实验设计DOE必备基础知识理解

作用
区分主效果
效果
主效果和 部分交互作用
所有主效果和交 互作用 (线性效果）
低
现在工序 知识状态
组分/工艺条件
的优化
高
设计或工序 参数优化
反应变量的 预测模型 (曲线效果）
Mintab 中的 DOE工具（2019）
在Mintab 中的 主菜单“协助”的下拉菜单中有DOE选项，当使用二水平因子实 验时（包括筛选和优化），可以直接点开始用，是一份“DOE作业指导”，非常方便。
过改变过程的输入变量，获得新数据，然后对之进行分析，获得我 们所需要的信息，从而得出科学的结论，并据此作出合理有效的决 策。
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DOE基础知识
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实验设计DOE的发展过程:
DOE发 展过程
早期因子 设计法/ 方差分析
1920…
实验设计技 术最早是由 英国统计学 大师费歇尔
（R.A.Fisher）
所创立，首 先应用在农 业
PPAP 爬 坡 稳定受控 一致可靠
市场M
策划
设计和开发D
产品设计开发
过程设计开发
产品过程确认
反馈、评定、问题解决
批量生产P
服
务
工
工
工
工
序1 序2 序3 序4
S
监
监
监
监
视
视
视
视
持续改进
顾客项目委托
SOP量产启动 被认可的产品 和制造系统
量产结束EOP
产品寿命终结 服务期结束
DOE实验设计的意义:
美国著名 可靠性/ 质量工程 专家道 林·夏宁 （Dorian
Shainin ）
发展夏宁 方法，其 思路思路 与通常/ 传统的方 法不同， 它采用逆 向式的搜 索方法
Scheffe,单 纯形格子 点混料设 计被提出。 至1990年 Cornell， Johnson 不断开发 该类试验 设计工具。
残差分析， 多元回归分析， 分式析因实验， 曲面相应和调优运算
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
Mintab 中的 DOE工具（2019版）
DOE工具的多样性，不仅仅局限Mintab给出的几种类型。
Mintab 中的 DOE工具（2019）
Mintab 中的 DOE工具（2019）
基本研究 (Basic Research) 产品设计 （Product Design)
工艺研发 （Process Development)
1、发现相关问题 2、明了技术要点
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
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1. 正交实验和正交表:
每因素设置三水平，寻求一个最优化组合： 温度：640℃，650℃，660℃ 原料配比：5wt％，10wt%，15wt% 保温时间：15min，30min，45min
27个网格点 代表全部27 次实验
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1. 正交实验和正交表:
(a)孤立变量法
图(a),A3和C1水平出现6 次，A1，A2，C2，C3 和B3水平只出现一次， 试验点布局不合理，试 验结果的代表性就减弱， 甚至把最优组合漏掉。
Mintab 中的 DOE工具（2019）
DOE
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1. 正交实验和正交表:
在科学研究、工业化生产和工程化应用过程中，经常遇到多因素、多指标、多水 平试验问题，实验方案设计得好，可以达到事半功倍的效果。否则，试验次数急剧增 加，而且实验结果仍不能令人满意，时间、人力、资金等方面都造成极大的浪费。
正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试 验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分 试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。
优点：可以通过代表性很强的少数次试验，摸清各个因素对试验指标的影响情况 ，确定出因素的主次顺序，找出较好的生产条件或最佳参数组合。
Mintab 中的 DOE工具（2019）
Mintab 中的 DOE工具（2019）
Mintab 中的 DOE工具（2019）
Mintab 中的 DOE工具（2019）
Mintab 中的 DOE工具（2019）小结
DOE种类
筛选设计
- Plackett-Burman
部分因子设计
- 2k - 2水平裂区
DOE必备基础知识理解（含Mintab）
（Design of Experiment 实验设计）
课程安排
1.DOE的发展及基本类型 2.DOE中的术语或惯用语理解 3.实施DOE基本原则、流程
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实验设计（Design of Experiments DOE ）
➢ 实验设计是一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法。 ➢ 计划安排一批试验，并按照计划在设定的条件下进行这些试验，通
正交实验 RSM
正交实验， 方差分析 稳健设计
混料设计
1947
1950
1958
印度的劳博 英国统计
士（Rao，D,R） 学家乔
发明并建议 治·博克斯
使用正交表 规划具有数 个参数的实 验计划
（George Box）
发展了响 应曲面方 法（RSM）
二战后， 日本质量 管理大师 田口玄一 研究开发 出“田口 品质工程 方法”， 简称田口 方法（稳 健性设计）
全因子设计
- 2k - 多水平
混料设计
- 单纯质点 - 单纯格点 - 极端顶点
田口设计
响应曲面设计
- 中心复合 - Box-Hehnken
适用因子数
主要目的
6个以上
选别重要因子
4~10
选别重要因子
1Leabharlann Baidu5
因子与Y的关系
2~10 2~20 2~10
2~13
2~3
组分与Y的关系
寻找因子的 最佳条件组合
设定因子的 最佳条件
1 、变量研究 2、变量的优化设置 3、建立可靠公差
DOE实验设计的意义:
工艺研发 （Process Development)
工艺改善 （ Process Improvement)
计量 (Metrology)
4、发现降低成本的解决办法 5、分析变化 6、改善过程中心 7、减少生产周期 8、降低废品率 9、改善产品的可靠性
……
基于计算机辅 助的现代的多 元实验设计法 被广泛应用， 如：Mintab
3.DOE应 用在试验/
检测
2.DOE应 用在过程 设计开发
1.DOE应 用在产品 设计开发
4.DOE应 用在问题 根源分析
确认设计 结果；分 析了解新
过程
严格监控过程
5.DOE应 用在持续 改进，等 其他领域
问题解决 持续改进(6西格玛）；