飞利浦DOE实验设计专题讲座PPT.ppt

design of experiments 实 验 设 计,shainin approach shainin 方 法 brought to you : teo chin nam 张 振 南,d.o.e workshop outline - day 1 d.o.e 讲 座 大 纲 ( 第 一 天 ),1. introduction 介 绍 - the need for d.o.e. d.o.e. 的 要 求 - the objective of d.o.ed.o.e. 的 目 标 - approaches to d.o.e d.o.e. 的 方 法 - characteristics of shainin tools.shainin 工 具 的 特 性 2. characterizing variation ( distribution ) 误 差 (分 布) 的 表 征 - variation 误 差 3. central limit theorem ( clt) 中 央 极 限 原 理 - individual and group coaching 个 人 和 小 组 指 导 4. gauge repeatability and reproducibility 测 定 重 复 和 再 现 性 - the measurement of variation : cp and cpk 误 差 的 测 定,day 1 program continue- 第 一 天 程 序( 续),- individual and group coaching . 个 人 和 小 组 指 导 5. the seven powerful d.o.e tools 七 种 有 效 的d.o.e. 工 具 6. multi vari chart : to identify the family of the red x. 多 变 量 图：确 定 红 色 x 的 集 合 - individual and group coaching.个 人 和 小 组 指 导 7. component search : to identify red x. 单 个 元 素 的 搜 寻： 确 定 红 色 x - individual and group coaching. 个 人 和 小 组 指 导,day 2 program第 二 天 程 序,8. paired comparison : to distinguish the “ good “ from the “ bad” 配 对 比 较：区 分 好 的 与 坏 的 - individual and group coaching. 个 人 和 小 组 指 导 9. variable search : product / process characteristics 变 量 搜 寻： 产 品/ 工 艺 的 特 性 - individual and group coaching. 个 人 和 小 组 指 导 10. full factorial : quantifying all main and interaction effects. 所 有 因 子 化：定 量 分 析 所 有 主 要 的 和 相 互 作 用 的 影 响 - individual and group coaching. 个 人 和 小 组 指 导,day 3 program 第 三 天 程 序,11.“ b” vs “ c “ verification of permanency of improvement. 永 久 化 改 进 的 b 与c 的 验 证 - individual and group coaching. 个 人 和 小 组 指 导 12. scatter plots : optimization and determining realistic tolerance. 散 布 曲 线： 优 化 和 确 定 实 际 允 许 偏 差 限 度 - individual and group coaching 个 人 和 小 组 指 导 13. spc & pre-control chart.spc 以 及 预 控 制 图 - individual and group coaching 个 人 和 小 组 指 导 14. interpretation of classical d.o.e software print out 经 典doe 软 件 计 算 结 果 的 解 释 - individual and group coaching 个 人 和 小 组 指 导,the need for d.o.edoe 的 要 求,tqm, tqc, quality circle etc.tqm，tqc， 品 质 圈 等 spc not a problem solving tools - only a monitoring tool.spc 并 非 一 个 解 决 问 题 的 工 具 仅 是 一 个 监 控 的 手 段 over 90 % company do not know how to solve chronic quality problems.90 以 上 的 公 司 不 知 如 何 解 决 长 期 性 的 质 量 问 题 over 80 % of key process parameters have cpk value less than 1.0 超 过80 的 关 键 工 艺 参 数 具 有 小 于1.0 的 cpk 值,1. obtain the maximum amount of information using a minimum amount of resources. 以 最 少 量 的 资 源 来 获 得 最 大 量 的 信 息 2. determine which factors shift the average response, which shift the variability and which have no effect. 确 定 哪 些 因 素 会 改 变 平 均 特 性， 哪 些 会 影 响 变 化 率 而 哪 些 则 不 起 影 响 3. find factor settings that optimise the response and minimise the cost. 找 出 起 作 用 的 因 子 环 境 以 优 化 特 性 和 减 少 成 本 4. build empirical models relating the response of interest to the input factors. 