高科技时代与实验计划.doc

高科技時代與實驗計劃 1.高科技時代的致勝法寶KNOW-HOW 在高科技時代，一家從事製造高科技產品的公司與另一家同行在經營成果之差異，往往會展現在其開發KNOW-HOW的實力上。誰能及早開發出更佳的KNOW-HOW，誰就能在同行競爭上取得領先的優勢。因而迎向未來，我們可以說高科技產業的競爭，其實就是開發KNOW-HOW的競爭。 版權 以每個電子產品均需用到的PCB為例，過去幾年內，電子產品在漸趨輕薄短小的潮流，及SMD日益普及的結果，連帶也迫使電路板製造業者必須面對一連串前所未有的難題與挑戰。譬如小孔深孔的電鍍、細線路的製作、焊墊表面錫鉛的平整度、板厚均勻性及板面平坦度等等，都是PCB人每天無法逃避的頭痛問題。因此從事電路板生產的人，都不得不重視工程技術的開發與遭遇問題的解決，以期穩定的接單及順利的出貨。以586PC雙面SMD的六層板為例，KNOW-HOW能力強的公司其良品率可高達95%以上，而KNOW-HOW能力較弱者，其良品率在75%左右者亦大有人在，試想20%良品率的差距在利潤上會帶來多麼大的差異？由此可見KNOW- HOW的開發是何等重要。 版權2.高科技時代技術開發所面對的困難 如果說從事高科技產品的從業人員會不重視KNOW-HOW的開發，這句話誰也不會承認，但是若說國內高科技工程技術上的開發成果已經足以傲人，則和日本同行比其誰能信？而兩國之間的差距又豈止以道里計？ 版權那麼在工程技術的發展上，我們到底為什麼會落入這種心餘“力拙”的窘境呢？除了投資者急功近利、不夠重視研究發展、專門人材太少、專業知識欠缺、敬業精神不夠.等等週遭大環境因素之外，若將工程技術的範圍，再縮小到各種現場操作的最佳條件開發，以及問題解決的層面上，那麼妨礙KNOW-HOW開發的真正原因是什麼呢？根據筆者多年思索的結果發現，高科技人員在開發KNOW-HOW時通常會面對三大困難，這三大困難分別為：因子太多；因子之間相互糾纏；以及時間急迫等煩惱。現分述於下： 2.1困難（一）高科技面對的“因子”愈來愈多 什麼叫高科技製程？有人說就是技術密集，既然技術又“密”又“集”，那麼製造一個產品所牽涉的因素就非祇一端囉！現以PCB常用的噴錫製程為例，如果既要錫厚均勻又不要露銅，相信PCB人都能信手舉出一堆理由或“因子”，譬如： 助焊劑(Flux)之比重 助焊劑之黏度 預熱溫度 預熱時間 噴錫時間 錫爐溫度 風刀壓力 風刀角度.等等 試問變數這麼多又互相的交互糾纏，如果用傳統的思考方式處理，那該如何進行各種改善的實驗呢？因此對高科技產業欲開發KNOW-HOW的第一個困難，就是每個案例所牽涉的“因子”（Factor）過多，使得實驗在進行前不知該如何才能做出最經濟而有效的規劃。顧問有限公司2.2困難（二）交互作用（Interaction）在暗中作怪 若只有“因子”過多這單一困難的話，那麼只要拿出“鐵杵磨成鏽花針”的老祖宗法寶來也還有救。但是事實往往不會如此單純，許多案例告訴我們，往往因子的最佳條件，加上因子的最佳條件，卻未必就能獲得最佳的良品率，這種因子間所產生相生相剋的影響就叫交互作用（Interaction）。在化學藥品上以大家熟知的“王水”為例，這是由一份硝酸加上三份鹽酸組合而成的強力混酸，此種1:3之比例就產生了奇異的“相生”作用。其實很多KNOW-HOW的開發者都是因為找到了這奇妙的交互作用後，才使得問題得以迎刃而解。