DOE试验计划法课件.ppt

1、.14部部 实验计划法实验计划法1.完全配置法完全配置法2.部分配置法部分配置法改善阶段概要改善阶段概要&在测定阶段，决定影响在测定阶段，决定影响Y变动的预想的变动的预想的X因子因子 在分析阶段，选定致命在分析阶段，选定致命X因子因子&在改善阶段，通过最终做实验，决定致命的少数因子在改善阶段，通过最终做实验，决定致命的少数因子&找出最佳化找出最佳化Y的致命的少数因子的条件的致命的少数因子的条件 通过检证实验通过检证实验(Confirmation Run)，与与Baseline比较，比较，确认是否达成了目标确认是否达成了目标 决定致命的少数因子决定致命的少数因子(Vital Few)达成达成Pr

2、ocess Optimization1 14-1/29改善的过程改善的过程&在改善阶段，在分析阶段得到的在改善阶段，在分析阶段得到的Xs中选定少数致命因子中选定少数致命因子 对所选定的因子，通过影响测定值统计的计划的实验而进行对所选定的因子，通过影响测定值统计的计划的实验而进行 分析其结果掌握最佳的条件分析其结果掌握最佳的条件完全完全/部分部分配置法配置法Critical XsVital FewVital FewCombinationControlVital FewOptimization检证实验不必要时检证实验不必要时检证实验必要时检证实验必要时反应表面实验反应表面实验1 14-2/29实验

3、计划实验计划(DOE)&实验计划法实验计划法(DOE)的背景的背景 一般影响一般影响Y的的X有无数个，根据实验条件，实验结果的不同有无数个，根据实验条件，实验结果的不同 因此几乎不可能用经验的、理论的方式知道引起因此几乎不可能用经验的、理论的方式知道引起Y发生的发生的X。&实验计划法实验计划法(DOE)的目的的目的 通过计划周全的实验通过计划周全的实验 1.掌握哪个要因对反应有有益的影响掌握哪个要因对反应有有益的影响 找出其影响良性的程度有多大找出其影响良性的程度有多大.检证和推定的问题检证和推定的问题 2.掌握微小影响的要因，在所有影响当中占多少比重，掌握微小影响的要因，在所有影响当中占多少

4、比重，测定误差多少测定误差多少 误差项推定的问题误差项推定的问题 3.有益影响的原因具有什么条件时，掌握是否得到最佳有益影响的原因具有什么条件时，掌握是否得到最佳 的反应的反应 最佳反应条件的问题最佳反应条件的问题 按结果，设定作业标准，提供选择原料按结果，设定作业标准，提供选择原料、装置、测定方法等装置、测定方法等 的基准的基准1 14-3/29实验计划实验计划(DOE)&什么是实验计划法什么是实验计划法(DOE)?对已知的事实对已知的事实 检证或检证或确认确认未知未知的事实的事实的假设的假设对所推定的原因因子的条件对所推定的原因因子的条件计划、实施、分析实验计划、实施、分析实验想要得到最佳

5、条件的活动想要得到最佳条件的活动True Stateof NaturePrism(DOE)NoiseNew Data(进行实验进行实验)(实验计划实验计划)Available Data推论推论&检证检证(分析分析)ProcessOptimization!N Trial&Error 方法方法 一般问题的原因有很多种一般问题的原因有很多种 推定因子不能同时研讨推定因子不能同时研讨 同一类型的问题再发的情况很频繁同一类型的问题再发的情况很频繁1 14-4/29实验计划实验计划(DOE)&什么时候使用实验计划什么时候使用实验计划(DOE)?-随随DMAIC Process的情况的情况 Theme选定选

