田口方法讲义

□ 为什么需要实验设计
品质管理系列教程 实验设计概述
同样在生产同规格的产品，为什么有些厂商的良品率就是比 较高。
同样是在生产同类型的产品，为什么有些人的产品质能以及 寿命就是比较好，而成本又比较低呢？
相同原料 更便宜的原料
相同制程
相同产品 相同功能
为什么良品率 不一样？
为什么可以做 出低成本高质 量的产品？
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田口方法实战技术
品质管理系列教程
◎全因子实验法
实验设计概述
§ 定义 实验计划当中,考虑全部实验因子所有水准的全部不同 组合。
§ 举例解析
有四个因子（A B C D），每个因子有两个水准，则共 需24=16组实验
§特点：
所有可能的组合都必须加以深究，信息全面，但相当耗费时间、金钱
例如:
7因子，2水准共须做128次实验。 13因子，3水准就必须做了1,594,323次实验，如果每个实验花3分钟，每天 8小时，一年250个工作天，共须做40年的时间。
烧成 上釉 烧成
控制因子 A:石灰石量 B:某添加物粗细度 C:蜡石量 D:蜡石种类 E:原材料加料量 F:浪费料回收量 长石量
水准一(新案) 5% 细 43% 新案组合 1300公斤 0% 0%
水准二(现行) 1% 粗 53% 现行组合 1200公斤 4% 5%
8
田口方法实战技术
§ 实验计划和结果
D
y
1
1.1
2
1.3
1
1.0
2
1.8
1
2.0
2
2.1
1
1.5
2
1.1
1
2.3
2
2.2
1
1.6
2
1.7
1
1.8
2
2.0
1
1.5
2
1.3
1.60
1.69
0.09
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田口方法实战技术
◎田口方法
品质管理系列教程 实验设计概述
·预防为主、正本清源 ·质量，就是把顾客的质量要求分解转化成设计参数、 形成
预期目标值，最终生产出来低成本且性能稳定可靠的物美 价廉的产品。 ·衡量成品质量的一个重要标准是产品对社会造成的一切损失, 任何对目标要求的偏离都会导致质量的下降。 ·改变质量定义。由“达到产品规格＂改为“达到目标要求和 尽量减少产品变异＂ 。
品质管理系列教程 实验设计概述
◎试误法
§ 经验挂帅，凭个人经验或直觉设计参数； § 机会性实验，不断尝试； § 没有系统化，没有任何资料分析； § 不能传承； § 有时浪费人力物力资源。
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田口方法实战技术
◎ 一次一因子实验法
品质管理系列教程 实验设计概述
§ 定义: 每次实验与前次相比,只改变一个实验因子的水准!
§直交表实验的优点 消除偏见简化资料分析
§直交表特性 ·每一列都是自我平衡的（self-balanced） ·每两列间都是平衡的（mutual-balanced）
上述两个特性同时存在，就可以称为直交。
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田口方法实战技术
□ 认识直交表
品质管理系列教程 直交表介绍
Exp
A
B
C
D
E
F
G
y
1
1
1
1
1
1
1
田口方法实战技术
□ 直交表基本型
2系：L4、L8、L16、L32、L64… 3系：L9、L27、L81… 混合系：L12、L18、L36 常用直交表
( )( )( ) ( () ) ( () ) L4
2L39
,3L48
,2L727,
L31163
2,1L5 8,1
340
L32 231
( ) ( ) ( ) L12 211 ,L18 21×37 ,L36 23×313
田口方法实战技术
品质管理系列教程 内部瓷砖 实验设计概述
外层瓷砖 (尺寸大小有变异)
改善前
改善后 上限
尺 寸 大 小
外部瓷砖
内部瓷砖
下限
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田口方法实战技术
§实验设计方法比较 ·一次一因子法
品质管理系列教程 实验设计概述
误差大，偏见下的产物。消除偏见───直交表
·全因子实验法
实验次数多，没有效率，附和直交表特性。
品质管理系列教程 实验设计概述
最佳条件 由于缺陷是愈小愈好，所以依此选出的最佳条件为：
A1 B2 C2 D1 E2 F1 G2。 确认实验将预期的缺陷数和“确认实验＂的结果做比较。 最适组合 但事实上厂商选得是