但是如果沒有適當的“工具”來幫助我們對“交互作用”進行抽絲剝繭的分析，那麼交互作用在暗中作怪的結果，就會讓高科技的工作者一頭栽進迷矇雲霧中，辛苦的走了一大段，最後卻又回到原地，那種徒呼奈何的沮喪，相信許多工程老手們都心有戚戚焉。其實在生產線上有很多老問題並沒有解決，只是輪流出現而已。即使得以找到些許端倪，其代價也難免鼻青臉腫、頭破血流。一般最常見的“草地藥方”是倒藥水、換供應商、疏通客戶，最後實在不行了只好換主持人。然而天曉得風波一過，歷史還是回到原軌跡重演。所以若不更張易弦徹底改革，那些將只會永遠在原地打轉。2.3困難（三）時間的壓力 版權所高科技技術開發的另一個困難點就是時間的壓力。因為當產品在市場上的壽命愈來愈短時，這也意味著可讓工程師們作研發、找答案的時間也愈形迫切，因此如果不能運用更嚴謹且有效率的方法在KNOW-HOW開發上拔得頭籌，保持領先，那就要面對落後的痛苦和失敗的壓力了。版權所有尋智專業顧問有限公司 3.開發KNOW-HOW的工具實驗計劃 前述高科技時代KNOW-HOW開發的三大困難因子多、交互作用作怪和時間壓力等，若無法迎刃而解，那麼公司遲早會面對每況愈下或瀕臨淘汰出局的經營危機。然而到底是否有突破困境的工具呢？所幸天無絕人之路，答案是肯定的“有”，這種事半功倍的利器就是“實驗計劃”（D.O.E Design of Experiment）。 版權所有追溯“實驗計劃”應用的起源，其鼻袓應屬1920年代研究育種的科學家Dr.Fisher，他是大家公認為此一策略的創始者。但後續努力集其大成，而使D.O.E在工業界得以普及且發揚光大者，則非Dr.Taguchi（田口玄一先生）莫屬。近年來甚至有人用Taguchi Method或Taguchi Technology當作D.O.E的代名詞，以推崇其獻身實驗計劃無怨無悔的執著精神。 版權所每當有人問到筆者何謂“實驗計劃”？為了加深其印象，減少對呆板統計學的冰冷疏離感，總是回答說“實驗計劃法”其實就是“偷工加料法”。 版何謂“偷工”？偷工就是說，在實驗因子數不改變的情形下，能否有效地減少其實驗次數，而達到相同甚至更好的結果。以前述之噴錫實驗的八個因子為例，如果每因子各取兩個“水準”，那麼依傳統實驗方式至少要作28次的辛苦工作，也就是要做256次實驗之後，才能夠找出其中最好的“組合條件”。但是若採用D.O.E之直交配列（Orthogonal Array）方式，將所有因子來做有效的配置時，則實驗次數將會減少到只剩下16次而已。然而又何謂“加料”？反過來說在同樣的16次實驗中，若巧妙運用D.O.E中的L16215型的直交配列表時，實驗的規模還可以再擴大，最高時甚至可容納到15個實驗因子，使原來要做215（32,768）次的實驗得以濃縮在16次實驗中完成，使實驗工作大大地簡化。 版權所僅舉以上“偷工”以及“加料”的簡單例子，各位讀者應該已能體會到D.O.E的奧妙。因此，希望今後有更多從事高科技的同好能一起重視D.O.E，學習D.O.E，更進而活用D.O.E。有了此一智珠在握，任何受過訓練的人都可按步就班以科學工具解決問題，不必再像古早那樣渴求某些天馬行空的靈感或運氣，當然也就更不需要墨守試錯法（Trial and error）的成規了。版權所有 4.運用實驗計劃的三塊敲門磚 版權所有尋智專業顧問有運用D.O.E除了對本行專業技術的嫻熟是必備條件之外，還有三塊敲開寶庫大門的鑰匙不可不備： 4.1第一塊敲門磚直交配列表 版權所有實驗計劃之所以能夠減少實驗次數的竅訣就在“直交配列表”上。