田口方法实战训练精编版

1、 田口方法与健壮设计田口方法与健壮设计 n 二战之后，日本的田口玄一博士，将试验设计方法应用于二战之后，日本的田口玄一博士，将试验设计方法应用于 改进产品和系统质量，并研究开发出改进产品和系统质量，并研究开发出“田口品质工程方田口品质工程方 法法”，简称，简称田口方法田口方法。从而提升了日本产品品质及日本产。从而提升了日本产品品质及日本产 业界的研发设计能力，成为日本战后质量管理及设计开发业界的研发设计能力，成为日本战后质量管理及设计开发 的核心工具。的核心工具。 n 田口方法具有很强的抗干扰能力，因此又称为田口方法具有很强的抗干扰能力，因此又称为“稳健参数稳健参数 设计设计”通过调整可控因子

2、的水平通过调整可控因子的水平, ,来降低或弱化噪音来降低或弱化噪音 对对Y Y的影响的影响, , 从而提高设计方案的从而提高设计方案的抗干扰抗干扰能力能力. . n 19621962年田口博士获得戴明个人奖年田口博士获得戴明个人奖。 田口的质量哲学田口的质量哲学 n 定义定义：“质量是产品出厂后给社会带来的损失质量是产品出厂后给社会带来的损失”。 n 品质不是检验出来的，品质必须品质不是检验出来的，品质必须设计设计到产品中去；到产品中去； n 品质的目标是：品质的目标是： “最小化与目标值的偏差，且能免于噪音的影响最小化与目标值的偏差，且能免于噪音的影响”； n 品质成本应当用与标准值偏移的函

3、数关系来衡量品质成本应当用与标准值偏移的函数关系来衡量这就这就 是著名的是著名的“质量损失函数模型质量损失函数模型”。 品质损失函数模型品质损失函数模型 n 设质量特性为设质量特性为y y，目标值为，目标值为m m，质量损失函为，质量损失函为L L（y y）： u当产品性能恰好为趋近目标时，质量损失最小；产当产品性能恰好为趋近目标时，质量损失最小；产 品性能偏离目标值越远，质量损失越大。品性能偏离目标值越远，质量损失越大。 田口关于参数分类参数分类 对于一个产品或者制程，我们可以用参数图来表示。对于一个产品或者制程，我们可以用参数图来表示。 如图如图2-32-3所示，其中所示，其中y y表示此

4、过程输出的产品或制程的品质表示此过程输出的产品或制程的品质 特性（响应值）。影响特性（响应值）。影响y y的参数可分为的参数可分为可控因子可控因子、噪音因子噪音因子 和和信号因子信号因子三类。三类。 可控因子与噪音可控因子与噪音 n 可控因子：可控因子： 可控因子是工程师能够控制和调整的因素及过程参数，可控因子是工程师能够控制和调整的因素及过程参数， 如反应温度、时间、压力、材料种类如反应温度、时间、压力、材料种类等等等等/ / n 噪音：噪音： 有许多参数非为设计工程师所能控制的因子，即随机有许多参数非为设计工程师所能控制的因子，即随机 误差，田口称其为噪音，田口博士将噪音归纳为外部噪音、误

5、差，田口称其为噪音，田口博士将噪音归纳为外部噪音、 内部噪音和零件间变异三类。内部噪音和零件间变异三类。 噪音噪音 外部噪音外部噪音 内部噪音内部噪音 零件间变异零件间变异 噪音分类1：外部噪音外部噪音 n外部噪音外部噪音 由于环境因素与使用条件的变化或变异，如由于环境因素与使用条件的变化或变异，如 l 温度、湿度、位置、粉尘、电压、电磁干扰、震温度、湿度、位置、粉尘、电压、电磁干扰、震 动动 l 以及操作者人为错误等。以及操作者人为错误等。 噪音分类2：内部噪音内部噪音 n内部噪音内部噪音 产品在库存和使用过程中，产品本身的零件、材料会随产品在库存和使用过程中，产品本身的零件、材料会随 着时

6、间的推移发生质量变化。例如：着时间的推移发生质量变化。例如： l 绝缘材料的老化绝缘材料的老化 l 零件在使用过程中的磨损、蠕变等零件在使用过程中的磨损、蠕变等 噪音分类3：零件间的变异零件间的变异 n零件间的变异零件间的变异 l 由于构成产品的材料、零件存在变异，由于构成产品的材料、零件存在变异， l 制程中由于操作、设备、工艺参数的变化制程中由于操作、设备、工艺参数的变化 l 以及环境因素的变化形成的变异，以及环境因素的变化形成的变异， l 会造成零件间的变异。会造成零件间的变异。 对于噪音的识别分类，还可以有更多的分类，对于噪音的识别分类，还可以有更多的分类， 只要有益于改进，就应该做深

7、入地分析！只要有益于改进，就应该做深入地分析！ 噪音分析的意义噪音分析的意义 n 产品性能指标除了受可控因子的影响外，还受到噪音的影响。产品性能指标除了受可控因子的影响外，还受到噪音的影响。 但传统的试验设计对误差的分析比较笼统，全部归为随机误但传统的试验设计对误差的分析比较笼统，全部归为随机误 差（实验误差）。差（实验误差）。 n 但是在稳健设计中，为了达到产品或过程的稳定性，必须仔但是在稳健设计中，为了达到产品或过程的稳定性，必须仔 细的分析这些误差是如何形成的。首先要识别噪音的具体状细的分析这些误差是如何形成的。首先要识别噪音的具体状 况，进行仔细的分析并加以描述，进而在设法在试验中反映

