研发及生产的各个阶段。
众所周知，品质管理包括QC（离线品管和线上品管两个部分。
实验设计中的田口方法DOE 离线品管活动发生在产品和制程的设计阶段。
英瑞奇特推是一种统计方法，利用该方法可以简化或是删除许多统计设计工作。
以便更出此课程，旨在向您讲述如何将各项实验方法运用于产品和制程设计中，从而使产品及制程设减少过程中各项的变差，有效的降低杂音因素的敏感影响，计臻于完美。
一、田口方法的涵义用较短的时间开发出低随着市场竞争的日趋激烈，企业只有牢牢把握市场需求，成本、高质量的产品，才能在竞争中立于不败之地。
在众多的产品开发方法中，田口方法不失为提高产品质量，促进技术创新，增强企业竞争力的理想方法。
田口方法是日本田口玄一博士创立的，其核心内容被日本视为“国宝”。
日本和欧美等发达国家和地区，尽管拥有先进的设备和优质原材料，仍然严把质量关，应用田口方法创造出了许多世界知名品牌。
精彩文档．实用标准文案它强调产品质量的提高不是通高效益的质量工程方法，田口方法是一种低成本、其基本思想是把产品的稳健性设计到产品和制造过程中，而是通过设计。
过检验，通过控制源头质量来抵御大量的下游生产或顾客使用中的噪声或不可控因素的干扰，这些因素包括环境湿度、材料老化、制造误差、零件间的波动等等。
田口而且使用先进方法不仅提倡充分利用廉价的元件来设计和制造出高品质的产品，的试验技术来降低设计试验费用，这也正是田口方法对传统思想的革命性改变．为企业增加效益指出了一个新方向。
使生产过程对各种使所设计的产品质量稳定、波动性小，田口方法的目的在于，噪声不敏感。
在产品设计过程中，利用质量、成本、效益的函数关系，在低成本产品开发的效益可用企业内部效田口方法认为，的条件下开发出高质量的产品。
社会效益企业内部效益体现在功能相同条件下的低成本，益和社会损失来衡量．由于一个产品假如，则以产品进人消费领域后给人们带来的影响作为衡量指标。
实验设计DOE与田口方法
2.什么是实验设计 3.实验设计由来与发展 4.品质工程面临的问题 5.品质工程理论 6.基本术语：因子/水准, 信号/杂讯因子 7.实验设计流程 1.正交实验设计 2.1 正交表的构造; 2.2 正交表的选择与运用 2.3 正交表的灵活运用 2.4 正交实验案例演练. 1.田口方法 3.1 田口的质量哲学观念 3.2 田口损失函数 3.3 三种品质计量方法之比较 3.4 田口方法核心工具 S/N（信噪比） 3.5 田口三次设计：系统设计/参数设计/容差设计 3.6 实例演练 1：望小特性田口设计 3.7 实例演练 2：望大特性田口设计 3.8 实例演练 3：望目特性田口设计
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实验设计 DOE 与田口方法
【课程内容】 1.实验设计（DOE）概述
【课程背景】 实验设计 Design Of Experiments, 在质量控制的整个过程中扮演了非常重 要的角色，它是我们产品质量提高，工艺流程改善的重要保证。实验设计已 广泛运用了从航天业到一般生产制造业的产品质量改善、工艺流程优化甚至 已运用到医学界。籍此课程，您将通过对产品质量，工艺参数的量化分析， 寻找关键因素，控制与其相关的因素。根据实际需求，学习判别与选择不同 的实验设计种类，设计你的实验步骤，发现如何控制各种影响因素，以最少 的投入，换取最大的收益，从而使产品质量得以提升，减少差异，降低成本， 使工艺流程最优化。 【适合对象】 产品设计工程师、品质工程师、工艺工程师、过程工程师、生产经理、品质 经理、6Sigma 黑带、绿带 【课程收益】 通过本课程的培训，可使学员： 1.了解掌握 DOE 基本原理 2.了解和控制影响流程的相关因素 3.掌握最有效的实验设计方法 4.掌握六西格码 MINITAB 软件的运用方法 5.免费获得 MINITAB13.33 版本软件
DOE实验(田口实验方法)
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）；
x1
y1
x2
过程
y2
x3
y3
u1
u2
几个基本术语——可控因子
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）