6、定活动范围活动范围选定选定CTQ明确化明确化对对CTQ的的Gage R&R工程能力工程能力分析分析DefineMeasureGraph解释解释假设检验假设检验实验计划实验计划(DOE)检证实验检证实验管理计划管理计划AnalysisImproveControl 在分析阶段，对影响独立变量在分析阶段，对影响独立变量Y所推定的的从属因子所推定的的从属因子 -为了决定影响为了决定影响Y最大的原因因子而使用最大的原因因子而使用 -影响影响Y的原因因子的效果，良性的程度为多少的原因因子的效果，良性的程度为多少 -为了找出影响为了找出影响Process的因子的最佳条件而使用的因子的最佳条件而使用1 14-

7、5/29实验计划实验计划(DOE)&实验计划实验计划(DOE)Process实验目的的实验目的的设定设定特性值的特性值的选择选择因子和因子和因子水平的选择因子水平的选择实验配置实验配置,实验顺序的实验顺序的Random化化Data 分析分析分析结果分析结果解释解释,对策对策 实验的实施实验的实施 1或者或者2以上以上 从属因子从属因子/变量因子变量因子 选择水平的选择选择水平的选择 -兴趣领域兴趣领域 -现使用水平现使用水平,预想最佳水平预想最佳水平 +-一般为一般为 25 水平水平 Block的组成的组成 实验顺序的实验顺序的 时间性时间性/空间性空间性 Randomization按照计划的

8、按照计划的 实验实施实验实施 Graph化化 实验时的管理状态实验时的管理状态 与否及误差的与否及误差的 等分散性研讨等分散性研讨 对对missing value的事前的事前 对策对策 在已知的条件之内在已知的条件之内 导出结论导出结论确认实验与否的决定确认实验与否的决定 确认实验的确认实验的 再现性的确保再现性的确保 因子(factor):影响data散布的无数原因当中直接与实验有关的原因 水平(level):为了实验而选定的因子的条件 fixed factor:技术性指定的因子(温度,压力,强度 等)变量因子 Block:把实验分为时间性,空间性，在内部能够造成实验环境均匀1 14-6/2

9、9实验计划实验计划(DOE)&实验计划实验计划(DOE)的基本原理的基本原理:要构筑实验程度好、分析容易的实验计划的话要构筑实验程度好、分析容易的实验计划的话,1.Principle of Randomization(随机性随机性)选定的因子以外，消除其他原因偏移选定的因子以外，消除其他原因偏移(bias)影响实验结果的方案影响实验结果的方案2.Principle of Replication(反复性反复性)反复能够使误差项的自由度增大、误差分散也有程度地推定，反复能够使误差项的自由度增大、误差分散也有程度地推定，使得能提高实验结果的可靠性使得能提高实验结果的可靠性.恰当的误差项的恰当的误差项

10、的DF是是 6 20个个.3.Principle of Blocking Block是同质性的集团是同质性的集团,如果判断一些要因成为问题时如果判断一些要因成为问题时,把那个要因选定为把那个要因选定为Blocking因子因子,Blocking因子选定的话因子选定的话,不增加实验的次数不增加实验的次数,可以分析要因可以分析要因;Blocking因子不选定的话因子不选定的话,实验结果会出现问题实验结果会出现问题,不能分析原因不能分析原因.Randomized Block Design4.Principle of Confounding 把没必要求的把没必要求的2因子交互作用或者高次的交互作用与因子

11、交互作用或者高次的交互作用与Block交叉的方法交叉的方法,检出不必要的要因与检出不必要的要因与Block的效果相交落，因此能提高实验的效果的效果相交落，因此能提高实验的效果.5.Principle of Orthogonality(直交性直交性)直交排列法直交排列法(Orthogonal Array Table)活用活用 把交互作用中能够技术性无视的与主效果相交落，能够减小实验的大小把交互作用中能够技术性无视的与主效果相交落，能够减小实验的大小,树立实验计划。树立实验计划。1 14-7/29实验计划实验计划(DOE)&实验计划法实验计划法(DOE)的种类的种类DOE反应反应表面实验表面实验部