8、况，进行仔细的分析并加以描述，进而在设法在试验中反映 这些变差，才能通过稳健设计的策略实现这些变差，才能通过稳健设计的策略实现“抗干扰抗干扰”的目的。的目的。 n 正交表和信噪比是田口方法的重要基础及工具。 正交表正交表建立试验计划的基础 信噪比信噪比评价品质优劣的基础 正交表正交表与与信噪比信噪比 正交表正交表 n 什么是正交表？什么是正交表？ 正交表是一种规格化的表格，也是试验计划，正交表是一种规格化的表格，也是试验计划， 从一般意义讲，只要掌握正交表的运用方法就可从一般意义讲，只要掌握正交表的运用方法就可 达到达到DOEDOE目的。目的。 n 正交表的表达方式：正交表的表达方式： L L

9、9 9（ 3 3 ）正交表）正交表 ( (样式样式) ) 列号列号 实验号实验号 A A B B C C D D 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 1 1 3 3 3 3 3 3 4 4 2 2 1 1 2 2 3 3 5 5 2 2 2 2 3 3 1 1 6 6 2 2 3 3 1 1 2 2 7 7 3 3 1 1 3 3 2 2 8 8 3 3 2 2 1 1 3 3 9 9 3 3 3 3 2 2 1 1 4 正交表的正交表的 正交性质正交性质 1.1. 每一列都是自我平衡的：每一列都是自我平衡的：在任意一列中，因子各在任意一列中

10、，因子各 水平出现次数相同；水平出现次数相同； 2.2.每两列都是平衡的：每两列都是平衡的：任两列中，某一水平的试验任两列中，某一水平的试验 组出现的频率都是相同的。组出现的频率都是相同的。 n 这两个性质称这两个性质称正交性正交性，导致对试验结果有，导致对试验结果有“均衡均衡 分散，整齐可比分散，整齐可比”的特点，有利于计算回归方程。的特点，有利于计算回归方程。 n 因此，虽然是局部试验，但仍有可靠的代表性。因此，虽然是局部试验，但仍有可靠的代表性。 正交表的正交表的优势优势 n 试验次数少试验次数少 L9(3L9(34 4) )的全部组合的全部组合 = 81= 81次（次（3 3* *3

11、3* *3 3* *3 3） n 正交表获得的结论正交表获得的结论, ,在整个试验范围都成立在整个试验范围都成立; ; n 具有良好的再现性；具有良好的再现性； n 资料分析简单资料分析简单. . 田口乘积表田口乘积表 n 田口方法建立实验计划也是使用正交表田口方法建立实验计划也是使用正交表, ,所不同的所不同的 是是, ,使用使用内表内表+ +外表外表乘积表乘积表 n 将将可控因子可控因子安排在安排在内表内表 ( (控制表控制表） n 将将噪音噪音因子安排在因子安排在外表外表 ( (噪音表噪音表) ) n 同时考虑可控因子及噪音对响应的影响同时考虑可控因子及噪音对响应的影响, ,是田口方是田

12、口方 法的特点法的特点. . n 田口方法的优势田口方法的优势: : 通过调整可控因子的水平通过调整可控因子的水平, ,来降低或弱化噪音来降低或弱化噪音 对对Y Y的影响的影响, , 从而提高设计方案的从而提高设计方案的抗干扰抗干扰能力能力. . 田口正交表样式田口正交表样式 实验次数成倍数增加实验次数成倍数增加: 9*8 = 72 次次 噪音表噪音表 控制表控制表 试验观察值试验观察值 设置噪音的简化方法设置噪音的简化方法 n 正确识别和确定噪音及其水平，是成功实现稳健正确识别和确定噪音及其水平，是成功实现稳健 设计的基础。设计的基础。 p综合误差法：综合误差法： 选择少数几个点，如选择少数

13、几个点，如3-43-4个个 p最不利误差法：最不利误差法： 选定选定2 2个端点个端点 正偏，正负正偏，正负 田口正交表样式田口正交表样式(简化) 实验次数实验次数: 9*2= 18 次次 信噪比信噪比 (S/N) (S/N) n 田口博士创造性提出了信噪比的概念，以田口博士创造性提出了信噪比的概念，以S/NS/N比比 作为分析改善对象和评价方案的核心指标。作为分析改善对象和评价方案的核心指标。 n S/NS/N比的特点：比的特点： 综合反映关于综合反映关于响应位置响应位置和和离散度离散度两个特性的信两个特性的信 息，从而达到获得最理想的品质效果。息，从而达到获得最理想的品质效果。 这也正是稳