如何選用恰當的直交表，可循下列四個步驟進行： 決定因子 決定交互作用 將因子與交互作用先繪成點線圖 再利用點線圖去選擇最恰當之直交配列表 （有關直交配列表的詳細說明請參閱實驗計劃速學活用法第五章）4.2第二塊敲門磚變異數分析（ANOVA,The Analysis of Variance） 運用直交表所配置之少數樣本，其所獲得的數據應如何合理地“歸溯”到每一因子上，且可嚴謹地比較各因子之重要性，這就非得要借助ANOVA不行了。 ANOVA之基礎在於“歸溯”過程中所用之數據構造模型，讀者在研修D.O.E時，若能將附圖1.1牢記於心，則定會收事半功倍之效。（有關ANOVA的詳細說明請參閱實驗計劃速學活用法第七章） 圖1.1：DOE邏輯體系圖4.3第三塊磚個人電腦程式集 版權所有尋智專業顧問有限公司 實驗計劃發展之歷史久遠，但以往為何不能普及應用？究其癥結是以往的ANOVA在計算上十分繁雜，令人望而怯步產生抗拒。筆者二十多年前初學實驗計劃時，雖亦知其精妙所在，但卻未能學以致用，主要癥結也是受制於此一計算瓶頸。 然而近年來當個人電腦普及之後，已有不少統計專家將ANOVA寫入PC程式，整理成很完善的套裝軟體，非常容易操作使用，此類軟體已上市者有：AB stat、Statgraphic、E chips等，都是十分易學好用之程式。因此，近年D.O.E應用者日眾，個人電腦程式集實在是功臣之一。（詳細說明請參閱實驗計劃速學活用法程式篇） 5.實驗計劃是現代工程師的好幫手 版權所1987年華通電腦股份有限公司在國內率先進行實驗計劃速學活用法的教育訓練，該公司持續推動迄今，共有224位工程師接受過D.O.E的專業訓練，並完成了191個D.O.E專題，是國內D.O.E應用方面首開先河且成果豐碩的公司。 版權所台灣電子檢驗中心有鑑於台灣電子業已面對了再一次產品升級的關鍵時刻，因此於1991年起與筆者合作，為台灣電子業舉辦了10次的實驗計劃速學活用法研習班，共有210位學員參與學習，是國內法人機構中率先推廣D.O.E的先趨者。 版權所有尋智專業顧問有限公司 1995年以後，體認到外在環境變遷，需要借助D.O.E來加速產品升級的企業，如雨後春筍般地冒出來（如表1.1），使D.O.E受訓的學員人數及專題數目均大幅激增，這顯示實驗計劃普及運用的時代已經來臨。 版權所有尋智專業顧問有限公司 輔導公司機構名稱時間訓練 班次訓練 人數完成專題數目華通電腦股份有限公司19871995年6224191佳鼎科技股份有限公司1995年1307燿華電子股份有限公司19951997年27419台灣松下股份有限公司19951997年413333電子檢驗中心19911997年10210矽豐股份有限公司19961997年27316台灣電路股份有限公司19961997年56327耀文電子股份有限公司1997年迄今28213台光電子材料股份有限公司1996年1515華宇電腦股份有限公司1996年1284永兆精密電子股份有限公司1996年1429元豐電子股份有限公司1996年1357雅新實業股份有限公司1996年1374台灣飛利浦電子工業股份有限公司（中壢廠）1996年14510欣興電子工業股份有限公司1997年1278清三電子股份有限公司1997年1428中原大學工業工程系19891998年9309中國生產力中心19941998年511526台灣光寶電子股份有限公司19961998年512532工研院材料所19961998年33310金像電子股份有限公司19961998年312727敬鵬工業股份有限公司1998年1408弘捷電路股份有限公司1998年1366合 計67198