实验设计3-试验设计的类别及实施步骤
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指标。 （2）如单一指标无法衡量所有关键输出特性，则可选用
多个指标来衡量试验结果，但一般认为单个指标较 好。
3、确定可能影响到Y的可控因素
一般在实际试验时，影响输出Y的因素非常多，在选 择可控因素时须据历史数据及经验先做筛选，以降低 成本和提高效率，对无法确认其影响的因素，可做为 试验因素，通过筛选试验可确定其对输出Y的影响程度。
4、确定可能影响到输出Y的噪声因素。
5、DOE试验计划表例，某公司专门从事PCBA（印刷线 路板）元件焊接组装的公司，其波峰炉焊点不良率高 达35000ppm，客户怨声载道。急须进行改善，某6西 格玛小组经过长期定义、测量、分析阶段，已弄清问 题基本原因，现拟通过试验设计进行原因最终确认和 焊点合格率的改善，其拟定的试验计划表如下：
试验类别
根据不同的目标和因素数，试验设计可分为下表所示6个种类。 试验类别
试验类型
目
标
典型可控因素数
1、全因子试 验（所有因素
1、寻找最有利于输出的因 子水平
和水平的组合）2、建立可评估所有交互影
响的数学模型
4因子以内
2、部分因子 1、寻找最有利于输出的因子 试验（所有组 水平 合的一个子集）2、建立可评估部分交互影
2、用因素试验、中心复合 研究大量的控制因子，以
试验或BOX—Behken试验 发现使理想模型中偏差最
设计完全研究关键的少数 小的因子和水平组合
因素
从上表可看出，传统方法和 田口方法从不同的角度着 手，解决了同一问题，在实际使用时，以上两种方法 均可选用。
试验方案（类别）的选择流程
试验方案的选择流程如下图：
7、验证测量系统。 8、试验资源准备，包括人员、材料、设备、资金等，建
立测试计划。
9、进行试验，确信每个试验单元均被对应于其试验条件 做好标识。
10、测量试验单元。 11、分析数据，标识主要影响因素。 12、确认取得最好输出结果的因素水平的组合。 13、在此优化组合的因素和水平值上进行重复试验以确
确定试
Y
验目标
选定自变 量（因素）
需要进行 试验吗？
N 结束
开始
因素数
N
试验精度
Y
＞7
要求高吗？
Y
N
进行优
进行筛选DOE
进行因子DOE 全因子/分部因子
化DOE
N
观察实 Y
际影响
N
目标达成？
Y
需要说明在实验水平较多，达4个以上时，有一种叫 “均匀试验”的方法更适合使用。它的最大优点是能 以较少的试验次数完成很多因素和多水平的试验，且 精度不差。此方法是由我国统计学家王元教授和方开 泰教授于20世纪90年代所创，是一种新兴的科学方法。
试验设计的类别及实施步骤
试验设计的类别和用途 试验设计的有多种类别，分别适用于不同场合，针对 不同的用途选用正确的试验设计类别是十分重要的， 它直接决定了试验的效率、效果以至成败。
试验类别的选择依据 在选择试验时，须至少考虑以下因素
1、研究目标：即通过试验希望达到什么目的，解决什么 问题。
2、因素和水平数：我们的调查/分析范围。 3、每次试验的成本。
可靠设计
2、优化产品或制造过程的
函数
3、使输出对噪音因子敏感性
最小，对输入因子敏感最大
5因子以上 7因子以上
田口可靠设计法与传统试验设计方法的比较，如下表：
传统方法特点
田口可靠设计特点
1、如果存在许多输入因素，1、确定产品或制造过程的
运行筛选DOE来确定关键 理想数学模型
的少数因素
2、在一组动态试验中同时
认效果。 14、通过标准作业程序固定优化的试验条件（因子和水
平），并进行应有的控制。 15、重新评估过程能力。
试验设计计划
试验设计计划有特别的表格，通过填写它可进行试验 设计的策划，步骤如下： 1、建立试验目标 （1）即确定想通过试验来改善什么。 （2）列出所有的关键特性。 2、确定用哪项或哪几项输出关键特性（CTS）来作为测 量指标。 （1）如存在单一的指标可衡量所有关键特性，则以此为
采用现在的 参数
波峰炉焊接过程噪声因素
对输 试验 要否 如是试验因子 如非试验因子
噪声因子
出的 影响 度
时改 做为 策略
变难 实验 稳健性 易度 因素 设计
中 和
试验 水平 设置
如何固定其为 常量，在何种 水平上？
PCB来料焊 盘设计
机种
Y