14、健设计的核心机理。虽然缺少统计这也正是稳健设计的核心机理。虽然缺少统计 理论支持，但实践证明它是最优良的方法。理论支持，但实践证明它是最优良的方法。 在通讯工程里，常以电讯的输出在通讯工程里，常以电讯的输出“信号信号”与与“噪音噪音” 之比作为品质指标，以此值越大表示通讯品质越好。之比作为品质指标，以此值越大表示通讯品质越好。S/NS/N 比的原始定义是指信号噪音比，可用以下公式表示：比的原始定义是指信号噪音比，可用以下公式表示： S/N = S/N = 信号信号/ /噪音噪音 该比值越达，表明品质越好。该比值越达，表明品质越好。 单位单位 以分贝（以分贝（dbdb）表示。）表示。 S/N 之

15、来源之来源 S/N S/N 理论表达式理论表达式 设实际设实际测量值测量值y y与与目标值目标值m m之偏差为之偏差为y1y1、 y2y2、，ynyn，则有，则有: : n 总误差：总误差： STST = = n 平均误差：平均误差： Sm Sm = = n 误差方差：误差方差： Ve Ve = = n 信噪比：信噪比： S/NS/N = 10log = 10log （3-0） e em Vn VS * 2 i y )( 1 2 i y n 1 n SS mT S/NS/N 应用公式应用公式 n 望目望目： S/N= 10logS/N= 10log（y y2 2/ s/ s2 2） （3-1）

16、 n 望大望大： S/N = 10logS/N = 10log （3-2） n 望小望小： S/N = - 10logS/N = - 10log （3-3） 22 )( 1 yy n s i 2 1 i y n 2 1 i y n S/N以以10倍的对数来表示倍的对数来表示 田口设计选优准则田口设计选优准则 n 田口博士将田口博士将S/NS/N做为实验设计的优选评价标准做为实验设计的优选评价标准: : S/N比极大化比极大化 无论特性是什么情形无论特性是什么情形-望小望小/望大望大/望目望目 SN值越大则品质越好值越大则品质越好! 静态设计静态设计与与动态设计动态设计 n 信号因子信号因子：

17、是指产品使用人设定的参数，是动态特性中输出变量的是指产品使用人设定的参数，是动态特性中输出变量的 因素。举例说，一台电扇的转速，是使用人期望风量的信因素。举例说，一台电扇的转速，是使用人期望风量的信 号因子；在一个测量系统中，零件真值是信号因子，其测号因子；在一个测量系统中，零件真值是信号因子，其测 量值是响应变量。量值是响应变量。 n 静态设计静态设计： 在一个系统中，如果没有信号因子或者信号因子表现为在一个系统中，如果没有信号因子或者信号因子表现为 一常数值，以寻求一常数值，以寻求“点点”的最佳设计，便称为静态设计；的最佳设计，便称为静态设计； n 动态设计动态设计： 在一个系统中，如果加

18、入了在一个系统中，如果加入了信号因子信号因子，以寻求，以寻求“线线”的的 最佳设计，便称为动态实验设计。最佳设计，便称为动态实验设计。 本课程只介绍静态设计方法本课程只介绍静态设计方法 田口方法的类型田口方法的类型 ， 田口方法田口方法 静态设计静态设计 动态设计动态设计 望大特性望大特性 望小特性望小特性 望目特性望目特性 加入了加入了信号因子信号因子 田口设计田口设计的基本程序的基本程序 l步骤步骤1：明确改善目标或试验目的；：明确改善目标或试验目的； l步骤步骤2：选择品质特性（起关键作用的）：选择品质特性（起关键作用的） l步骤步骤3：筛选并确定因子及其水平；：筛选并确定因子及其水平；

19、 l步骤步骤4：确定试验计划；：确定试验计划； l步骤步骤5：实施试验，收集数据；：实施试验，收集数据； l步骤步骤5：构建：构建田口模型田口模型； l步骤步骤7：分析数据，确定最优因子组合；：分析数据，确定最优因子组合； l步骤步骤8：验证设计。：验证设计。 计计 划 划分析分析 实施实施 田口方法田口方法与与正交实验正交实验的区别的区别 n 相同：相同：都使用正交表都使用正交表( (但田口使用内外表但田口使用内外表) ) n 区别：区别：使用的分析评价标准不同使用的分析评价标准不同 n 正交实验设计正交实验设计 极差分析法极差分析法 n 田口实验设计田口实验设计 信噪比分析信噪比分析 【例

20、例1 1】改善小组计划采取改善小组计划采取降低降低PCBPCB过炉泛黄不良率过炉泛黄不良率 的的改善活动。改善活动。 因子因子 水平水平 A A 炉温炉温 B B 轨道速度轨道速度 C C 镀银变化镀银变化 1 1 2 2 235 235 240 240 60 60 62 62 300 300 305 305 因子水平表因子水平表 田口设计展开应用田口设计展开应用 望小望小 建立试验计划建立试验计划 n使用使用L4L4（2 23 3）正交表）正交表 实验编号实验编号 A A 炉温炉温 B B 轨道速度轨道速度 C C 镀银变化镀银变化 1 11 11 11 1 2 21 12 22 2 3 3

21、2 21 12 2 4 42 22 21 1 信噪比信噪比S/NS/N 手工计算手工计算 实验编号实验编号A A炉温炉温B B轨道速度轨道速度 C C镀银变化镀银变化 Y Yi i 1 11 11 11 11515 2 21 12 22 21818 3 32 21 12 21212 4 42 22 21 14545 第一次实验的第一次实验的SN比：比：SN=-10152 = -23.5218 第二次实验的第二次实验的SN比：比：SN=-10182 = -25.1055 第三次实验的第三次实验的SN比：比：SN=-10122 = -21.5836 第四次实验的第四次实验的SN比：比：SN=-10