12、分实施法部分实施法分解法分解法交落法交落法要因配置法要因配置法不完整不完整Block计划法计划法 所有因子所有因子/所有水平所有水平 实验顺序是实验顺序是Random 1/2/Multi-way factorial 对因子的各水平对因子的各水平 完全完全Random化困难时化困难时 因子别因子别/阶段别阶段别 Random化化 把没必要检出的交互作用把没必要检出的交互作用 与与Block交落交落 有必要的交互作用有必要的交互作用 与主要要因交叉与主要要因交叉 主要活用直交排列法主要活用直交排列法 Latin Square Design 水平数和水平数和Block数多时数多时 减少实验次数而使用

13、减少实验次数而使用 在同一个实验上，想要比较的在同一个实验上，想要比较的 因子水平的组合不全部包含的因子水平的组合不全部包含的 实验计划法实验计划法 Central Composite Design Rotatable Design EVOP(Evolutionary Operation)Simplex Design1 14-8/29实验计划实验计划(DOE)-完全配置法例题完全配置法例题(23 实验实验)&对实验计划对实验计划(DOE)适用结果的解释及对策事项是适用结果的解释及对策事项是?对影响对影响Monitor的的C/A+B/C 的的Gap不良的要因，在分析阶段不良的要因，在分析阶段 通

14、过假设检验推出实验的致命因子通过假设检验推出实验的致命因子 对对3因子各个因子各个2水平进行水平进行23 实验实行实验实行 Process实验计划实验计划实验实施实验实施检证实验检证实验分析分析主效果主效果交互作用交互作用Cube Plot1.实验计划实验计划:Factorial Design Minitab Menu:Stat/DOE/Factorial/Create Factorial Design因子因子Latch heightLatch widthResin(-)水平水平20320ABS(+)水平水平25330PC+ABSHeight width resin gap2032010.28

15、2532010.212033010.272533010.512032020.422532020.222033020.412533020.491 14-9/29DataData输入输入实验计划实验计划(DOE)-完全配置法例题完全配置法例题(23 实验实验)1 14-10/29&树立实验计划树立实验计划1 14-11/29&因子的影响分析因子的影响分析实验计划实验计划(DOE)-完全配置法例题完全配置法例题(23 实验实验)1 14-11/29Minitab Menu:Stat/DOE/Factorial/Analyze Factorial Design3 3次以上的交互作用对反映值次以上的交互

16、作用对反映值Y Y的影响几乎没有的影响几乎没有,所以不选择所以不选择!实验计划实验计划(DOE)-完全配置法例题完全配置法例题(23 实验实验)1 14-12/29&因子的影响分析因子的影响分析Fractional Factorial Fit:gap versus height,width,resinEstimated Effects and Coefficients for gap(coded units)Term Effect Coef SE Coef T PConstant 0.35125 0.003750 93.67 0.007height 0.01250 0.00625 0.0037

17、50 1.67 0.344width 0.13750 0.06875 0.003750 18.33 0.035resin 0.06750 0.03375 0.003750 9.00 0.070height*width 0.14750 0.07375 0.003750 19.67 0.032height*resin -0.07250 -0.03625 0.003750 -9.67 0.066width*resin -0.00750 -0.00375 0.003750 -1.00 0.500Analysis of Variance for gap(coded units)Source DF Seq

18、 SS Adj SS Adj MS F PMain Effects 3 0.047237 0.0472375 0.0157458 139.96 0.0622-Way Interactions 3 0.054138 0.0541375 0.0180458 160.41 0.058Residual Error 1 0.000113 0.0001125 0.0001125Total 7 0.101487Latch width/Resin/Latch height*Latch width/Latch height*Resin对反应值Y的影响大heightwidthresin2025320330120.