V TO8VS 机种E7
符号含义： 有重大影响，容易改变 有中等影响，相对容易改变 影响很小，很难改变
DOE试验计划表
黑带___张__三______
部门/过程___工__程__部
项目__波__峰__炉__焊__接__品__质__改_ 善
日期_______
DOE目标：_降__低__公__司__所__有__产__品__的__波__峰__炉__焊__接__焊__点__不__良__率___
相关背景：现在公司波峰炉焊接不良率平均为35000ppm
响的数学模型 1、从大量因素中发现少数关 3、筛选试验 键因素（不评估因素间的交 互作用）
5因子以上 7因子以上
4、中心复合 设计
1、优化 2、建立非线性影响存在时 的数学模型（常用响应表面 方法）
3因子以上
1、优化 5、可靠设计 2、在存在噪声因子变化的
场合发现输出最小变异时对
应的因子水平
6、塔古奇动态 1、优化
试验设计流程
试验设计的一般步骤
1、通过确认历史数据或收集现场数据来确定目前的过程 能力。
2、确立试验目标。 3、确立衡量试验输出结果的变量。 4、确立影响输出结果的各类可控因子和噪声因子。 5、确定每个因子的水平数和各水平的实际取值。 6、选择试验用表，使其能适应所选择的因子和水平数并
确定试验次数。
波峰炉焊接可控因子表
对输 试验 要否 如是试验因子 如非试验因子
可控因子
出的 影响
时改 做为 变难 实验
如何固定其为 目前水平目标水平 常量，在何种
度 易度 因素
水平上
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
焊接温度
Y 245℃
松香比例 预热温度 碎波高度
Y 0.810g/cm3
Y 120℃
N
70
符号含义： 有重大影响，容易改变 有中等影响，相对容易改变 影响很小，很难改变
输出特性
关键特性
如何测量
规格 是否用于DOE
焊点不良率
目视检查每个焊点有无冷焊、 假焊、桥焊、半焊等缺点
小于1000PPM
Y
返修引起的 二次不良
单位时间返修率
小于10块/小时 （500点/PCBA）
N
是否通过对单一输出的衡量可满足所有关键特性？是的，因为测量焊点 不良率同时决定了返修率，返修率降低，则返修引起的二次不良自然降 低。
多个指标来衡量试验结果，但一般认为单个指标较 好。
3、确定可能影响到Y的可控因素
一般在实际试验时，影响输出Y的因素非常多，在选 择可控因素时须据历史数据及经验先做筛选，以降低 成本和提高效率，对无法确认其影响的因素，可做为 试验因素，通过筛选试验可确定其对输出Y的影响程度。
4、确定可能影响到输出Y的噪声因素。
5、DOE试验计划表例，某公司专门从事PCBA（印刷线 路板）元件焊接组装的公司，其波峰炉焊点不良率高 达35000ppm，客户怨声载道。急须进行改善，某6西 格玛小组经过长期定义、测量、分析阶段，已弄清问 题基本原因，现拟通过试验设计进行原因最终确认和 焊点合格率的改善，其拟定的试验计划表如下：
试验类别
根据不同的目标和因素数，试验设计可分为下表所示6个种类。 试验类别
试验类型
目
标
典型可控因素数
1、全因子试 验（所有因素
1、寻找最有利于输出的因 子水平
和水平的组合）2、建立可评估所有交互影
响的数学模型
4因子以内
2、部分因子 1、寻找最有利于输出的因子 试验（所有组 水平 合的一个子集）2、建立可评估部分交互影
2、用因素试验、中心复合 研究大量的控制因子，以
试验或BOX—Behken试验 发现使理想模型中偏差最
设计完全研究关键的少数 小的因子和水平组合
因素
从上表可看出，传统方法和 田口方法从不同的角度着 手，解决了同一问题，在实际使用时，以上两种方法 均可选用。
试验方案（类别）的选择流程
试验方案的选择流程如下图：
7、验证测量系统。 8、试验资源准备，包括人员、材料、设备、资金等，建
立测试计划。
9、进行试验，确信每个试验单元均被对应于其试验条件 做好标识。
10、测量试验单元。 11、分析数据，标识主要影响因素。 12、确认取得最好输出结果的因素水平的组合。 13、在此优化组合的因素和水平值上进行重复试验以确
确定试
Y
验目标
选定自变 量（因素）
需要进行 试验吗？
N 结束
开始
因素数
N
试验精度
Y
＞7
要求高吗？
Y
N