建 立 将 输 入 因 子 与 相 关 特 性 相 关 联 的 经 验 模 型,doe objectives-doe 的 目 标,three approaches to the design of experiment,three approaches to the design of experiment 三 种d.o.e. 的 方 法,characteristics of shainin tools shainin 法 的 特 点,shainin tools are characterized byshainin 法 具 有 以 下 特 点 - their simplicity and powerful. 简 单 而 有 效 - statistical foundation without statistical knowledge being required. 基 于 统 计 原 理 而 无 需 统 计 的 知 识 - simple in application. 应 用 简 便 - a structure that joins the tools together and gives a starting point with the application. 具 有一 个 集 各 种 工 具 于 一 体 又 是 一 个 应 用 时 最 基 本 的 架 构,variation 误 差,types of variation 误 差 的 种 类,special (assignable) causes affect the process differently over time due to specific events or factors, 特 种 原 因 ( 指 定 的)由 特 殊 事 件 或 因 子 而随 时 间对 过 程 起 不 同 的 影 响，(may be random or systematic) ( 可 能 是 随 机 的 或 是 系 统 的) examples: 例 如： wrong material used 用 错 材 料 sudden change in temperature 突 然 的 温 度 改 变 tool wear 工 具 磨 损 different personnel skill level 不 同 人 员 的 技 术 水 平,responsible: 负有 责 任 的： operator / employee / mini-company 操 作 工 /雇 员 /小 公 司,common (random) causes 普 通 (随 机 )原 因 inherent in the design and organization of a process 内 在 于 设 计 和 一 个 过 程 的 组 织 之 中 affect the process the same over time 随 时 间 对 过 程 影 响 相 同 affects everyone in the process 影 响 过 程 中 的 每 一 个 人 due to random events 由 于 随 机 事 件,types of variation 误 差 的 种 类,responsible: 负有 责 任 的： management / engineering team 管 理 /工 程 团 队,but they form a pattern which is called a distribution 但 它 们 形 成 了 一 种 模 式， 这 就 叫 一 种分 布,distributions can differ in: 分 布 可 有 下列 不 同 方 式,location 地 点,spread 延 伸,shape 形 态,products or services vary 产 品 或 服 务 改 变,characterizing variation (distributions) 对 误 差 (分 布) 特 点 的 描 述,uniform 均 一 分 布,some typical distribution shapes 一 些 典 型 的 分 布 形 态,variation & quality 误 差 与 质 量,loss 损 耗,loss 损 耗,upper specification limit 规 格 上 限,lower specification limit 规 格 下 限,value of quality characteristic 品 质 特 征 的 价 值,when outputs are within specification limits, there is no loss. 当 产 品 在 规 格 限 度 以 内，就 没 有 损 耗。 assumes that the outputs are equally good when their quality characteristics are within specification limits. 假 设 当 品 质 特 征 保 持 在 规 格 限 度 以 内， 产 品 就 同 样 保 持 令 人 满 意 this view is boundary oriented 此 观 点 是 具 边 界 取 向 性 的,the old view of quality 质 量 的 旧 观 点,variation & quality 误 差 与 质 量,assumes that any variation from the target value results in loss. 假 设 任 何 目 标 变 量 的 误 差 都 会 导 致 损 耗 the bigger the deviation, the bigger the loss. 偏 差 越 大， 损 耗 就 越 大 this view is target or optimum value oriented. 此 观 点 是 以 目 标 或 最 佳 值 为 导 向 的 this view is a direct result of multi-valued orientation. 此 观 点 是 多 值 取 向 的 直 接 结 果,the new view of quality 质 量 的 新 观 点 taguchi loss function taguchi 的 损 耗 函 数,prediction 预 测,0 variation = 100% predictability 0 误 差 100 可 预 测 性 variation = 误 差 = 可 预 测 性 therefore . . . reducing variation helps to predict, plan and meet customer needs! 