22、452 = -33.0643 直交表与实验数据表直交表与实验数据表 A1信噪音比信噪音比 = （ -23.5218 -25.1055）/2 = - 24.3137 信噪比信噪比S/N S/N 分析分析 代号代号因子名称因子名称效应等级效应等级MAJ-MINMAJ-MIN水准水准1 1水准水准2 2 A A炉温炉温3 33.01033.0103- 24.3137- 24.3137- 27.3140- 27.3140 B B轨道速度轨道速度1 16.53226.5322- 22.5527- 22.5527- 29.0849- 29.0849 C C镀银变化镀银变化2 24.94854.9485-

23、28.2931- 28.2931- 23.3446- 23.3446 S/N比一览表比一览表 -29.084 -22.552 -23.64 -24.73 -25.82 -26.6.91 -28.00 A1A2B1B2C1C2 S/N比比 工程推断：工程推断： 1 1）主次因子顺序：）主次因子顺序：B B 速度速度C C 镀银镀银A A 炉温度炉温度 2 2）最优因子水平组合：）最优因子水平组合：A A1 1- -B B1 1- -C C2 2 静态望大设计静态望大设计实例演练实例演练 【案例案例2 2】提高磁鼓电机力矩之改善提高磁鼓电机力矩之改善 磁鼓电机是彩色录象机的关键部件，国外同类产磁鼓

24、电机是彩色录象机的关键部件，国外同类产 品力矩指标规定大于品力矩指标规定大于210g.cm210g.cm。为提高电机的输出力矩，。为提高电机的输出力矩， 需要进行实验。需要进行实验。 n 因子水平表因子水平表 因子因子 水平水平 充磁量充磁量 A A 位角度位角度 B B 线圈匝数线圈匝数 C C 1 1 2 2 3 3 900900 1100 1100 1300 1300 1010 11 11 12 12 7070 80 80 90 90 望大望大问题问题 步骤步骤 1：制定试验计划制定试验计划（选择正交表）（选择正交表） 菜单：菜单：Stat-DOE-Taguchi-Create Tagu

25、chi Design. 选择设计类型选择设计类型 是是L9（34） ，默认默认 b.因子因子 数选数选3 a.水平数选水平数选 3 c.确认所选确认所选 定的设计定的设计 田口设计田口设计 由系统得到正交表由系统得到正交表 ： L 9 （34） 修改设计（因子水平命名）修改设计（因子水平命名） 菜单菜单 Stat-DOE-Modify Design. 修改因子命名修改因子命名/ 水平设定水平设定 中文中文因子因子 命名命名 水平值设置：水平值设置： 数字间留空格！数字间留空格！ 为保证课程讲述方便为保证课程讲述方便 取取 默认值默认值 静态静态田口设计田口设计 步骤步骤2：执行试验，收集数据执

26、行试验，收集数据 进行实验，将响应值进行实验，将响应值Y输入工作单。输入工作单。 提示：提示：试验顺序应按照随机原则执行。试验顺序应按照随机原则执行。 步骤步骤3： 设置设置SN，构造田口模型，构造田口模型 菜单：菜单：Stat-DOE-Taguchi-Analyze Taguchi Design 输入输入y 确定确定S/N比比 .本例属本例属望大望大 望大望大 望目望目 望小望小 u要点：要点：通过通过Option正确设置正确设置 S/N 望目望目 (优选优选) 步骤步骤4 4：数据分析数据分析 SN分析分析 均值均值分析分析 效效 应应 效效 应应 等级等级 等级等级 对对Y的的响应值响应

27、值 田口实验设计田口实验设计 分析基础分析基础 正交实验设计正交实验设计 分析基础分析基础 步骤步骤5：效应图分析效应图分析- S/N 分析：分析：（1）显著因素顺序显著因素顺序: BAC; （2）最优因素组合：充磁量最优因素组合：充磁量A2-角度角度B2-匝数匝数C3 S/N 主效应图主效应图 充磁量充磁量角度角度匝数匝数 田口方法：根据田口方法：根据S/N 做决策！做决策！ 步骤步骤5：效应图分析效应图分析-均值均值 均值均值 主效应图主效应图 分析：分析：显著因素显著因素B角度角度A充磁量充磁量C 匝数匝数 （2）最优因素组合：充磁量最优因素组合：充磁量A2-角度角度B2-匝数匝数C3

28、充磁量充磁量角度角度匝数匝数 两种分析方法两种分析方法 的结论一致的结论一致 但，不会总但，不会总 是一致的！是一致的！ 步骤步骤6 6：试验结论试验结论 p工程推断工程推断： 1）主次因子顺序：）主次因子顺序：B角度角度A充磁量充磁量C 匝数匝数 2）最优因子水平组合：）最优因子水平组合：A2-B2-C3 步骤步骤7：预测预测 菜单：菜单：Stat-DOE-Taguchi-Prediet Taguchi Results 3）点点三角三角下拉表下拉表，设，设 定最优因子水平值定最优因子水平值 1）点选点选L T设置：设置： 只分析主效应：只分析主效应：A B C 系统是系统是默认默认的的 最佳

