DOE实验设计与田口法介绍ppt课件

April24,2006NTHU,.,1,實驗設計與田口法介紹DOE&TaguchiMethod,Reporter:RaymondChangDate:April24,2006Professor:,April24,2006NTHU,.,2,Agenda,WhatisDOE&TaguchiMethodHowtodoDOE?HowtouseTaguchiMethod?Summary,April24,2006NTHU,.,3,1.WhatisDOE&TaguchiMethod,DOE:DesignOfExperiment在一個或連串的試驗中刻意地改變製程輸入參數值,以便觀察並找出影響製程輸出變數之因素提升製程良率、降低製程變異、改善產品品質、降低研發時間、降低總體成本、評估各種可行之設定值、評估各替代原料、確定影響產品特性之因素TaguchiMethod:田口法1950年代，G.Taguchi利用實驗設計方法，以規格化的直交表，進行直交實驗設計，使得工業界使用實驗設計的可行性增高以工程觀念的產品研發過程；系統設計，參數設計及公差設計等所謂的三次設計，進行有系統的實驗設計。,April24,2006NTHU,.,4,1.1DOE的專門術語,Response:實驗結果,Y如純度,濃度,長度,重量,強度,壽命,磨耗率,縮收率,噪音,硬度,收率,電壓,電阻,電流,不良率,缺點數Factor:因子,Xs可控因子(Controllable):Ex:溫度、壓力、配方成份。不可控因子(Uncontrollable):Ex:如環境溫度、濕度。信號因子(Signal):Ex:人的血壓隨年齡的不同而改變，Level：水準考量某個X所處之定量或定性的狀態或條件Ex.溫度(X1)：以80、90、100,人員(X2)：早、中、晚班Treatment(實驗組數)實驗中因素之間水準組合為一個可單獨進行實驗的觀測條件，稱之一個處置,April24,2006NTHU,.,5,Y(品質特性),靜態,動態,計量,計數,望目特性望小特性望大特性,計件計點,感官,視覺,聽覺,嗅覺,味覺,觸覺,偏好,1.1.1Responses,Ys,April24,2006NTHU,.,6,1.1.2Factors,Xs,對Y有影響的一系列原因中，稱為X如品質問題中影響產品品質特性的原因，數學關係式的自變數(IndependentVariables)X1,X2,Xk；Y=f(X1,X2,Xk)X可以是定性或定量例如定量以來表示溫度，rpm表示轉速；定性以A、B、C表示不同供應商，以早、中、晚班表示不同班別的人員。一個實驗中可以只考慮一個因素或同時考慮多個因素。,April24,2006NTHU,.,7,ProcessStep,輸入,輸出,X1,X2,X3,X4,X5,純度濃度長度重量強度壽命磨耗率縮收率噪音硬度收率電壓電阻電流不良率缺點數,Y2,Y3,C:Controllable速度,溫度,壓力U:Uncontrollable環境溫度,濕度,作業員,Y1,Y=f(X1,X2,Xk),April24,2006NTHU,.,8,1.3DOE的進行方式,Try-and-error(試誤法)OneFactoratime(一次一因子法)Fullfactorialexperiment(全因子法)Taguchisorthogonalarrays(田口法),April24,2006NTHU,.,9,1.3.1OneFactoratime,April24,2006NTHU,.,10,1.3.2二因子實驗設計之模式,April24,2006NTHU,.,11,k個因子，每個因子2個水準(+,-)，共2k次實驗（當n=1時）在因子數不多的狀況下，常用於實驗初期，來了解因子對反應變數之可能影響。,1.3.32k因子階層設計,April24,2006NTHU,.,12,1.4TaguchiMethod,發展縮小變異方法的新名稱，配合直交表使用田口品質工程不以傳統實驗設計的概念為主軸。S/Nratio處理資料與數據田口法可在短期間產出最優值的實驗結果田口品值觀點：品質定義損失函數穩健設計的觀念美國:統計學基礎的DOE,日本:田口法的DOE,April24,2006NTHU,.,13,1.4.1直交表,Ln(tk)L：拉丁方格(LatinSquares)的字頭。n：直交表的列數，實驗的組數。k：直交表的行數，實驗因子數。t：直交表行可考慮的水準數，即配置因子的水準數。較少實驗次數，研究更多的因子。可以類似傅立葉分析進行統計分析。直交表中任意兩行，所有的因子水準組合出現的次數相同。,April24,2006NTHU,.,14,1.4.2品質定義,傳統品質定義,田口品質定義,產品規格內(m+0和m-0之間)的產品都一樣的好,April24,2006NTHU,.,15,望目型,望小型,望大型,不對稱型,1.4.3損失函數種類,April24,2006NTHU,.,16,1.4.4S/NRatio,平均品質損失可以直接做為一批產品的品質指標田口博士將平均品質損失排除係數k後,以對數轉換、乘以10、並取反號,並將它們稱為S/N比,做為品質的同義字MSD:MeanSquaredeviation,April24,2006NTHU,.,17,1.4.5干擾因子,April24,2006NTHU,.,18,1.5實驗次數比較,April24,2006NTHU,.,19,1.6資料分析方法,資料分析數據檢定：ttest,Ftest,pairt,ANOVA圖形分析：Boxplot,QCchart,etc軟體應用Minitab,SPSS,SAS等等,April24,2006NTHU,.,20,1.7田口方法,直交表的使用沒有討論干擾因子仍是傳統實驗設計，並非田口方法損失函數非線性關係的利用S/N比,April24,2006NTHU,.,21,2.HOWtoDoDOE?,DefineYs:問題的認知及陳述FindCriticalXs：選擇因子SetLevels：選擇水準DesignTreatments：選擇適當的實驗設計Experiments：進行實驗DataAnalysis：資料分析RepeatExperiment：重覆試驗Summary&Suggestion：結論及建議,April24,2006NTHU,.,22,2.1DefineY(煮咖啡為例),April24,2006NTHU,.,23,2.2FindCriticalXs,評分分數=(X1xY1)+(X1xY2)+(X1xY3)+(X1xY4),April24,2006NTHU,.,24,2.2FindCriticalXs,April24,2006NTHU,.,25,2.3SetLevelofXs,April24,2006NTHU,.,26,實驗組,對照組,2.4DesignTreatments,若因子A有二個水準，因子B有三個水準，因子C有四個水準，則一個實驗同時考慮A、B、C三個因素進行觀測共有23424組實驗。最簡單的實驗組數,April24,2006NTHU,.,27,2.4DesignTreatments,April24,2006NTHU,.,28,2.5Experiments,XFactors&Treatments,YExperimentResults,April24,2006NTHU,.,29,不同因素的水準,因素的水準,主效應圖,交互影響圖,2.6資料分析,April24,2006NTHU,.,30,2.7Others,挑選出最佳口感的咖啡(Dataanalysis)再煮一次(RepeatExperiment)賣咖啡(Summary),April24,2006NTHU,.,31,3.田口法實驗設計重點,穩健設計中有三個主要工具：S/N比：穩健性之單一之判斷指標，S/N比愈大愈好直交表：以最少之實驗次數獲得最佳之水準組合ANOVA分析：以統計手法找出具顯著性之因子在既定的研發資源下，田口方法之直交表實驗設計可以研究更多的因子，使得產品製程更穩健。田口方法最佳化產品製程設計就是決定最佳可控因子的水準和允差。,April24,2006NTHU,.,32,3.1實驗設計的利益,以最少之資源獲得最多的資訊。實驗設計可知影響平均值、變異或無影響之因子。可以建立輸入參數與輸出訊號間之實驗模