因 此 减 少 误 差 有 助 于 预 测， 计 划 和 满 足 客 户 的 需 要,the central limit theorem 中 央 极 限 原 理,let x1 , x2 .xn denotes a random sample selected from a population having mean and variance 2 . 假 设 x1 , x2 .xn 代 表 一 组 选 自 一 个 具 有 平 均 值 和 方 差 2 的 域 的 随 机 抽 样 let x bar denotes the sample mean. if n is large, then x bar has approximately a normal distribution with mean and variance 2 / n . 假 设 表 示 该 抽 样 的 平 均 值. 假 如n 很 大， 那 么 大 约 与 平 均 值 和 方 差 2 /n 呈 正 态 分 布 关 系,central limit theorem - workshop session no. 1 中 央 极 限 原 理 培 训 第 一 课,a population consists of the three numbers 2,4, and 6 . what is the mean of this population ? 一 个 集 合 由 三 个 元 素2，4，6 组 成， 那 么 这 个 集 合 的 平 均 值 是 多 少？,central limit theorem - workshop session no.2 中 央 极 限 原 理 培 训 第 二 课,a population consists of three numbers 2,4 and 6 .what is the variance of this population ? 一 个 集 合 由 三 个 元 素2，4，6 组 成， 那 么 这 个 集 合 的 方 差 是 多 少？,central limit theorem - workshop session no.3 中 央 极 限 原 理 培 训 第 三 课,a population consists of the three numbers 2,4 and 6，consider all the possible samples with n = 2 that can be drawn with replacement from this population. what is the mean of the sampling distribution of mean ? 一 个 集 合 由 三 个 元 素2，4，6 组 成， 考 虑 当 n = 2 时 所 有 以 替 代 的 方 式 从 这 个 集 合 里 抽 取 的 可 能 样 品，那 么 平 均 值 的 随 机 抽 样 分 布 的 平 均 数 是 多 少？,central limit theorem - workshop session no. 4 中 央 极 限 原 理 培 训 第 四 课,a population consists of the three number, 2,4 and 6 ,consider all the possible samples with n = 2 that can be drawn with replacement from this population .what is the variance of the sampling distribution of mean ? 一 个 集 合 由 三 个 元 素2，4，6 组 成， 考 虑 当 n = 2 时 所 有 以 替 代 的 方 式 从 这 个 集 合 里 抽 取 的 可 能 样 品， 那 么 平 均 值 的随 机 抽 样 分 布 的 方 差 是 多 少？,average vs raw data 平 均 数 与 原 始 数 据,averaging converts any shape distribution to gaussian,average vs raw data 平 均 数 与 原 始 数 据,averaging converts any shape distribution to gaussian 平 均 化 法 可 将 任 何 分 布形 态 转 换 成 高 斯 分 布,background 背 景 the ability of a gauge to obtain meaningful measurements directly influences the operation of quality programs.一 种 能 获 得 有 意 义 的 测 量 结 果的 测 量仪 器 的 能 力 直 接 影 响 质 量 计 划 的 实 施 since many statistical techniques rely on measurements, the quality of the measurements systems that produce the measurements is important. 由 于 很 多 统 计 方 法 依 赖 于 测 量 结 果，因 此 测 量 系 统 的 质 量 就 很 重 要 the ability of a gauge to obtain repeatable, reproducible and accurate measurements should be assessed before data collection. 一 种 测 量仪 器 的 具 有 重 复 性，可 再 现 性 和 能 获 得 精 确 测 量 结 果 的 能 力 应 该 在 数 据 采 集 前 进 行 评 估,measurement errors 测 量 误 差,1. repeatability 重 复 性 2. reproducibility 可 再 现 性 3.accuracy 精 度 4. linearity 线 性 5. stability 稳 定 性,repeatability 重 复 性,the repeatability of a gauge is the variation associated with repeated measurements of a single part by one operator using the gauge. 一 种 测 试 仪 器 的 重 复 性 是 指 由 一 个 操 作 员 使 用 该 种 仪 器 对 某 一 单 个 零 件 进 行 重 复 测 量 而 产 生 的 误 差,causes of poor repeatability 重 复 性 差 的 原 因,1. gauge not clean 测 量 仪 器 不 清 洁 2. worn out gauge components. 