29、水平：最佳水平： A2-B2-C3 2）点选点选 田口设计预测结果田口设计预测结果 Predicted values 信噪比信噪比 均值均值 S/N Ratio Mean 47.7985 240.778 Factor levels for predictions （最优因子水平组合最优因子水平组合） 充磁量充磁量 角度角度 线圈匝数线圈匝数 1100 11 90 步骤步骤8：验证实验。验证实验。 田口田口望目设计望目设计实例演习实例演习 【案例案例3】提高塑料袋提高塑料袋密合强度的稳定性密合强度的稳定性 产品工程师要评估影响装货用塑料袋密合强产品工程师要评估影响装货用塑料袋密合强 度的因素。有

30、度的因素。有3个可控因素个可控因素温度、压力、厚温度、压力、厚 度度（它们分别有（它们分别有3个水平），另外识别出有个水平），另外识别出有2 个个噪音噪音条件（条件（Noise1和和Noise2）。）。 Y属于属于望目望目特性，规格要求定为特性，规格要求定为18。 水平水平 温度温度 A A 压力压力 B B 厚度厚度 C C 1 1 2 2 3 3 6060 75 75 90 90 3232 36 36 40 40 1.001.00 1.25 1.25 1.50 1.50 步骤步骤 1：制定试验计划制定试验计划（选择正交表）（选择正交表） 菜单：菜单：Stat-DOE-Taguchi- Cr

31、eate Taguchi Design. 选择设计类型选择设计类型 试验计划是试验计划是 L9（34） 2.因子因子 数选数选3 1.选择选择3水平的设计水平的设计 3.确认所选确认所选 定的设计定的设计 步骤步骤2 2：执行试验，收集数据执行试验，收集数据 可控因子可控因子噪音噪音 内内 表表 外外 表表 试验操作试验操作 每每行行实验实验 应分别在应分别在 两个两个噪音噪音条条 件下做件下做2次次 实验实验 真实的实验次数是真实的实验次数是9*2=18次！次！ Y1 Y2 本步骤最关键本步骤最关键 望目问题望目问题 步骤步骤3： 设置设置SN，构造田口模型，构造田口模型 菜单：菜单：Sta

32、t-DOE-Taguchi-Analyze Taguchi Design 1.输入输入y 2.确定确定S/N比比 3.本例属本例属望目望目 选下边的选下边的 u要点：要点：通过通过Option正确设置正确设置 S/N 计算机默认生成计算机默认生成SN及及均值分析均值分析的数据与效应图。的数据与效应图。 望大望大 望目望目 望小望小 望目望目 步骤步骤4：数据分析数据分析 SN分析分析 均值均值分析分析 效效 应应 效效 应应 等级等级 等级等级 SN分析分析主次顺序主次顺序 B C - A 均值分析均值分析主次顺序主次顺序 A B - C 矛盾矛盾-取哪种？取哪种？ 步骤步骤5 5：效应图分析

33、效应图分析- -SNSN 信噪比信噪比 S/N主效应图主效应图 n分析分析：显著顺序显著顺序B-C-A 最佳组合最佳组合A1-B2-C2 步骤步骤5 5：效应图分析效应图分析- -均值均值 均值均值主效应图主效应图 n分析分析 主次顺序：主次顺序：A-B-C ；最佳水平；最佳水平 A2-B2-C1 （注意：与注意：与 SN分析分析 不一致不一致） 步骤步骤6：试验结论试验结论 l本案本案SN分析分析与与均值分析均值分析的结果是的结果是相悖的相悖的。 l这并不影响做决定（更复杂更高级的策略参见这并不影响做决定（更复杂更高级的策略参见 “田口两阶段优化程序田口两阶段优化程序”） l田口设计的选优标

34、准是田口设计的选优标准是SN比比，故，故 p工程推断工程推断： 1）主次因子顺序：）主次因子顺序：B压力压力C厚度厚度A 温度温度 2）最优因子水平组合：）最优因子水平组合： A1-B2-C2 思考思考 ？ l学习本章节，你怎样理解田口方法的概念？学习本章节，你怎样理解田口方法的概念？ l田口乘积表与正表有什么不同？田口乘积表与正表有什么不同？ l田口方法的建模和分析的基础是什么？田口方法的建模和分析的基础是什么？ l选优的基准是什么？选优的基准是什么？ l在什么情况下必须确定噪音因子及水平？在什么情况下必须确定噪音因子及水平？ Minitab三步曲 1. 根据问题选择工具根据问题选择工具 找

35、对医生找对医生 你准备好了么？你准备好了么？从现在开始，就让从现在开始，就让 MinitabMinitab 带着我们，在带着我们，在DOEDOE的天空里自由地翱翔吧！的天空里自由地翱翔吧！ 2. 按照图标进行操作按照图标进行操作拿脉检查拿脉检查 3. 解释数据作出决策解释数据作出决策 处方开药处方开药 要做什么？到哪去？约束条件？数据准备好了吗？ 你了解路径、限制条件、要求及要点吗？经常提醒自己 “我正在做什么？”不要因为机械的操作而忘记了目的。 需要何种形式的信息？哪些是重要的指标需要评估？评 价的准则是什么？最后我要作出什么结论？ n 一项有效的试验，必须满足如下条件：一项有效的试验，必须