因子a的主效应为：
145-115=30kg
请问因子b的 主效应是？呢
几个基本术语——交互作用
在前面的资料中我们发现： 当因子b处于低水平的时候（肥少），因子a从低
水平变到高水平是从100到120，增加20kg ； 当因子b处于高水平的时候（肥多），因子a从低
水平变到高水平是从130到170，增加40kg ；
田口方法是使实验更加有效的方法
田口方法的历史
田口博士的实验设计方法在工业上较具有实际 应用性，并不以困难的统计为依归。
田口方法的观念是以减少变异、降低成本和最 终获利之间的关系为基础，同时减少变异亦即 要有较大的再现性和可靠性，而最终目的就是 要为制造商和消费者节省更多的成本。
几个基本术语——响应
➢ 一般以顾客的声音来判定什么是我们
所要的Y特性。 Y可以来自：
➢顾客抱怨； ➢顾客所指定的特殊特性； ➢内部认为关键的特性‘。 ➢所选择特性尽可能是计量特性，否则 要增加试验成本。
STEP 2:决定X
1.决定Y 2.决定X 3.选择实验方法 4.配置实验 5.实验 6.数据分析
➢此时的工作人员本身要具有相应的工 程能力和知识，来判定可能影响到y特
望大：目标值为无限大(值愈大愈好)，例如强度、 寿命、燃料效率等。
DOE-田口式分析法
計量值：量測數值為連續量。訂定規格時常用它。
單一目標之特性。Ex:某一規定的尺寸或電壓或顏色.... 多重目標之特性，依據不同的需求，只要改變某一要因即可
達成不同產品。Ex:經由三原色加入量的不同即可做出不同的 顏色，此時對顏色而言是有無限多的目標。
另類方法：將大鑽石+小鑽 石放在左端得到W，將大鑽
成常態分配，N(0,^2)。它不符合 四則運算，因此公式為
石放在左端，右端放置小鑽
1.234-() 0.567-()
石+法碼得到w則
從N(0,^2)中任意（隨機）取2
大鑽石=(W+w)/2
個值，會變成N(0,2*^2)
小鑽石=(W-w)/2
4. 直交表實驗方法：藉由各要因在實驗中出現相同次數，以
平衡該要因的影響大小。此為目前可以同時解決上述兩大缺 點的方法。
周育政
3
實驗計劃法
目的：
藉由有計劃的進行實驗，以便達成未實驗前的假設。 由於不是採用“試誤法”，因此能提升研發效率。 利用特殊的分析方法，以求得除了平均值以外的數值。
A-Low A-High
周育政
16
交互作用之定義（二）
假使會有以下情形則稱為具有交互作用，亦 即2者相互依存。
A Low Low High High
B Low High Low High
Data-2 3 5 6 4
B-Low B-High
B-Low B-gh 6
周育政
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交互作用之定義（一）
用以下2個變數A,B其分別可以設定為 Low,High。假使會有以下情形則稱為沒有交 互作用，亦即2者相互獨立。
[实验设计doe应用指南]使用实验设计（DOE）与田口方法（Taguchi method）的区别
![[实验设计doe应用指南]使用实验设计（DOE）与田口方法（Taguchi method）的区别](https://img.taocdn.com/s3/m/0d3c90ff846a561252d380eb6294dd88d0d23d60.png)
[实验设计doe应用指南]使用实验设计(DOE)与田口方法(Taguchi method)的区别篇一: 使用实验设计与田口方法的区别使用实验设计与田口方法的区别[ 14/11/2007 06:01:00 | By: 桥智]1长期来欧美企业采用DOE一向严谨于统计理论，因此对田口方法是陌生或看不起的，一直到6sigma管理引用大量日式TQM与丰田精益生产管理以后，一般DOE教科书最后一章才谈田口方法，号称DOE 圣经书的Design and Analysis ofExperiments一书一直到第六版才加入田口方法的内容，但也非常谨慎使用其章节名称-稳健参数设计与制程稳健研究，其字义可以充分表达田口方法的意义2 一般人认识DOE与田口方法会从Minitab开始，看起来Taguchi 是DOE四个项目之一个，但Taguchimethod在日本已经渐渐变成一种开发设计手法以达品质安定化设计之目的，因此田口方法已经从所谓事后品管而趋向于事前品管的手法，田口有一句口号译成英文给老外- To