仪 器 有 部 件 破 损 3. within-measured -part variability测 试 部 件 内 存 在 变 化 率 4. poor gauge design. 仪 器 设 计 有 问 题 5. malfunction of gauge. 仪 器 功 能 不 良 6. improper gauging method. 不 正 确 的 测 量 方 法 7. environmental conditions. 环 境 因 素,reproducibility 可 再 现 性,the reproducibility of a gauge is the difference between two operators variation associated with repeated measurements of single part by different operators using the gauge. 可 再 现 性 是 指 由 两 个不 同 的 操 作 员 使 用 该 种 仪 器 对 某 一 单 个 零 件 进 行 重 复 测 量 而 引 起 的 差 别.,causes of poor reproducibility 可 再 现 性 差 的 原 因,1. operators using different gauging methods. 操 作 员 采 用 不 同 的 测 量 方 法 2. insufficient operator training in proper gauging method. 对 正 确 的 测 量 方 法 操 作 员 培 训 不 足 3. poor gauge design, allowing subjective evaluation. 测 试 仪 器 设 计 出 现 问 题 引 起 测 试 时 的 主 观 估 测,accuracy 精 度,the accuracy of a gauge is the difference between the gauge measurement value and the “ true” value of the measured characteristic. 一 种 测 量 仪 器 的 精 度 是 由 该 种 仪 器 的 测 量 值 和 被 测 特 性 的“ 真”值 之 间 的 差 来 反 映,linearity 线 性,the linearity of a gauge is the change in accuracy through the operating range of the gauge. 一 种 测 量 仪 器 的 线 性 是 由 在 该 种 仪 器 的 测 量 范 围 以 内 的 精 度 变 化 来 描 述,causes of poor accuracy or linearity 引 起 精 度 和 线 性 不 良 的 原 因,1. improper calibration or setup of gauge 仪 器 的 校 准 和 装 配 不 正 确 2. too long a period of time between calibration 仪 器 校 准 的 时 间 间 隔 太 长 3. worn out or incorrect master 仪 器 磨 损 或 不 正 确 的 调 校 4. use of a single master rather than high and low master 只 采 用 了 一 个 简 单 的 校 对 而 不 是 高 低 校 对 5. malfunction of gauge 仪 器 功 能 不 良 6. improper gauging method 不 正 确 的 测 量 方 法 7. environmental conditions 环 境 因 素,stability 稳 定 性,the stability of a gauging process refers to its stability over time. 测 量 过 程 的 稳 定 性 是 指 其 随 时 间 的 变 化 而 不 变 的 特 性,short method study 简 捷 法 研 究,the objective of a short method study is to quickly access the gauge capability to perform its function. the repeatability of the gauge cannot be segregated from the reproducibility in this study. 简 捷 法 研 究 的 目 的 是 快 速 地 对 测 试 仪 器 执 行 某 种 功 能 的 能 力 进 行 了 解 和 掌 握 . 在 这 个 研 究 过 程 中，仪 器 的 重 复 性 不 能 和 可 再 现 性 分 隔 开 来.,part no operator a operator b range,r 1 120.1 120.4 0.3 2 118.9 118.2 0.7 3 119.3 119.4 0.1 4 119.4 119.4 0.0 5 121.1 121.9 0.8 6 119.9 119.6 0.3 7 120.2 120.2 0.0 8 120.4 120.7 0.3 9 118.9 118.5 0.4 10 119.4 119.5 0.1 total range: 3.0 average range: b 0.3 d2 d2 1.16 tolerance: 8 grr 5.15*b/d2 1.33 grr (%) grr*100/8 16.65%,workshop session 5 培 训 第 5 课,part no operator1 operator2 零 件 数 操 作 工 1 操 作 工 2 1 1.20 1.26 2 1.25 1.27 3 1.28 1.22 4 1.22 1.31 5 1.22 1.22 6 1.30 1.24 7 1.28 1.24 8 1.23 1.28 9 1.24 1.29 10 1.22 1.21,short method study 简 捷 法 研 究 d2 values number of operators 操 作 工 的 人 数 no of part 2 3 4 5 6 7 8 9 10 2 1.28 1.81 2.15 2.4 2.6 2.77 2.91 3.02 3.13 3 1.23 1.77 2.12 2.38 2.58 2.75 2.89 3.01 3.11 4 1.21 1.75 2.11 2.37 2.57 2.74 2.88 3 3.1 5 1.19 1.74 2.1 2.36 2.56 2.73 2.87 2.99 3.1 6 1.18 1.73 2.09 2.35 2.56 2.73 2.87 2.99 3.1 7 1.17 1.73 2.09 2.35 2.55 2.72 2.87 2.99 3.09 8 1.17 1.72 2.08 2.35 2.55 2.72 2.87 2.99 3.09 9 1.16 1.72 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.09 10 1.16 1.72 2.08 2.34 2.55 2.72 2.86 2.98 3.08 10 1.13 1.69 2.06 2.33 2.53 2.7 2.85 2.97 3.08,capability indices are used to indicate the variability of a product or process due to its component tolerances. 