36、满足如下条件： 正确确定因子及水平；正确确定因子及水平； 确定合适的实验计划（选择正交表）；确定合适的实验计划（选择正交表）； 确定每次试验都在同样的环境条件下进行；确定每次试验都在同样的环境条件下进行； 按照随机原则安排实验的顺序；按照随机原则安排实验的顺序； 正确选择实验样本并获取实验数据正确选择实验样本并获取实验数据 如何有效安排试验如何有效安排试验 n 正确合理的选择因子及因子水平，是保证实验能够顺利实正确合理的选择因子及因子水平，是保证实验能够顺利实 现改进目标的最重要的基础。现改进目标的最重要的基础。 n 确定因子及水平的方法的来源：确定因子及水平的方法的来源： l 工程师的经验及

37、团队知识工程师的经验及团队知识 l 对流程的调查和了解对流程的调查和了解 n 确定因子及水平的一般原则：确定因子及水平的一般原则： l 可控因子数目应尽可能的多，一般可控因子数目应尽可能的多，一般6-86-8个个 l 因子水平数目一般因子水平数目一般2-32-3个个 l 因子水平间隔尽可能的大些因子水平间隔尽可能的大些 如何确定试验因子与水平如何确定试验因子与水平 n 案例案例1 1：利用头脑风暴和鱼刺图：利用头脑风暴和鱼刺图 如何确定试验因子与水平如何确定试验因子与水平 品品质不质不良良 药液浓度药液浓度 温度温度 速度速度 放置方式放置方式 压力压力 温度温度 能量能量 放置时间放置时间

38、放置方式放置方式 撕撕Mylar 速度速度 负荷量负荷量 放置时间放置时间 其他其他 曝光曝光 显影显影 压模压模 底片底片 异物异物 透光不均透光不均 薄膜薄膜Mylar 水洗喷压水洗喷压 风力风力 板面氧化板面氧化 曝偏曝偏 皱纹刮伤皱纹刮伤 毛头毛头 板面清洁度板面清洁度 Ring大小大小 异物异物 气泡气泡 制程改善模式制程改善模式 L8L8（2 2 ） 可控制的要因可控制的要因水平水平水平水平 内 侧 直 交 表 A A因素因素A A1 1A A2 2 B B因素因素B B1 1B B2 2 C C因素因素C C1 1C C2 2 D D因素因素D D1 1D D2 2 E E因素因

39、素E E1 1E E2 2 F F因素因素F F1 1F F2 2 G G因素因素GG1 1GG2 2 7 u 借助头脑风暴的成果，规划完成实用的正交表和制造借助头脑风暴的成果，规划完成实用的正交表和制造 改善模式。改善模式。 如何确定试验因子与水平如何确定试验因子与水平 n 案例案例2 2：利用流程的原始数据：利用流程的原始数据 l 2 2水准水准 控制因子控制因子 （核心关键参数） 水准水准1 1水准水准2 2 A A B B A1 A1 （原设计值或操（原设计值或操 作标准）作标准） 新设计值或操作标新设计值或操作标 准准A2 A2 （A1A15%5%） l3 3水准水准 控制因子控制因

40、子 核心关键参数 水准水准1 1水准水准2 2水准水准3 3 A A B B A1 A1 （A2-5%A2-5%） （新设计值或操（新设计值或操 作标准）作标准） A2A2 （原设计值或操（原设计值或操 作标准）作标准） A3 A3 （A2-5%A2-5%） （新设计值或操（新设计值或操 作标准）作标准） 实验的样本规模与度量实验的样本规模与度量 n 计量型计量型数据最低限度样本量：数据最低限度样本量：n n n 计数型计数型数据最低限度样本量：数据最低限度样本量：n n n 利特克量化尺度利特克量化尺度 n 将属性数据转换为连续数据将属性数据转换为连续数据 n 进行评分，定义为最好，为最差（

41、反之亦可）进行评分，定义为最好，为最差（反之亦可） n 量化后的样本保持在个足够量化后的样本保持在个足够 p 管理领域的样本度量管理领域的样本度量 n 譬如衡量顾客满意度，或者某服务流程的绩效，可以设计譬如衡量顾客满意度，或者某服务流程的绩效，可以设计 优劣等级和评分标准，如优劣等级和评分标准，如百分制百分制 n 案例案例3 3：晶片表面缺陷的量度：晶片表面缺陷的量度 n 田口博士著名案例田口博士著名案例 瓷砖制程设计瓷砖制程设计 2020世纪世纪5050年代日本一家瓷砖公司向德国购买了一套砖窑，有一种型号年代日本一家瓷砖公司向德国购买了一套砖窑，有一种型号 的瓷砖存在严重品质问题：的瓷砖存在

42、严重品质问题：厚度厚度要求要求10100.15mm0.15mm，约有，约有30%30%超差，成超差，成 为不良品。为不良品。 改善小组知道瓷窑内温度的变异，引起瓷砖的变异改善小组知道瓷窑内温度的变异，引起瓷砖的变异瓷砖承受的瓷砖承受的 “温度温度”是噪音因素。是噪音因素。 解决问题的两种策略：解决问题的两种策略： A A）重新设计砖窑，但需要额外花费）重新设计砖窑，但需要额外花费5050万元万元 B B）采用稳健设计，找到控制因素水准的最佳组合，以减少）采用稳健设计，找到控制因素水准的最佳组合，以减少 尺寸变异尺寸变异 这家公司的工程师经过几天头脑风暴后，确定了影响品质的这家公司的工程师经过几

