全因子DOE设计.pptx

0第第0页页全因子实验设计全因子实验设计1第第1页页课程目的与对象课程目的与对象课程目标：课程目标：1.初步掌握DOE实验设计的目的和作用2.初步掌握DOE实验的特点和应用条件3.初步掌握DOE实验设计的基本步骤2第第2页页DOE实验的目的和作用实验的目的和作用造成问题的原因明确明确不明操作条件明确不明不明解决工具QCC手法控制图分层分析假设检验回归分析DOEDOEDOE实验总体思路：1.筛选主要因子（明确造成问题原因）2.找出最佳操作条件（操作条件最优化）3.证实最佳操作条件有再现性（生产中验证）3第第3页页DOE实验的目的和作用实验的目的和作用过程.输入可控因素不可控因素输出x1x2xpz1z2zqy 建立系统模型：建立系统模型：DOE是对一个过程或系统的输入变量作一些有目的的改变，通过观察和识别输出响应的变化来找到影响系统的关键因素。具体目的包括：1.确定哪些变量对响应y最有影响2.确定有影响的x设置在何处可使y几乎总是接近期望值3.确定有影响的x设置在何处使得y的变异较小4.确定有影响的x设置在何处使得不可控因素的效应最小4第第4页页DOE实验的目的和作用实验的目的和作用先明白几个基本概念先明白几个基本概念:1.响应变量(Response)：能够观察到和识别出的过程输出响应变化2.因子(Factor)：需要研究的输入或者过程变量3.水平(Level)：因子的状态，因子的设置或者等级，大小等4.运行(Run)：一次实验称之为一个运行5.主因子作用(Main Effects)：当某因子从低水平变为高水平时Y平均值的变化 6.交互作用(Interaction)：一个因子对Y的影响取决于其他因子的设置7.全因子DOE实验(Full Factorial DOE)：包含所有因子可能组合的实验 5第第5页页DOE实验的目的和作用实验的目的和作用无交互作用的DOE实验主因子作用=高水平时响应变量平均值-低水平时响应变量平均值6第第6页页DOE实验的目的和作用实验的目的和作用有交互作用的DOE实验交互作用表现为因素A和因素B之间是相互抵消，甚至起到反作用。在交互图上表现为两条直线不平行7第第7页页DOE实验的目的和作用实验的目的和作用传统的试验思路传统的试验思路一次改变一个因子一次改变一个因子3.2+-+-+72.7-+-+62.9-+-+52.8-+-+42.5-+-+32.4-+22.6-+12.1-StandardResultGFEDCBA实验因子最后的结论?这样的试验有什么问题呢?8第第8页页DOE实验的目的和作用实验的目的和作用传统思路进行试验的不足传统思路进行试验的不足:1.实验效率低，有限的时间和金钱难以支持获得满意的结果。2.无法辨别因子之间的交互作用；3.因子的影响度信息有限，不得得到完整的工程模型；4.无法找到最优的因素组合。5.无法估计实验的精度误差。9第第9页页DOE实验的目的和作用实验的目的和作用我们的期望我们的期望:1.结论更加可信2.估计实验的精度3.区别重要/非重要因子4.找出因子间交互作用5.量化因子或交互作用对响应变量的影响度6.建立预测模型7.易于分析8.高效有限的资源、最多的信息最佳选择最佳选择DOE实验设计和数据的统计分析！实验设计和数据的统计分析！10第第10页页DOE实验的特点和应用条件实验的特点和应用条件DOE实验类型包括：1.全因子实验2.部分因子实验3.响应曲面模型分析全因子实验是基础，我们从这里入手全因子实验是基础，我们从这里入手11第第11页页DOE实验的特点和应用条件实验的特点和应用条件1.DOE的关键在于对实验的设计，而不是实验结果的分析，如果实验设计不好，再复杂、先进的数学分析也无济于过程质量的改进。2.实验设计是一个循序渐进的过程，不要期望设计一个复杂的实验来解决所有的问题。3.对实验结果的验证是衡量实验结果和模型是否正确的唯一标准12第第12页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤实验设计1、确定响应变量Y2、确定因子Xs3、选择因子水平4、选择实验设计5、随机化运行6、做实验，搜集数据实验分析7、分析数据8、得出结论9、验证结果13第第13页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤1、确定响应变量、确定响应变量Y响应变量尽量是计量值数据响应变量应真正反映工序/产品的关键质量特征测量系统的能力必须充足（GR&R）当响应变量不止一个时，可以同时考虑多个响应输出，但Y的个数太多时，会增加问题的复杂性对于每一个响应变量，确定其目标（望大、望小、望目或减少变异）14第第14页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤2、确定影响响应输出的主要因素（、确定影响响应输出的主要因素（Xs）采用因果分析找出所有可能的影响因素响应变量15第第15页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤影响因素可控不可控显著固定可变显著不显著属性型计量型对影响因素进行分类16第第16页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤3、选择因子水平因子的水平不宜选得过大XY-+*17第第17页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤XY-+*因子的水平不宜选得过小18第第18页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤因子水平选择应注意的问题因子水平选择应注意的问题1.