产 能 系 数 通 常 指 因 另 部 件 的 允 许 偏 差 限 度 而 引 起 的 某 产 品 或 某 工 艺 过 程 的 变 化 率,introduction to capability indices 产 能 系 数 简 介,only lsl: cp =,capability index = assesses how well a process can produce to requirements in terms of process spread. 产 能 系 数 对 由 工 艺 分 布 的 要 求 而 对 应 的 某 种 工 艺 过 程 的 产 能 的 评 估,cp,cp =,only usl: cp =,cpk: alternative definition for centred target, 中 心 目 标 的 替 代 定 义 t = (lsl + usl) / 2,measures of quality: cp, cpk 质 量 的 衡 量: cp, cpk,3s,pdf,usl,lsl,m,output,3s,cpk = min( , ),(valid for normal distributions only) 仅 对 正 态 分 布 有 效,cp=1 cpk=1 ppm=2700,cp=1 cpk=0.5 ppm=66810,relation between cp, cpk and yield/fall-off (ppm) cp, cpk 和 产 量/ 衰 减(ppm) 的 关 系,3s,lsl,usl,m = target,1.5s,lsl,usl,target,m,1.5s shift,s = 0.2,pdf,10.2,12.6,m = 12,workshop session 6 培 训 第 六 课,calculate cp and cpk 计 算 cp 和 cpk,workshop 6 solution 培 训 6 求 解,cp = = = 2.00,cpk = min( , ) , cpk = = 1.0,s = 0.4,pdf,lsl=31.8,usl= 35.6,m = 35,workshop session 7培 训 第 七 课,calculate cp and cpk 计 算 cp 和 cpk,seven powerful shainin tools,seven powerful shainin tools 七 种 有 效 的 shainin 方 法,purpose: 目 的 to reduce the large number of possible causes of the variation. 为 了 减 少 相 当 多 的 可 能 引 起 误 差 的 原 因,multi-vari chart 多 元 变 量 图,multi-vari charts 多 元 变 量 图,graphic displays of the variation in relation to position, product and time,etc. 框 图 显 示 了 与 位 置， 产 品 和 时 间 等 有 关 的 误 差 .,characterisation of multi-vari charts 多 元 变 量 图 的 特 性 描 述,there must be a quality characteristic that shows variation. 一 定 存 在 着 一 种 显 示 误 差 的 质 量 特 性 this variation gives problems, such as rejects, machine stoppage or production rate reduction. 这 种 误 差 引 起 了 种 种 问 题， 诸 如 废 品， 机 器 停 机 或 生 产 率 的 下 降,multi-vari chart: what is it all about 多 元 变 量 图: 它 的 一 切 包 括 了 什 么,the multi-vari investigate the nature of the cause (the red x) 多 元 变 量 图 是 用 来 分 析 原 因 的 本 质 (红 色 x) where is the red x active? 红 色 x 在 何 处 活 跃？ - within the product? 在 产 品 之 中？ - between the product? 在 产 品 之 间？ - over the time? 随 时 间 变 化？ the multi-vari tells you where the red x is active and where not ! 多 元 变 量 图 告 诉 你 红 色 x 在 何 处 活 跃 以 及 红 色 x 在 何 处 不活 跃 ！,multi-vari study on the adhesion of tiles mounted on a strip 粘 结 在 一 块 狭 长 条 板 上 的 砖 块 的 粘 胶 的 多 元 变 量 分 析 make a plot of the data with the highest and lowest adhesions, ,respectively, within each strip; connect the average within each strip and mark with a o the average of all three strips within each time interval.作 出 一 张 有 关 在 每 一 块 狭 长 条 板 上 的 最 高 和 最 低 粘 胶 的 数 据 图 表；连 接 在 每 一 块 狭 长 条 板 上 的 平 均 值 并 圈 出 每 一 时 段 的 所 有 一 块 狭 长 条 板 上 的 平 均 值 。