进行优
进行筛选DOE
进行因子DOE 全因子/分部因子
化DOE
N
观察实 Y
际影响
N
目标达成？
Y
需要说明在实验水平较多，达4个以上时，有一种叫 “均匀试验”的方法更适合使用。它的最大优点是能 以较少的试验次数完成很多因素和多水平的试验，且 精度不差。此方法是由我国统计学家王元教授和方开 泰教授于20世纪90年代所创，是一种新兴的科学方法。
试验设计的类别及实施步骤
试验设计的类别和用途 试验设计的有多种类别，分别适用于不同场合，针对 不同的用途选用正确的试验设计类别是十分重要的， 它直接决定了试验的效率、效果以至成败。
试验类别的选择依据 在选择试验时，须至少考虑以下因素
1、研究目标：即通过试验希望达到什么目的，解决什么 问题。
2、因素和水平数：我们的调查/分析范围。 3、每次试验的成本。
可靠设计
2、优化产品或制造过程的
函数
3、使输出对噪音因子敏感性
最小，对输入因子敏感最大
5因子以上 7因子以上
田口可靠设计法与传统试验设计方法的比较，如下表：
传统方法特点
田口可靠设计特点
1、如果存在许多输入因素，1、确定产品或制造过程的
运行筛选DOE来确定关键 理想数学模型
的少数因素
2、在一组动态试验中同时
认效果。 14、通过标准作业程序固定优化的试验条件（因子和水
平），并进行应有的控制。 15、重新评估过程能力。
试验设计计划
试验设计计划有特别的表格，通过填写它可进行试验 设计的策划，步骤如下： 1、建立试验目标 （1）即确定想通过试验来改善什么。 （2）列出所有的关键特性。 2、确定用哪项或哪几项输出关键特性（CTS）来作为测 量指标。 （1）如存在单一的指标可衡量所有关键特性，则以此为
采用现在的 参数
波峰炉焊接过程噪声因素
对输 试验 要否 如是试验因子 如非试验因子
噪声因子
出的 影响 度
时改 做为 策略
变难 实验 稳健性 易度 因素 设计
中 和
试验 水平 设置
如何固定其为 常量，在何种 水平上？
PCB来料焊 盘设计
机种
Y
V TO8VS 机种E7
符号含义： 有重大影响，容易改变 有中等影响，相对容易改变 影响很小，很难改变
DOE试验计划表
黑带___张__三______
部门/过程___工__程__部
项目__波__峰__炉__焊__接__品__质__改_ 善
日期_______
DOE目标：_降__低__公__司__所__有__产__品__的__波__峰__炉__焊__接__焊__点__不__良__率___
相关背景：现在公司波峰炉焊接不良率平均为35000ppm
响的数学模型 1、从大量因素中发现少数关 3、筛选试验 键因素（不评估因素间的交 互作用）
5因子以上 7因子以上
4、中心复合 设计
1、优化 2、建立非线性影响存在时 的数学模型（常用响应表面 方法）
3因子以上
1、优化 5、可靠设计 2、在存在噪声因子变化的
场合发现输出最小变异时对
应的因子水平
6、塔古奇动态 1、优化
试验设计流程
试验设计的一般步骤
1、通过确认历史数据或收集现场数据来确定目前的过程 能力。
2、确立试验目标。 3、确立衡量试验输出结果的变量。 4、确立影响输出结果的各类可控因子和噪声因子。 5、确定每个因子的水平数和各水平的实际取值。 6、选择试验用表，使其能适应所选择的因子和水平数并
确定试验次数。
波峰炉焊接可控因子表
对输 试验 要否 如是试验因子 如非试验因子
可控因子
出的 影响
时改 做为 变难 实验
如何固定其为 目前水平目标水平 常量，在何种
度 易度 因素
水平上
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
焊接温度
Y 245℃
松香比例 预热温度 碎波高度
Y 0.810g/cm3
Y 120℃
N
70
符号含义： 有重大影响，容易改变 有中等影响，相对容易改变 影响很小，很难改变
输出特性
关键特性
如何测量
规格 是否用于DOE
焊点不良率
目视检查每个焊点有无冷焊、 假焊、桥焊、半焊等缺点
小于1000PPM
Y
返修引起的 二次不良
单位时间返修率
小于10块/小时 （500点/PCBA）
N
是否通过对单一输出的衡量可满足所有关键特性？是的，因为测量焊点 不良率同时决定了返修率，返修率降低，则返修引起的二次不良自然降 低。