A1 B2 C1 D1 F1 G2 主要原因是C(蜡石)要因的价格很贵，但改善的效果又不大，所以 选C1(蜡石含量为43%）
67 00 45 45 00 05 40 40 05
每百件 尺寸缺 陷数
16 17 12 6 6 68 42 26
田口方法实战技术
§ 回应表(Response Table)
品质管理系列教程 实验设计概述
因子 缺点总数 不良百分比 因子 缺点总数 不良百分比
A1 51/400 12.75
E1 122
30.50
A2 142
35.5
E2
71
17.75
B1 107
26.75
F1
54
13.50
B2
86
21.5
F2 139
34.75
C1 101
25.25
G1 132
33.00
C2
92
D1
76
23.00 19.00
G2
61
合计 193
15.25 24.12
D2 117
29.25
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田口方法实战技术 § 最佳条件确认
·田口实验设计法
方便有效的实验方法。
田口方法实战技术
品质管理系列教程
□ 直交表(Orthogonal Array)
直交表介绍
§直交表(正交表) ·直交表用于实验计划，它的建构，允许每一个因子的效 应，可以在数学上，独立予以评估。 ·可以有效降低实验次数，进而节省时间、金钱而且又可 以得到相当好的结果。
▲ 20世纪70年代初期，我国着名数学家华罗庚带头在我国推 广实验设计法。
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田口方法实战技术
品质管理系列教程
□ 实验设计中的几个概念
实验设计概述
◎ 品质特性
实验中的应变量，是反映实验结果好坏的标准，是实验
结果比较的依据。实验的特性有定量和定性之分，也有 单指标、多指标之分。
◎因 子 实验中的自变量，是影响实验指标的有关因子与条件。影
实验设计概述
▲ 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；
▲ 二战后实验设计法在工业中得到推广和应用；
▲ 日本学者田口玄一首先将实验设计成功得应用于新产品的 开发。对于一些复杂的制程和产品，利用实验设计法合理 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；
直交表介绍
·2水准系列
例：L4(23)表示做4次实验、3因子(因子指控制因子，其因子 数=n-1，n为实验次数)、2水准。
·3水准系列 例：L9(34)表示9次实验、4因子(因子指控制因子，其因子数 =(n-1)/2，n为实验次数)、3水准。
·混合型 例：L18(21×37)表示18次实验、2水准1因子、3水准7因子。
L8 ( 27)
行数相当于实验总数
表示直交表
有8组实验，最多可容纳个水准的因子7个
田口方法实战技术
§直交表(ຫໍສະໝຸດ Baidu水准)
品质管理系列教程 直交表介绍
水准数
L9 ( 34)
列数相当于可配 置多少因子
行数相当于实验总数
表示直交表
有9组实验，最多可容纳个水准的因子4个
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田口方法实战技术
品质管理系列教程
§直交表表示方式解释
品质管理系列教程 直交表介绍
田口方法实战技术
品质管理系列教程
§ 田口方法运用的经典案例： 磁砖工厂的实验
实验设计概述
在1953年，日本一个中等规模的瓷砖制造公司，花了 200万元，从西德买来一座新的隧道，窑本身有80公尺长， 窑内有一部搬运平台车，上面堆着几层瓷砖，沿着轨道缓 慢移动，让瓷砖承受烧烤。
问题是，这些瓷砖尺寸大小变异，他们发现外层瓷 砖，有50%以上超出规格，内层则正好符合规格。引起瓷砖 尺寸的变异，很明显地在制程中存在一个杂音因素。
§ 实例：塑胶射出成型机的制程设计
【制程参数】
射出温度（A） 保压压力（D） 机器型号（G）
模具温度（B） 保压时间（E）
射出压力（C） 材料厂商（F）
【品质特性】
翘曲量（mm）
田口方法实战技术
§ 实验计划和结果
品质管理系列教程 实验设计概述
Exp A B C D E F G y
1
1 1 1 1 1 1 1 1.2
2
田口方法实战技术
□实验设计的意义
品质管理系列教程 实验设计概述
实验设计的目的是用最少的试验次数实现下述期望： ◎ 提高产量； ◎ 改进质量； ◎ 降低成本； ◎ 缩短研究开发的时间； ◎ 建立指标与因素的关系； ◎ 选择合理的工艺参数或配方； ◎ …….