,workshop session 8 培 训 第 八 课,question 1: which family accounts for most of the variation? question 2: what clues can you pick up, including non random trends?,workshop session 9,问 题 1: 哪 一 组 导 致 大 部 分 的 误 差? 问 题 2: 你 能 找 出 包 括 非 随 机 趋 势 在 内 的 线 索 吗?,workshop session 9 培 训 第 九 课,purpose: 目 的： to reduce the number of possible components/subassemblies that contribute significantly to the variation. 为 了 减 少 可 能 显 著 造 成 误 差 的 单 个 元 素/ 组 件 的 数 目,components search 单 个 元 素 搜 寻,characterization of components search 单 个 元 素 搜 寻 的 特 点 描 述,- this technique is ideal for application in assembly, but can also be used for processes. 这 种 方 法 非 常 适 用 于 组 装 过 程， 但 它 也 能 被 用 在 工 艺 流 程 上 -the quality characteristics must be capable of being repeatedly measured. 质 量 特 性 必 须 要 能 被 重 复 测 定 - it must be possible to disassemble and reassemble the products. 一 定 要 有 能 将 产 品 拆 散 和 重 新 组 装 的 可 能,components search procedure,1. select the best and worst products. 2. measured the quality characteristic of both product. 3. disassemble the products twice and reassemble them.check whether the ratio of d : d 1.25 and whether all good products are better than all bad product. 4. place the component names in descending order of importance. 5. exchange the first component (a) of the good and bad product. 6a .if there is no difference in quality characteristics , do the same with the second component ( b) 6b. if there is little difference in quality characteristic,then a is not the only important factor,单 个 元 素 搜 寻 的 过 程,1. 选 择 最 好 和 最 坏 的 产 品 2. 测 试 以 上 两 种 产 品 的 品 质 特 征 3. 拆 散 这 两 种 产 品 两 次 再 重 新 组 装。 检 查 是 否 比 例 d : d 1.25 以 及 是 否 所 有 的 最 好 的 产 品 都 要 比 最 坏 的 产 品 来 得 好4. 将 单 个 元 素 以 重 要 性 依 次 降 低 的 次 序 排 列 5. 交 换 最 好 和 最 坏 的 产 品 中 的 第 一 个 单 个 元 素 (a) 6a . 如 果 产 品 的 质 量 特 征 完 全没 有 区 别， 就 用 同 样 的 办 法 交 换 第 二 个 单 个 元 素 ( b) 6b. 如 果 产 品 的 质 量 特 征 几 乎没 有 区 别， 那 么 a 就 不 是 唯 一 的 重 要 因 素,components search procedure continue 单 个 元 素 搜 寻 的 过 程 (续),6c. if there is a change in quality characteristic, then a is the most important component. 如 果 产 品 的 质 量 特 征 有 了 改 变，那 么 a 就 是 最 重 要 的 因 素 7. reassemble the good and bad products. repeat steps 5 and 6 for the following components. 重 新 组 装 最 好 和 最 坏 的 产 品， 对 接 下 来 的 单 个 元 素 重 复 以 上 步 骤5 和6 8. identify the most important components. 找 出 最 重 要 的 单 个 元 素 9. verify the important components by a check run. 通 过 一 次 检 验 的 操 作 来 验 证 所 找 出 来 的最 重 要 的 单 个 元 素,1. determine if the red x, pink x are among the causes being considered. 确 定 是 否 红 色 x 和 粉 红 色 x 都 在 所 考 虑 的 原 因 之 内 2. eliminate all unimportant causes and their associated interaction effects. 除 去 所 有 不 重 要 的 原 因 和 与 其 相 关 的 互 动 影 响 3. verify that the important causes are truly important and that the unimportant causes are truly unimportant. 确 证 找 出 的重 要 的 原 因 的 确 是 重 要 的，而 非 的重 要 的 原 因 的 确 是 不重 要 的 4. quantify the magnitudes of the important main causes and their interaction effects 定 量 确 定 重 要 的 主 要 原 因 以 及 它 们