19、300.330.360.390.42gapMain Effects Plot(data means)for gap&对实验计划对实验计划(DOE)的适用结果解释及对策事项是的适用结果解释及对策事项是?2.分析分析1)主效果主效果(Main Effects Plot)倾斜度的绝对值越大对倾斜度的绝对值越大对Y值的影响也越大值的影响也越大 Latch width Resin Latch height 看似看似Latch 高度与高度与Y没有多大的关联性没有多大的关联性实验计划实验计划(DOE)-完全配置法例题完全配置法例题(23 实验实验)1 14-13/29Minitab Menu:Stat/DO

20、E/Factorial/Factorial Plot&对实验计划对实验计划(DOE)的适用结果解释及对策事项是的适用结果解释及对策事项是?2.分析分析2)交互作用交互作用(Interaction Plot)两个以上的因子相互组合影响两个以上的因子相互组合影响Y-11-110.30.40.50.30.40.5heightwidthresin-11-11Interaction Plot(data means)for data 两个线相交的角度两个线相交的角度 越大影响越大影响Y的程度的程度 也越大也越大 Latch width和和Latch height是是 有交互作用有交互作用 Latch he

21、ight和和Resin 交互作用也大交互作用也大实验计划实验计划(DOE)-完全配置法完全配置法(23 实验实验)1 14-14/290.210.220.510.490.280.420.270.41-1 1heightwidthresin-1 1-1 1&对实验计划对实验计划(DOE)的适用结果的解释及对策事项是的适用结果的解释及对策事项是?2.分析分析3)Cube Plot实验的结果综合性的实验的结果综合性的 Display的的Graph最佳条件最佳条件Latch width:320 mmLatch height:25 mmResin:ABS实验计划实验计划(DOE)-完全配置法完全配置法(

22、23 实验实验)1 14-15/29&对实验计划对实验计划(DOE)适用结果的解释及对策事项是适用结果的解释及对策事项是?3.验证实验验证实验(Confirmation Plot)因为因为Cube Plot上用选定的最佳条件，变更上用选定的最佳条件，变更Process的条件后的条件后 确认实际上是否改善了确认实际上是否改善了Y的值的值0.200.250.300.350.400.450.50USLUSLProcess Capability Analysis for beforeUSLTargetLSLMeanSample NStDev(ST)StDev(LT)CpCPUCPLCpkCpmPpPP

23、UPPLPpkPPM USLPPM TotalPPM USLPPM TotalPPM USLPPM Total0.300 *0.328100.04817390.0481739 *-0.19 *-0.19 *-0.19 *-0.19 *600000.00600000.00 *719456.61719456.61 *719456.61719456.61Process DataPotential(ST)CapabilityOverall(LT)CapabilityObserved PerformanceExpected ST PerformanceExpected LT PerformanceSTL

24、T0.100.150.200.250.30USLUSLProcess Capability Analysis for afterUSLTargetLSLMeanSample NStDev(ST)StDev(LT)CpCPUCPLCpkCpmPpPPUPPLPpkPPM USLPPM TotalPPM USLPPM TotalPPM USLPPM Total0.3 *0.2100.02654570.0265457 *1.26 *1.26 *1.26 *1.26 *0.00 0.00 *82.5882.58 *82.5882.58Process DataPotential(ST)Capabilit

25、yOverall(LT)CapabilityObserved PerformanceExpected ST PerformanceExpected LT PerformanceSTLT改善前改善前改善后改善后实验计划实验计划(DOE)-完全配置法完全配置法(23 实验实验)1 14-16/29&什么是部分配置法什么是部分配置法?在实施实验中因子数增加时，引起实验的次数以几何级数性地增加在实施实验中因子数增加时，引起实验的次数以几何级数性地增加 24=16,25=32,26=64,实验依次增加实验依次增加 -现实是时间方面或者现实是时间方面或者Load,Cost方面发生困难方面发生困难 -产生不

26、可预想的潜在变量，实验的程度产生不可预想的潜在变量，实验的程度(精度精度)变坏变坏 一般一般3次以上的交互作用主要影响反应值次以上的交互作用主要影响反应值Y的情况几乎没有的情况几乎没有 消除消除3次以上的交互作用，根据一定的次以上的交互作用，根据一定的 Rule减少实验次数的方法减少实验次数的方法 部分配置法部分配置法 -为了找出致命的少数因子为了找出致命的少数因子Screening时时 -考虑经济性，完全配置困难时使用考虑经济性，完全配置困难时使用实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法1 14-17/291.在射出物配置的工程上，共选定了在射出物配置的工程上，共选定了5个潜在的因子