get Quality，Don‘t measureQuality，亦即与其测量品质以进行事后品质改善，不如进行好的品质设计不让品质问题发生，田口方法不断演变也因此造成一般人对田口方法的认知众说纷纭3 日本人的文字用语常令外国人头痛，譬如QC是指品质管理,TQC 是TQM，至于田口方法更有学问，请看田口方法发展史如下1950~1970年间致力品质提升而实施SPC，为了达成品质稳定，探讨品质问题原因而因此必须进行筛选设计，然而正统DOE的交络法或部份法当时是非常复杂，因此田口玄一发展出用直交表、点线图方便进行设计实验筛选出品质的关键要因，此阶段的实验方法当时被称为田口方法，时过境迁1980年代中期田口玄一出来呼吁澄清，除非采用有噪音因子的内外表与SN比才能称作田口方法，但是目前日本企业学习实验计画主流内容仍是以直交表与点线图为主1980年代以后日本品质登峰照极，田口致力于能够适用于设计阶段品质作入的实验计划法而发展出，采用有噪音因子的内外表与静态特性的SN比以及二阶段设计等技术，而称为田口品质工学，但外人还是称为田口方法1990年以后全球化贸易扩张，田口方法加入动态特性、基本机能等观念，在日本称为品质工程，其最新想法就是在商品企划后利用模拟方法实施田口方法，以求品质安定化设计，不过外人仍称为田口方法4 理论上DOE与田口方法都使用实验的手段，但目的是明显不同，因此当要使用田口方法用语时田口玄一要求如下参数设计使用适当的品质特性，并运用SN比或者Loss Function积极有效地使用杂音因子，控制与杂音因子分开为内外表设计使用直交表配置有再现性试验确认篇二: 实验设计及其应用● 培训背景DOE实验设计是一种最为重要的质量改善及工艺流程优化的工具，它可以：科学合理地安排实验，减少实验次数、缩短实验周期，提高经济效益；从众多影响因素中找出影响输出的主要因素；分析影响因素间交互作用影响的大小；分析实验误差的影响大小，提高实验精度；找出较优的参数组合，并通过对实验结果的分析、比较，找出达到最优化方案进一步实验的方向；对最佳方案的输出值进行预测。
《doe田口方法》课件
详细描述
对实验数据进行统计分析，包括数据的整理、描述性统计、推断性统计等，以得出实验结果和结论。
结果验证
总结词
验证实验结果的可靠性和有效性
详细描述
对实验结果进行可靠性和有效性 验证，包括重复实验、对比实验 等，以确保实验结果的可信度和 实用性。
04
CATALOGUE
DOE田口方法的实际应用案例
增强创新能力
DOE田口方法不仅是一种实验设计方法，更是一种创新思 维模式，可以帮助企业从多角度、多层次地思考问题，激 发创新灵感。
DOE田口方法的发展趋势和未来展望
融合其他设计方法
随着科技的不断发展，DOE田口方法将进一步融合其他先进的设计方法和工具，如人工智 能、大数据分析等，以实现更高效、精准的设计。
培训和知识传递
01
02
03
04
培训计划制定
制定详细的培训计划，确保 所有相关人员都能接受到必要
的培训。
知识传递方式
采用多种方式进行知识传递 ，如讲座、案例分析、实践操 作等，确保知识传递的有效性
。
培训效果评估
对培训效果进行评估，及时 发现和解决培训中存在的问题
，提高培训质量。
持续学习文化
培养持续学习的文化，鼓励 员工不断学习和提高自己的技
通过计算信噪比，可以了解产品输出 的稳定性和一致性，以及生产过程中 噪声对产品品质的影响。
容差设计
01
容差定义
容差是指产品特性的可接受范围，在田口方法中，容差设计是指根据产
品特性的要求，合理设定容差范围，以提高产品的稳定性和可靠性。
02
容差分析
对容差进行分析，了解容差对产品品质的影响程度，为优化容差范围提
DOE田口式实验
7 2 2 1 1 2 2 1 1 细 43 现 1200 4 0
8 2 2 1 2 1 1 2 1 细 43 新 1300 0 5
每百件 尺寸缺 陷数
16 17 12 6 6 68 42 26
DOE
回应表(Response Table)
要素 不良总数 不良百分比 要素 不良总数 不良百分比
A1 51/400
尺度分类。常依主观而判定，如好、更好、最好。 – 动态特性：是一“系统”的机能品质特性，取决于该
