Taguchi田口实验设计培训

触片形状 标准 长
支撑长度 全长 .25mm间隙
材料厚度 0.012英尺 0.011英尺
方向 标准 横向
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问题？
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• 信噪比(Signal to Noise Ratio) ：信噪比和稳健(Robustness) 的概念紧密相关, 稳健的概念追求产品或流程的表现在受到因素 的波动时候的稳定性. 这个比用S/N来表示，S/N可以是:
望目值 – 某个目标值
望大值 – 比如合格率
望小值 – 比如维修时间
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用Minitab进行Taguchi实验的实例 (1)
一个接触器的使用寿命的实验设计示例 （四因子两水平）
Y = 寿命 (衡量指标为: 次)
因子:
A = 触片形状 (标准, 长) B = 支撑长度 (全长, .25mm间隙) C = 材料厚度(0.012英尺, 0.011英尺) D = 方向 (标准, 横向)
•
在Minitab中, 统计>DOE>田口 > 创建田口设计
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传统试验析方法和试验设计比较
• 传统试验方法：
– 将应影响输出的众多输入变量（因子）在同一时间只允许有 一个变量变化，其他相对固定。 – 试验周期长，浪费时间，可能导致试验成本大幅提高，并拖 延产品上市时间。 – 试验方法粗糙，因为无法考察因子间的交互影响，得到的结 论可能和实际不符－导致质次价高。
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优化的温度为 200
220
240
传统试验方法－多次单因子试验(3)
实例: 烤蛋糕
先固定烘烤温度为200℃，实验不同烘烤时间下的蛋糕厚度
12 10
蛋糕厚度 (cm)
8 6 4 2 0 7.5 15 30 时间 (mins)
6
优化的时间为 30 mins
60
120
传统试验方法－多次单因子试验(4)
96.0 95.5 标准 材料厚度 97.0 96.5 96.0 95.5 0.012 英尺 0.011 英尺 标准 横向 长 全长 方向 .25mm 间隙
• 对分析的结果来看，当需要提 高接触器的寿命时，各因素的 设置为较长的长度，.25毫米的 支撑间隙，0.11英尺的材料厚 度和标准方向。
信噪: 望大
Introduction to Design of Experiments (DOE)-Taguchi 实验设计介绍－田口方法
适用于Minitab 15中文版
杨海峰 浙江九洲药业股份有限公司 2010.01.15
实验设计 Design of Experiments (DOE)?
• 试验设计是一种研究与处理多因子试验的科学方法。和传统的 分析方法采用多次单因子试验相比，试验设计方法允许在同一 试验中包含多个变量，大大提高试验效率并降低成本。
列号 实验号
1 1 2 1 2 1 2 1 2
2 1 1 2 2 1 1 2 2
3 1 2 2 1 2 1 1 2
4 2 2 2 2 1 1 1 1
5 2 1 2 1 1 2 1 2
6 1 1 2 2 2 2 1 1
7 2 1 1 2 2 1 1 2 13
1 2 3 4 5 6 7 8
Taguchi方法的基本概念（3）
• 信噪比选项中选“望大”（寿命越长越好）
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用Minitab进行Taguchi实验的实例 (5)
• 交互影响项分析中选中所有的可用项：
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用Minitab进行Taguchi实验的实例 (6)
均值 主效应图
数据平均值
触片形状 72000 69000 66000 63000 60000 标准 材料厚度 72000 69000 66000 63000 60000 0.012英尺 0.011英尺 标准 横向 长 全长 方向 .25mm间隙 支撑长度
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Taguchi方法的基本概念（1）
• 质量损失函数(Quality Loss Function)
– 田口方法认为, 质量的定义是产品由于质量的缺陷对带来的 损失. 其损失可以用一个质量损失函数来表示: L= K (y-m)2
L为损失 y为特定的质量特征的实际值 m为质量特征的目标值 K为损失函数的比例常数
• • • • • • 全因子试验设计 分部试验设计 筛选试验设计 中心复合试验设计 Box-Behnken试验设计 田口试验设计
• 事实上，每种试验设计都各有优缺点，适用于不同的 应用领域。
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田口正交实验设计法简介
• Taguchi(田口)实验设计是利用正交表来挑选实验条 件和安排实验的实验方法. • 此实验设计方法最早是由日本质量管理专家田口玄一 (Genechi Taguchi)提出, 由此又深化发展出参数优 化设计, 公差设计和稳健设计(Robust Design). • 日本人认为不懂田口正交实验设计的工程师，就不能 被称为合格的工程师，可见其广泛应用的程度。 • 田口方法在日本“质量立国”的战略中起到巨大的作 用，被用到从造航天器到烤面包寻找最佳配方的角角 落落，使用它的公司也因此获得从几万元至上亿元的 收益。 • 细节可参考《质量工程师手册》一书。
实例: 烤蛋糕
最终看起来最佳烘烤温度为200℃，最佳烘烤时间为30分钟！
250 240 230 220 210 200 190 180 4
?