27、个潜在的因子,其中在什么因子的什么条件下得到最佳值，其中在什么因子的什么条件下得到最佳值，用用25-1部分配置要进行实验部分配置要进行实验.Y=射出物强度射出物强度实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法FactorLowHigh流入量流入量(A)催化剂催化剂(B)回转数回转数(C)温度温度(D)浓度浓度(E)101100140315212018061 14-18/292.实验设计实验设计 Minitab Menu:Stat/DOE/Factorial/Create Factorial Design实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法实验因子数实验因子数BestNot Ac

28、ceptableAcceptable1 14-19/292.实验设计实验设计 Minitab Menu:Stat/DOE/Factorial/Create Factorial Design实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法实际实验时必须实际实验时必须 Click,随机决定实验的顺序随机决定实验的顺序.反复实验数反复实验数1 14-20/293.实验设计后测定值的输入实验设计后测定值的输入实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法1 14-21/294.主效果主效果/交互作用交互作用/Cube Plot 分析分析 Minitab Menu:Stat/DOE/Factorial

29、/Factorial Plot实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法把把Set up全部选定全部选定 Plotting1 14-22/295.主效果分析主效果分析实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法EDCBA631801401201002115107570656055YMain Effects Plot(data means)for Y对对Main Effect的解释的解释1 14-23/296.交互作用分析交互作用分析实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法对交互作用的解释对交互作用的解释6318014012010021907050907050907050907

30、050ABCDE180140120100211510Interaction Plot(data means)for Y1 14-24/297.Cube Plot分析分析实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法对对Cube Plot的分析的分析82619365605545539567786349536956EDCBA18014015106321120100Cube Plot(data means)for Y1 14-25/298.把各因子的效果用把各因子的效果用Pareto Chart画出来画出来 Minitab Menu:Stat/DOE/Factorial/Analyze Facto

31、rial Design实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法1 14-26/298.把各因子的效果用把各因子的效果用 Pareto Chart画出来画出来 Minitab Menu:Stat/DOE/Factorial/Analyze Factorial Design实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法20100BDBDDEECEABCABBEAEADACCDCPareto Chart of the Effects(response is Y,Alpha=.10)A:AB:BC:CD:DE:E对对Pareto Chart的解释的解释1 14-27/29 配置法的追加参考事

32、项配置法的追加参考事项实验计划实验计划(DOE)-部分配置法部分配置法X 用最佳条件选定的值，必须作验证实验用最佳条件选定的值，必须作验证实验X 第一次实验的结果不明确的话，另半边也能第一次实验的结果不明确的话，另半边也能 够做实验够做实验X 为了更详细地调查已判定为重要的因子，为了更详细地调查已判定为重要的因子，追加追加/变更水平变更水平。X 离散型离散型Data只可以用只可以用2 水平实验水平实验,连续型全部可以使用连续型全部可以使用1 14-28/29Improvement 阶段简介阶段简介Improvement阶段阶段Project Review Pointo 影响影响Y的致命的少数因

33、子是否明确的致命的少数因子是否明确o 决定致命少数因子为止，所使用的统计决定致命少数因子为止，所使用的统计Tool是否确切、是否确切、分析是否正确？分析是否正确？o Process的最佳条件是否明确，是否重新确立了？的最佳条件是否明确，是否重新确立了？o 最佳条件下是否已经做了验证实验最佳条件下是否已经做了验证实验(Confirmation)?-Sample是否在长期性的观点上得到的是否在长期性的观点上得到的?-Sample的数量是否确切的数量是否确切?-是否达到了以工程能力为目标的水平或是否达到了以工程能力为目标的水平或6 Sigma水平水平?o 最佳条件下是否发生了最佳条件下是否发生了逆逆技能技能?1 14-29/29