43、天头脑风暴后，确定了影响品质的8 8个个因素，因素， 他们应用田口试验得到如下数据：他们应用田口试验得到如下数据： 案例研究：案例研究： 因子符号因子符号 因子名称因子名称LevelLevel1 1LevelLevel2 2LevelLevel3 3 A A石灰含量石灰含量1%1%5%5% B B寿山石含量寿山石含量43%43%53%53%63%63% C C寿山石种类寿山石种类 新配方加新配方加T T老配方老配方新配方不加新配方不加T T D D烧粉含量烧粉含量0%0%1%1%3%3% E E添加物粒径添加物粒径小一些小一些原来原来大一些大一些 F F烧成次数烧成次数一次一次二次二次三次三次

44、 G G长石含量长石含量0%0%4%4%7%7% H H黏土种类黏土种类K-K-typeKGKG各半各半G-G-type 瓷砖制程设计瓷砖制程设计 控制因子设计值控制因子设计值 原始设计原始设计 试验计划：试验计划：L18L18（2 21 1*3 37 7）正交表）正交表（非对称水平）（非对称水平） 瓷砖制程设计试验数据瓷砖制程设计试验数据 Y值：厚度值：厚度mm 瓷砖制程设计：瓷砖制程设计：试验数据分析试验数据分析 S/NS/N比比 效应图表效应图表 均值均值 效应图表效应图表 Means S/N 主次：主次： E A H D C 主次：主次： F H B E A 重要因子判定准则与分类重要

45、因子判定准则与分类 n 重要因子判定准则：重要因子判定准则：（一半一半原则）（一半一半原则） 一组因子中一半视为重要，一半视为不重要。一组因子中一半视为重要，一半视为不重要。 n S/NS/N效应排列：效应排列： E A H D CE A H D C n 均值均值效应排列：效应排列：F H B E AF H B E A n 因子四种分类因子四种分类： 1、对、对SN比和均值都有影响比和均值都有影响 2、对、对SN比没影响，但对均值有影响比没影响，但对均值有影响 3、对、对SN比有影响，但对均值没影响比有影响，但对均值没影响 4、对二者均无影响的因子。、对二者均无影响的因子。 位置因子位置因子/

46、调节因子调节因子 散度因子散度因子 n 第一步：第一步： 最大化最大化S/NS/N比减小变异、降低噪音的敏感比减小变异、降低噪音的敏感 性性 选择能使选择能使SNSN比最大化的控制因子水准；比最大化的控制因子水准； n 第二步：第二步： 调整平均值到目标值上调整平均值到目标值上 选择调节因子，使选择调节因子，使 平均值靠近目标值，而变异维持不变。平均值靠近目标值，而变异维持不变。 田口两步优化程序田口两步优化程序 瓷砖设计因子分类与优化应用瓷砖设计因子分类与优化应用 n 瓷砖设计的可控因子分类与优化策略瓷砖设计的可控因子分类与优化策略 类别类别影响影响 S/NS/N 影响影响 均值均值 控制因

47、子控制因子作用作用优化设置优化设置 1 1是是是是A E HA E H缩小变异缩小变异A A1 1 E E1 1 H H2 2 2 2否否是是B FB F调整品质调整品质 特性至目特性至目 标值标值 B B2 2 F F1 1 3 3是是否否C DC D缩小变异缩小变异C C3 3 D D3 3 4 4否否否否G G降低成本降低成本G G1 1 TagdchiTagdchi应用应用1 1： 一线铜品质改善一线铜品质改善 n 改善前操作规范改善前操作规范 序号序号流程流程管制项目管制项目控制范围控制范围管制方法管制方法分析频率分析频率 1酸洗H2SO4H2SO48%-12%分析1次/天 2铜槽

48、CUSO4V.5H2OCUSO4V.5H2O60-90g/l分析2次/周 H2SO4H2SO4180-210g/l分析2次/周 CICI40-80ppm分析2次/周 温度温度20-30自动控制 光剂光剂1.5-3.5cc/lHull试验1次/周 8轧辊HNO3HNO3300-500cc/l配槽分析 硝酸抑制剂量硝酸抑制剂量30-50cc/l不做分析 运用运用 L18L18（2 21* *3 37）直交表，持续改善品质）直交表，持续改善品质 n 因子水平表 代号代号因子名称因子名称水准数水准数水准水准1 1水准水准2 2水准水准3 3 A A硝酸抑制剂量硝酸抑制剂量 2 230cc30cc50c

49、c50cc B B 硫酸浓度硫酸浓度3 38%8%10%10%12%12% C CCUSO4V.5H2OCUSO4V.5H2O 3 360g60g75g75g90g90g D D H2SO4H2SO43 3180g180g195g195g210g210g E E CICI3 340ppm40ppm60ppm60ppm80ppm80ppm F F 温度温度3 3202025253030 G G 光剂光剂3 31.51.52.52.53.53.5 H H HNO3HNO33 3300300400400500500 望目望目 n 选择 L18（21 1*37 7）直交表 根据需要，也可以选择根据需要