系统的投入及其造成的结果(产出)。汽车自动排档就 是此种特性的好例子。当引擎速度改变(投入)，排档 也跟着变换、下移、上移或保留在原齿。
DOE
计量特性的种类
望目特性：此特性具有特定的目标值(愈近目标值愈好)， 例如尺寸、换档压力、间隙等。
DOE
参数设计
目的 选择最佳的条件(参数)设计产品，使设计出来的产品， 对杂音变量最不敏感。
策略 设计产品，刚开始从低成本的零件或原材料用起。 控制主要因素和杂音因素间的交互作用和非线性效果， 以达成“坚耐性”。 减少变异性，而不必除去变异的原因，因为去除原因， 通常都是昂贵的。
DOE
应用实验计划 选择最好的组合水准 保留对杂音最不敏感的参 数组合达成高品质而不需 增加成本 日本的强项／美国的弱项
使用技术
– 用变异数分析法，决定各种因素导致的总变异量。 –影响变异较大的因素，必须考虑较紧的规格和较高等级的
品质。
DOE
三、直交表
• 传统的实验计划方法是由英国的R.A.Fisher在本世纪初 发明出来的，该方法包含多种的统计设计技巧，需要 使用繁复的统计技巧，所以较少使用在工业界。
• 田口方法：由田口玄一博士所提出，它删除许多统计设 计的工作，以一种可以直接、经济的方式一次就可以 做许多因素的实验，所以工业界上较常用。
《doe田口方法》PPT课件
-
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A(·Å «× )
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C(¥Ò îÇ ¿@ «× )D(ÅÍ ©Õ ³t «× ) Æ[ ´ú È
– 常因產品壽命之消耗，因而造成產品績效逐漸遠離 目標值。
產品變異
– 同樣規格，有些能夠正確地發揮機能，有些就不能， 這是由於製造工程中產品間的變異所造成。
產品設計
製程設計
控制因子
尺寸、材質、型態
加工程序、機具組合、 加工條件
外部雜音
使用者操作方式、溫 濕度、操作人員、進
度衝擊、震動
料、電壓改變
S/N比依品質特性種類有所不同，一般而言， S/N比愈大，期望損失愈小。
S/N比與功率增益的關係
損失函數與S/N比
S/N比計算
DOE及田口式方法
Exp.
Column 行
No.
1
2
3
4
1
1
1
1
1
2
1
2223来自133
3
4
2
1
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5
2
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3
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2
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9
3
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2
1
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I. 實驗設計的專門術語及概論
8.直交表實驗(Orthogonal Array) L9(34) 均衡分散-整齊可比
1.每列代表一個實驗處置，共有 9 種實驗處置，即 9 種實驗條 件。
Y；Y=f(X1,X2,…,Xk) 一個實驗反應值的選擇非常重要，反應值是否能反應實驗 目的，決定實驗的成敗。
CTQ=Critical To Quality
9
I. 實驗設計的專門術語及概論
1.反應值 (R反es應po值ns的es)分類
靜態
計量
反應值 (品質特性)
計數
望目特性 望小特性 望大特性
計件 計點
實驗中所考量的某個因素所處的定量或定性的狀態或條件，例如溫 度的因素考慮在三個水準 80℃、90℃、100℃ 下分別進行實驗， 或以早、中、晚班三個水準觀察不同班別的人員。
以烹調咖啡的過程為例:
18
I. 實驗設計的專門術語及概論 因素的水準選擇練習(2)
19
I. 實驗設計的專門術語及概論 5.處置(Treatments)
2
DOE & Taguchi Method
3
DOE & Taguchi Method