水平的选择会对实验结果有显著的影响2.要考虑到有些实验条件是否可行3.要根据工程经验进行分析4.要考虑因子间是否存在交互作用5.一次实验不可能解决所有问题，实验本身也是一个知识发现和学习的过程，确定因子水平时，往往要考虑上一次实验的结果19第第19页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤4、二水平全因子实验设计、二水平全因子实验设计基本规则基本规则No.X1 X2 X3 X1X2 X2X3 X1X3 X1X2X3 Y1 -+-2 +-+-+3 -+-+4 +-+-5 -+-+6 +-+-+-7 -+-+-8 [phone] 0 0 11 0 0 0 0 0 0 0 主因子 交互作用23全因子组合DOE设计20第第20页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤正交表具备如下特点：1.表中各因子所在的任何一列，所含各种水平的个数都相同2.表中各因子所在的任何两列，所有各种可能的数对出现的次数都相同21第第21页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤中心点的作用检验线性假设是否成立取得纯误差项增加中心点不会破坏实验的平衡性和正交性22第第22页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤正交表符号的含义 L8(23)水平数列数(最多可安排因子个数)试验次数(表中行数)正交表符号4因子2水平全因子实验需要运行多少次试验？23第第23页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤5、随机化运行、随机化运行DOE试验的三大特点：i)重复(replicate)试验的重复，而不是试验结果记录的重复；量化相同试验条件下的通常原因偏差（确定实验的精度）；确定因子作用是否显著（通常原因偏差&特殊原因偏差）；因子对响应变量的影响（均值&偏差）。24第第24页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤ii)随机化(randomization)避免潜伏变量(lurking variables)导致的错误结论；有效验证试验统计结论。25第第25页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤iii)区组化（blocking）不同的实验时间不同的实验物料批次不同的实验场所 在实验过程中引入了新的影响因素，解决办法是实验设计时将不可避免的影响因素作为一个因子，对实验进行区组划分。26第第26页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤6、做试验、收集数据、做试验、收集数据1.除实验过程应改变的因素外，其它因素均不应改变2.实验过程中要记录不可控因素的变化3.实验要随机化27第第27页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤7 7、分析数据、分析数据1.数据正确性检查时间序列图28第第28页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤2.确定最显著影响因素残差分析、因子图残差=观察值-观察值的平均值正态性；一致性；随机性；独立性。29第第29页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤因子图30第第30页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤3.量化各因子对响应变量的影响：主因子作用分析31第第31页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤交互作用分析32第第32页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤建立预测模型C、A*B的P值0.05，为显著因子33第第33页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤8 8、得出结论、得出结论a.简洁阐述实验结论b.解释实验结论；c.提出改进建议；34第第34页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤9 9、验证实验结果、验证实验结果u根据模型解释的结果确定最优工艺参数，并运行实验，检查是否达到了期望的结果另外运行一些试验，看预测的目标是否达成；改变实际过程参数设置，采用控制图监控预测目标是否达成35第第35页页DOE实验的基本步骤实验的基本步骤全因子实验设计的应用条件影响因素的个数少于5个可能存在交互作用响应输出和影响因素间是线性关系全因子实验的效率随影响因素个数的增加明显降低36第第36页页结束语结束语Q&A 问题交流问题交流