DOE & Minitab 经典培训资料

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Fra Baidu bibliotekDOE Training -1-
有关DOE与定义 有关DOE与定义 DOE
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 这种 方法速度太慢，已经无法适应快速发展的需求了。 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
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DOE Training -10-
DOE的处方 DOE的处方
陈述实际问题和实验目的 通过DOE 通过 什么目的? 达 什么目的
选择“Y”—响应变量 选择“ 陈述因子和水平
Y是什么？计量型？计数型？ 是什么？计量型？计数型？ 是什么 如产出率, 作业时间, 如产出率 作业时间 清洁度等 如温度(100℃,150℃),重量 ℃ 重量(20,30,40kg) 如温度 ℃ 重量 实验, 实验 应曲 设计 口设计 2K 口设计, 设计 实验 响
1.陈述问题和实验目标 1.陈述问题和实验目标 2.选择“ 2.选择“Y”-响应变量 选择 3.陈述因子和水平 3.陈述因子和水平 4.选择DOE 4.选择DOE 选择 5.实施实验及收据数据 5.实施实验及收据数据 6.分析实验结果 6.分析实验结果 7.结论和计划 7.结论和计划
DOE的关键因素 的关键因素 a)确定实验限制条件 确定实验限制条件 b)设计实验--确定实验设计方法 b)设计实验--确定实验设计方法 设计实验-统计>DOE>因子>创建因子设计… >DOE>因子 ●统计>DOE>因子>创建因子设计… c)噪声变量 噪声变量 d)分组与随机化 分组与随机化 e)重复与再现 重复与再现 f)确定样本容量 确定样本容量
附：品质特性可分为二类 品质特性可分为二
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
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 DOE常见术语4-正交表 常见术语
DOE方法演示 方法演示
●统计>DOE>因子>分析因子设计 - 图形 统计>DOE>因子> >DOE>因子 6d.研究显著的交互作用（ 6d.研究显著的交互作用（P-值<0.05)-首先从高阶入手 研究显著的交互作用 <0.05)●统计>DOE>因子>因子图… 统计>DOE>因子>因子图… >DOE>因子 ●统计>方差分析>交互作用图… 统计>方差分析>交互作用图… 6e.研究显著的主效果（ 6e.研究显著的主效果（P-值<0.05) 研究显著的主效果 ●统计>DOE>因子>因子图… 统计>DOE>因子>因子图… >DOE>因子 ●统计>方差分析>交互作用图… 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 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 获得的数学模型Y=f(X),计算%SS
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DOE Training -6-
DOE常见术语1 DOE常见术语1 常见术语
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（ 可控因子（ 可控因子 factor） controlled factor） 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） 响应（ 响应 response）
过程参数设计优化 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； 选择最佳的参数组合使产品对杂音最不敏感； 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； 应用直交表进行原因检测和平均值的处理； 进行原因检测和平均值的处理 应用直交表使变异最小； 应用直交表使变异最小； 最低成本
田口试验是运用 田口试验 最多的好方法
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。 再现
（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） 降低系统误差和随机误差
主效果（ 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（ 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。
可控因子X 可控因子
可控因子是影 可控因子 响过程最终结 果（响应 响应）的 响应 输入变量。
响应Y 响应
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 不可控因子 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。
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DOE处方-2.选择“Y”响应变量 DOE处方-2.选择“ 处方 选择
陈述问题和实验目的 选择“ ” 响应变量 选择“Y”—响应变量 陈述因子和水平 选择DOE 选择 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划
选择响应变量“ 选择响应变量“Y”(特性值) 特性值)
望目特性： 愈近目标值愈好)，例如尺寸、换档压力、 间隙、 望目特性：此特性具有一特定的目标值(愈近目标值愈好 特性 愈近目标值愈好
粘度等。
望小特性： 值愈小愈好)，例如磨耗、收缩、劣化、杂音水准等 望小特性：目标的极端值是(值愈小愈好 特性 值愈小愈好 望大特性： 值愈大愈好)，例如强度、寿命、燃料效率等。 望大特性：目标值为无限大(值愈大愈好 特性 值愈大愈好
6a.为整个模型建立方差分析表 6a.为整个模型建立方差分析表 ●统计>DOE>因子>分析因子设计… 统计>DOE>因子>分析因子设计… >DOE>因子 6b.用简化模型重新分析实验 6b.用简化模型重新分析实验 6c.进行残值诊断， 6c.进行残值诊断，保证模型适合 进行残值诊断 ●统计>回归>回归… 统计>回归>回归…
2、明了技术要点
工艺研发
产品设计 1、灵敏度分析
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
▶ 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?
DOE（实验设计） 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 有关DOE与定义 DOE DOE的一般模式 DOE的一般模式 DOE的意义 DOE的意义 DOE的分类 DOE的分类 DOE常见术语 DOE常见术语 DOE处方 DOE处方
选择DOE 选择DOE 实施实验及收集数据
实验结果 实验结果 数据 运 Minitab进 实验数据 进 实验数据
分析实验结果
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 DOE处方-1.陈述实际问题和实验目的 处方
DOE的意义1 DOE的意义1 的意义
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 DOE的意义2 的意义
2、实验设计的作用 基本研究 1、发现相关问题
则称A与B有交互作用。
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DOE常见术语3 DOE常见术语3 常见术语
实验次数: 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） 计量特性的种类（田口试验）
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 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
正交表（直交表）特点： 正交表（直交表）特点：
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每一列都是自我平衡， 每一列都是自我平衡，即每一列中 各水准出现的频率相同。 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 列中出现某水准的所有实验组， 另一列中出现各水准的频率相同。 另一列中出现各水准的频率相同。
陈述问题和实验目的 选择“ ” 响应变量 选择“Y”—响应变量 陈述因子和水平 选择DOE 选择 实施实验及收集数据 分析实验结果 结论和计划
首先要明白实验的目的到底要什么？ 首先要明白实验的目的到底要什么？
把握Vital X’s(少数关键 少数关键X ▶ 把握Vital Few X’s(少数关键X）的影响程度 把握选定的重要X ▶ 把握选定的重要X之间的交互作用 建立X ▶ 建立X和Y的预测模型 决定Y最佳化的X的条件: ▶ 决定Y最佳化的X的条件:
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不可控因子 -噪音 噪音U 噪音
DOE Training -7-
DOE常见术语2 DOE常见术语2 常见术语
响应（ 响应（Response):实验输出的结果，即因变量，通常用“Y”表示。 因子（ 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（ 水平（Level):实验中对因子的不同设定值。 噪音（ 噪音（Noise):不可控制的因子/因素。 分组（ 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)： 消除噪音变量或随机误差的影响） 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） 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（ 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
DOE: 实验设计 实验设计( xperimental)---是对实验方案进行优化设计、 DOE:即实验设计(Design of Experimental)-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 软件： 软件 服务的先导。MINITAB 被许多世界一流 世界一流的公司与四千多所院校所采用。 世界一流
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DOE的一般模式 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> 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.