?
7.5 15 30 60
?
120
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传统试验方法－多次单因子试验(5)
实际上：最佳烘烤温度和烘烤时间都和我们前面推测的不同！
按设计键 选正交表
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用Minitab进行Taguchi实验的实例 (2)
按因子键 输入因子 的名称和 水平
设计方案完成
录入收集的三次重复实验的数据
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用Minitab进行Taguchi实验的实例 (3)
• 分析：统计 > DOE > 田口 > 分析田口设计
• 选信噪比、均值和标准差
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用Minitab进行Taguchi实验的实例 (4)
Inputs 输入
X1 X2 X3 X4 X5
Process 过程
Outputs 输出
收率
Y1 Y2
温度 时间 pH 压力 原料配比
Process 生产过程
杂质
• 以上反应共有5个关键因子（变量），假定每个因子有两个水平 （取值）。传统方法进行试验需要进行25＝32次。而试验设计 方法只需要进行8次试验就可以得出较高置信度的结论！
• 试验设计：
– 试验次数少，成本低，时间快。 – 能考察因子间的交互影响。明确给出哪个因子是关键的，哪 个是非关键的。 – 让我们更了解自己的工艺和如何进行优化控制。 – 较高的置信度。
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传统试验方法－多次单因子试验(1)
• 以烤箱烤蛋糕为例： • 假定烤箱温度和烘烤时间是两个关键输入因子。 • 烤好的蛋糕厚度作为关键输出结果来衡量。 • 试验方案如下：
– 先固定烘烤时间，试验不同烘烤温度的影响。 – 再固定烘烤温度，试验不同烘烤时间的影响。 – 最终确定最佳烘烤时间和温度。
4
传统试验方法－多次单因子试验(2)
实例: 烤蛋糕
先固定烘烤时间为30分钟，实验不同烘烤温度下的蛋糕厚度
12 10
蛋糕厚度 (cm)
8 6 4 2 0 160 180 200 温度（℃）
– 众所周知：农产品施肥时，氮肥、磷肥、钾肥施用量之间就 有明显的交互影响。 – 刚才提到的烤蛋糕问题。 – 合金配方中多种元素含量配比导致的合金性能差别。 – 合成反应中温度、压力、时间、物料配比、催化剂等等之间 也往往存在非常显著的交互影响。
• 传统试验方法无法解决这一难题！
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常用的试验设计方法
250 240 230 220 210 200 190 180 170 160 150 7.5
16 14 12 10
“真正的”最佳点在这！
8 6
15
30
60
120
为什么我们没能找到“真正的”最优化点?
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为什么我们没能找到“真正的”最优化点?
• 因为传统试验方法没有考察各因子间的交互影响，导 致试验结果和实际存在偏差。 • 各因子间存在交互影响，日常实践中有很多例子：
– 田口给质量下了如下定义：
“所谓质量就是产品出厂后给社会带来的损失”。 质量好，社会损失小；质量差，社会损失大。
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Taguchi方法的基本概念（2）
• 正交表：正交表是正交实验设计的基本工具. 是在运用组合数学理论的正交 拉丁方的基础上构造的一种规格化的表格. 其符号为Ln(ji) – 其中: – L – 正交表的代号 – n - 正交表的行数, 即实验次数 – j - 正交表中的数码, 即因素的位级数 – i - 正交表的列数, 即实验因素的个数 – 一个 L8(27)的结构为:
信噪比 的平均值
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用Minitab进行Taguchi实验的实例 (7)
• 平行线意味着没有交互影响，交叉则有交互影响。
均值 交互作用图
数据平均值
全长 .25mm间隙 标准 横向
72000 触片形状 66000 60000 72000 66000 60000 72000 材料厚度 66000 60000 72000 66000 60000 标准 长 0.012英尺 0.011英尺 方向 支撑长度
标准差 主效应图
数据平均值
触片形状 10000 8000 6000 支撑长度
标准差 的平均值
均值 的平均值
4000 标准 材料厚度 10000 8000 6000 4000 0.012英尺 0.011英尺 标准 横向 长 全长 方向 .25mm间隙
信噪比 主效应图
数据平均值
触片形状 97.0 96.5 支撑长度