50、，也可以选择L12（28），全部使用），全部使用2水平。水平。 实验数据实验数据 系统输出系统输出 望目望目 实验数据分析实验数据分析 n 因子影响次序：因子影响次序： G E C D H F B AG E C D H F B A n 显著重要因子：显著重要因子： G E C D H G E C D H n 最佳因子水平组合：最佳因子水平组合： A A2 2 B B2 2 C C3 3 D D2 2 E E3 3 F F1 1 G G1 1 H H3 3 TagdchiTagdchi应用：应用： 一线铜品质改善一线铜品质改善 n 改善后操作规范改善后操作规范 序号序号 流程流程管制项目管制项目

51、控制范围控制范围 管制方法管制方法 1酸洗酸洗H2SO4H2SO48%-12%8%-12%10%10%2%2% （略略） 2 铜槽铜槽 CUSO4V.5H2OCUSO4V.5H2O60-90g/l60-90g/l90g90g15g/l15g/l H2SO4H2SO4180-210g/l180-210g/l195g195g15g/l15g/l CICI40-80ppm40-80ppm808020ppm20ppm 温度温度20-3020-30202055 光剂光剂1.5-3.5cc/l1.5-3.5cc/l1.51.51cc/l1cc/l 8轧辊轧辊HNO3HNO3300-500cc/l300-5

52、00cc/l500500100cc/l100cc/l 硝酸抑制剂量硝酸抑制剂量30-50cc/l30-50cc/l50cc/l50cc/l 原标准原标准新标准新标准 n 运用运用 L18L18（2 21 1* *3 37 7），持续改善品质；），持续改善品质；望目望目特性特性 TagdchiTagdchi应用应用2 2： 整板电镀改善项目整板电镀改善项目 n 因子水平表因子水平表 代号代号因子名称因子名称水准数水准数水准水准1 1水准水准2 2水准水准3 3 A A光泽剂光泽剂2 23ml/l3ml/l4ml/l4ml/l B B硫酸硫酸3 3180g/l180g/l200g/l200g/l2

53、20g/l220g/l C C盐酸盐酸3 340ppm40ppm50ppm50ppm60ppm60ppm D D硫酸铜硫酸铜3 360g/l60g/l70g/l70g/l80g/l80g/l E E电流密度电流密度3 31818SAFSAF2020SAFSAF2222SAFSAF F F槽液温度槽液温度3 3232325 25 27 27 n选择选择 L18L18（2 21 1* *3 35 5）直交表）直交表 系统输出系统输出 实验数据分析实验数据分析 n 因子影响次序：因子影响次序： B D A E C FB D A E C F n 显著重要因子：显著重要因子： B D A E B D A

54、 E n 最佳因子水平组合：最佳因子水平组合： A A1 1 B B2 2 C C2 2 D D3 3 E E2 2 F F2 2 n 案由及成果 AT&T公司多晶矽沉淀长期存在两大困扰 l 晶片厚度变异过大 l 表面缺点计数太大 n 成果 p厚度标准差减少到原来的1/4 p表面缺点数从600/c减少到10/c 案例分析：案例分析： 多晶矽沉淀实验多晶矽沉淀实验 案例分析：案例分析： 多晶矽沉淀实验多晶矽沉淀实验 n 控制因子及其水平控制因子及其水平（6 6因子因子3 3水平）水平） 因素水平1水平2水平3 沉淀温度（A）To -25ToTo+25 沉淀压力（B）P0-200PoPo+200

55、氮流量（C）NoNo-150No-75 矽烷流量（D）So-100So-50So 稳定时间（E）toto+8to+16 清洗方法（F）NoCM2内部CM3外部 注：注： 开始水准开始水准 实验计划：实验计划：L18L18直交表直交表 空空 列列 空空 列列 当然，你也可以选择当然，你也可以选择L27（36）直交表。）直交表。 实验样本及数据记录实验样本及数据记录（表面缺点）（表面缺点） 实验 编号 试验晶片1试验晶片2试验晶片3 顶部中部底部顶部中部底部顶部中部底部 多晶矽沉淀实验多晶矽沉淀实验 显著因素显著因素 开始值开始值 增加增加20db 分析方法：分析方法： 将将开始值开始值与与改善值

56、改善值 进行比较。进行比较。 AB C D E F 多晶矽沉淀实验多晶矽沉淀实验 开始值开始值 显著因素显著因素 品质与效率的品质与效率的 权衡权衡 减少减少5db AB CDE F n 最适化最适化因子水平组合因子水平组合 A A1 1 B B2 2 C C1 1 D D3 3 E E2 2 F F2 2 多晶矽沉淀实验多晶矽沉淀实验- -结论结论 n 如果在一个田口设计中加入了如果在一个田口设计中加入了信号因素信号因素，就变成了一个，就变成了一个 动态动态响应设计。信号因子至少须有响应设计。信号因子至少须有2 2个水平。个水平。 n 动态设计的动态设计的目的目的：研究一个动态系统的信号与响应之间：研究一个动态系统的信号与响应之间 的关系。的关系。 n 在正交表中加入信号因子后，其实验的次