田口方法实战技术
品质管理系列教程
□实验设计的发展历程
田口方法实战技术
□什么是实验设计
品质管理系列教程 实验设计概述
一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法；试验设计 主要对试验进行合理安排，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
□实验设计进行的时机
◎ 要为产品选择最合理的配方时（原料及其含量）； ◎ 要对生产过程选择最合理的工艺参数时； ◎ 要寻找最佳的生产条件时； ◎ 要研制开发新产品时； ◎ 要提高老产品的产量和质量时； ◎ ……
实 L8直交表
验
次
A BC DE
数
A
石
灰
FG石
量
1 2 3 4 5 67 1
1 1 1 1 1 1 115
2 1 1 1 2 2 225
3 1 2 2 1 1 225
4 1 2 2 2 2 115
5 2 1 2 1 2 121
6 2 1 2 2 1 211
7 2 2 1 1 2 211
8 2 2 1 2 1 121
品质管理系列教程
田口方法实战技术
主讲：李联伟
Mail: willianli@163.com
田口方法实战技术
目
◆ 实验设计概述； ◆ 直交表介绍； ◆ 田口方法中的名词概念； ◆ 田口方法的运用； ◆ 品质损失函数； ◆ 田口方法中的数据解析； ◆ 田口方法中的两阶段实验策略。
品质管理系列教程
录
1
田口方法实战技术
解决问题，使得温度分布均匀，需要重新设计整个 窑，需要额外再花50万元，投资相当大。
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田口方法实战技术
品质管理系列教程 实验设计概述
内部磁砖
外层磁砖 (尺寸大小有变异)
改善前
上限
尺
改善前
寸
大
小 外部磁砖 内部磁砖
下限
田口方法实战技术
§工艺流程和工艺参数 原材料粉碎及混合 成型
品质管理系列教程 实验设计概述
2
2 1 1 1 1 1 1 1.5
3
2 2 1 1 1 1 1 2.0
4
2 2 2 1 1 1 1 1.1
5
2 2 2 2 1 1 1 1.8
6
2 2 2 2 2 1 1 2.2
7
2 2 2 2 2 2 1 1.6
8
2 2 2 2 2 2 2 1.7
Effect 0.3 0.5 -0.9 0.7 0.4 -0.6 0.1
响实验指标的因素有单因子和多因子的情况。 ◎水 准
每个因素所取的用量或所处的状态，简称为因子的水平。 从专业知识、实践经验、生产技术等方面考虑，对实验指 标有重要影响的因素都有其试验范围，一般从中选取一个 或多个水准做试验
田口方法实战技术
□实验设计法介绍
◎试误法 ◎一次一因子实验法 ◎全因子实验法 ◎田口方法
B CDE 粗 蜡蜡加 细 石石料 度 量种量
类
2 345 细 43 新 1300 细 43 现 1200 粗 53 新 1300 粗 53 现 1200 细 53 新 1200 细 53 现 1300 粗 43 新 1200 粗 43 现 1300
品质管理系列教程
实验设计概述
F长 浪石 费量 回 收
田口方法实战技术
□ 直交表表示方法
品质管理系列教程 直交表介绍
水准数
La ( bc)
列数相当于可配 置多少因子
行数相当于实验总数
表示直交表(Latin squares)
有a组实验，最多可容纳个水准的因子c个
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§ 直交表(二水准)
品质管理系列教程 直交表介绍
水准数
列数相当于可配 置多少因子
田口方法实战技术
§ 实验计划和结果
Exp.
A
B
1
1
1
2
1
1
3
1
1
4
1
1
5
1
2
6
1
2
7
1
2
8
1
2
9
2
1
10
2
1
11
2
1
12
2
1
13
2
2
14
2
2
15
2
2
16
2
2
Level 1
1.49
1.63
Level 2
1.80
1.66
Effect
0.31
0.04
品质管理系列教程
实验设计概述
C
1 1
2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2 1.85 1.44 -0.41
1
1.2
2
1
1
1
2
2
2
2
1.8
3
1
2
2
1
1
2
2
2.0
4
1
2
2
2
2
1
1
2.2
5
2
1
2
1
2
1
2
1.5
6
2
1
2
2
1
2
1
1.7
7
2
2
1
1
2
2
1
1.3
8
2
2
1
2
1
1
2
2.1
Level 1 1.80 1.55 1.60 1.50 1.75 1.75 1.60 Level 2 1.65 1.90 1.85 1.95 1.70 1.70 1.85 AVER. Effect -0.15 0.35 0.25 0.45 -0.05 -0.05 0.25 1.725