DOE试验设计培训.ppt

ConfidentialConfidential1 of 63一、一、DOEDOE概念概念二、二、DOEDOE作用作用三、三、DOEDOE步驟步驟四、四、DOEDOE術語術語五、五、DOEDOE方法方法一、DOE概念 假设我们可以控制工序中的自变量（假设我们可以控制工序中的自变量（X X1 1.X.X2 2XX n n）我们就可以找到改进响应变量我们就可以找到改进响应变量(Y(Y1 1.Y.Y2 2YY n n)的设置的设置试验设计试验设计(Design Of Experiment)(Design Of Experiment)：主动控制：主动控制影响因素影响因素的的 变化，并观察变化，并观察响应变量响应变量的变化并研究其中的的变化并研究其中的影响。影响。试验目的：是评估自变量对因变量的影响程度。试验目的：是评估自变量对因变量的影响程度。二、DOE作用找出关键变量关键变量取值找出非关键关键变量，放宽工差，用低价材料替代关键变量取值范围控制关键变量也就控制了过程三、DOE術語响应變量响应變量Response:Response:试验输出的结果试验输出的结果因子因子Factor:Factor:试验过程中的不同输入变量如温度、时间、粘度等试验过程中的不同输入变量如温度、时间、粘度等水平水平Level:Level:试验中对因子的不同设定值如温度：试验中对因子的不同设定值如温度：1010度、度、2020度、度、3030度度干扰干扰Noise:Noise:人不可控制的事物人不可控制的事物主要影响主要影响Main Effect:Main Effect:对单个因子而言对单个因子而言,从一个水平到另一个水平从一个水平到另一个水平的的变化对输出的平均影响变化对输出的平均影响交互作用交互作用InteractionInteraction：两个因子合起来对总输出的影响将高于两：两个因子合起来对总输出的影响将高于两个单独的因子造成的影响个单独的因子造成的影响重复重复 ReplicationReplication：以随机次序重新做一次试验以随机次序重新做一次试验随机化随机化RandomizationRandomization：以一种无固定模式的次序做试验：以一种无固定模式的次序做试验區組區組Blocking:Blocking:将干扰最小化的方法将干扰最小化的方法四、DOE步驟为何进行试验为何进行试验 确定起显著作用的因子确定起显著作用的因子X X 确认分析阶段所假想的确认分析阶段所假想的X X 量化因子量化因子X X对响应对响应Y Y的影的影响响 改进程序的系统方法改进程序的系统方法为何检验多个为何检验多个X X 多个改进机会多个改进机会 试验设计的效率试验设计的效率 估计因子间交互作用估计因子间交互作用考虑因素考虑因素 试验的分辨率试验的分辨率 样本数、功效和样本数、功效和PowerPower 重复和复制重复和复制 划分区组划分区组 试验实施的随机性试验实施的随机性叙述试验目的确定响应变量研究影响因子定义X水平试验设计收集数据图形分析分析模型简化模型残差分析反应优化器验证试验分析种类分析种类效应：效应：-正态检验图、正态检验图、ParetoPareto图图析因：析因：-主要效果图、交互作用主要效果图、交互作用图图、立方图立方图-ANOVA-ANOVA、回归分析、回归分析优化：优化：-等值线图等值线图-反应优化反应优化器器五、DOE方法一次一因素試驗一次一因素試驗全阶乘因子试验（全因子试验）全阶乘因子试验（全因子试验）分数阶乘因子试验（部分实施因子试验）分数阶乘因子试验（部分实施因子试验）响应曲面设计响应曲面设计分步试验思想分步试验思想正交試驗設計正交試驗設計五、DOE方法所谓一次一个因素法（所谓一次一个因素法（OFATOFAT），就是先固定一就是先固定一种种组组合，合，而其它因子保持固定而其它因子保持固定，然后每次改，然后每次改变变一个条件，将相一个条件，将相邻邻的两次的两次实验结实验结果果进进行比行比较较，以估以估计计两个条件的效果差异。两个条件的效果差异。OFAT=One Factor At a TimeOFAT=One Factor At a TimeOFATOFAT虽然简单，但对实验的虽然简单，但对实验的效率效率造成影响：造成影响：-可能进行了不必要的实验可能进行了不必要的实验-找出原因因素的时间很长找出原因因素的时间很长-不知道改变一个因素而其他因素也改变所带来的影响不知道改变一个因素而其他因素也改变所带来的影响-不能发现或了解各因素的组合效果（交互作用）不能发现或了解各因素的组合效果（交互作用）五、DOE方法Factors32Level243812793216845432全阶乘试验的次数：全阶乘试验的次数：Runs=X Runs=X k kX-X-水平；水平；k-k-因子数因子数RunsRuns增加一个水平要大幅度增加实验次数！增加一个水平要大幅度增加实验次数！全阶乘实验的优势全阶乘实验的优势-包含所有主要结果的信息包含所有主要结果的信息-包含所有交互作用的信息包含所有交互作用的信息-量化量化Y=FY=F（X X）全阶乘实验的局限性全阶乘实验的局限性-资源分配过多资源分配过多-时间过长时间过长一般因一般因子数子数 4 4时，才时，才用全阶用全阶乘实验乘实验设计设计全阶乘因子试验（全因子全阶乘因子试验（全因子试验）：试验）：指所有因子的所有水平的指所有因子的所有水平的 所有组合都至少进行一次试验所有组合都至少进行一次试验：五、DOE方法当因子水平超过当因子水平超过2 2时：由于试验次数随因子个数呈指数增时：由于试验次数随因子个数呈指数增长长.-通常只作通常只作2 2水平设计水平设计一般来讲：一般来讲：因子的高、低两水平因子的高、低两水平+部分中心点之水平设置部分中心点之水平设置，相当大程，相当大程度上可以代替度上可以代替3 3水平设计，但试验次数大幅度减少，故最常用。水平设计，但试验次数大幅度减少，故最常用。2k因子设计2-2-表示因子均为表示因子均为2 2水平；水平；KK表示因子数量；表示因子数量；试验所需的运行次数试验所需的运行次数=2=2k k全因子试验案例全因子试验案例五、DOE方法正交試驗法正交試驗法 通過通過應用正交表應用正交表，它的建构，允许每一个因素的效果，可以在，它的建构，允许每一个因素的效果，可以在数学上，独立予以评估。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。相当好的结果。次次数数A AB BC CD DE EF FG G结果结果1 12 23 34 45 56 67 71 11 11 11 11 11 11 11 1Y1Y12 21 11 11 12 22 22 22 2Y2Y23 31 12 22 21 11 12 22 2Y3Y34 41 12 22 22 22 21 11 1Y4Y45 52 21 12 21 12 21 12 2Y5Y56 62 21 12 22 21 12 21 1Y6Y67 72 22 21 11 12 22 21 1Y7Y78 82 22 21 12 21 11 12 2Y8Y8正交表8行表示不同因子水平的组合7列表示最多7个因子1、2表示各因子的两种水平每个因子出现机会均等任意2列间组合数字各出现2次，其搭配是均等的l烘烤时间（A）l烘烤温度（B）目标：改进曲奇的口味和外观DOEDOE设计及结果设计及结果烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味AB 63754110375506450471045035问题：l那一个因子比较重要？l如何设定重要的因子？全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOE 全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOEDOEDOE结果分析结果分析*实用性分析*图形分析*定量分析 全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOE实用性分析烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味AB 63754110375506450471045035 全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOE图形分析烘烤时间 烘烤温度(min)(oF)口味AB6(-)375(-)4110(+)375(-)506(-)450(+)4710(+)450(+)35 全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOE定量分析开始分析之前，用（）、（）号表示每一个水平烘烤时间 烘烤温度(min)(oF)口味AB415047 35烘烤时间 烘烤温度(min)(oF)口味AB637541103755064504710 450 35 全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOE定量分析因子的影响高水平平均值低水平平均值在本例中，A的主要影响42.5-44=-1.5B的主要影响 41-45.5=-4.5 全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOE交互作用交互作用 一个因子的影响取决于另一个因子的水平一个因子的影响取决于另一个因子的水平烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味ABAB6(-)375(-)4110(+)375(-)506(-)450(+)4710(+)450(+)35口味随着烘烤温度和时间的变化 全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOE交互作用交互作用 交互作用的水平可由因子的水平值相乘得出交互作用的水平可由因子的水平值相乘得出烘烤时间烘烤温度(min)(oF)口味ABAB6(-)375(-)4110(+)375(-)506(-)450(+)4710(+)450(+)35AxB=AB1-x-=+2+x-=-3-x+=-4+x+=+交互作用的影响AB=(41+35)/2-(50+47)/2=-10.5 全因子实验示例曲奇饼全因子实验示例曲奇饼DOEDOEDOEDOE结果分析总结结果分析总结因子影响时间1.5温度4.5时间温度10.5不敏感不敏感