DOE(试验设计)培训

1、DOE(试验设计)培训 DOE（design of experiments) 试验设计是对试验方案进行优化设计，以试验设计是对试验方案进行优化设计，以降低实验误差和生产费用，减少实验工作量，降低实验误差和生产费用，减少实验工作量，并对试验结果进行科学分析的一种科学方法。并对试验结果进行科学分析的一种科学方法。试验设计方法最早由费雪在农业试验时提出，试验设计方法最早由费雪在农业试验时提出，20世纪世纪60年代，日本年代，日本的质量管理专家田口玄一博士将其用于工业的质量管理专家田口玄一博士将其用于工业过程优化，使此方法得以普及和发展。在过程优化，使此方法得以普及和发展。在20世纪世纪80年代早期兴

2、起的年代早期兴起的6西格玛管理系统中，西格玛管理系统中，作为作为DMAIC模式的重要一环，试验设计成为过模式的重要一环，试验设计成为过程改善不可或缺的利器。在过程中，影响输出程改善不可或缺的利器。在过程中，影响输出的因素往往非常多，试验设计方法就是一种同的因素往往非常多，试验设计方法就是一种同时研究多个时研究多个因素（因素（XS）对输出（）对输出（Y）的影响的方法，它是）的影响的方法，它是通过对选定的输入因素进行精确，系统的人为通过对选定的输入因素进行精确，系统的人为调整（变化）来观察输出变量的变化情况，并调整（变化）来观察输出变量的变化情况，并通过对结果的分析，最终确定影响结果的关键通过对结

3、果的分析，最终确定影响结果的关键因素及其最有利于结果的取值方法。如下图：因素及其最有利于结果的取值方法。如下图： 输入（输入（XS）输出（输出（Y）6 Sigma相关知识介绍相关知识介绍n一、一、6 Sigma的定义的定义n1、什么是“6 Sigma”nA：6 Sigma是一整套系统的企业管理理论和实践方法，其目标是最大程度地实现和保持企业运营成功。nB：6 Sigma的原动力来自对客户需求的理解，对企业现状，数据地科学分析，及对改进企业的运营过程的渴望。nC：6 Sigma的质量目标小于3.4DPMO，99.99966%合格-每百万机会中只有3.4个缺陷n2、6 Sigma经历的四个里程碑n

4、A：30年代，SHEWHART（休哈特）引入统计过程图（COTROL CHART）nB：50年代，DEMING（戴明）对“新”管理哲学的贡献nC：70年代，TAGUCHI（田口玄一）引入质量工程nD：90年代，世界市场的出现和6 Sigma-ROBERT GALVIN请MIKEL HARRY创建摩托罗拉的6 Sigma的研究院，后在亚利桑那洲创建6 Sigma学院 3、衡量6 Sigma的度量指标nA：质量合格率（QUALITY YIELD）nB：百万分之一 PPMnC：每百万中的缺陷 DPMnD：每百万机会中的缺陷 DPMOn4、6 Sigma的团队：绿带（Green Belts）、黑带（B

5、lack Belts） 、大黑带（Master Black Belts ）、倡导者（CHAMPIONS）、执行官（EXECUTIVE LEADER），团体从小到大各司其职。二、运用运用6 Sigma解决问题的方法解决问题的方法 5个步个步骤骤DMAICn1、DEFINE（定义）-识别改进机会nA：界定项目的范围 nB：筹集资源，为项目分配时间n2、MEASURE（测量）-量过程的当前状态nA：绘制过程图，特别注意影响质量的关键过程和不增加价值的时间nB：制定收据收集计划/度量指标nC：收集数据，评估当前状态（例如每百万中的缺陷）n3、ANALYZE（分析）-找出造成缺陷的原因（长期和偶然问题）

6、nA：确定造成缺陷的原因nB：找出影响关键输出的少数几个至关重要的过程输入标量nC：优先使用简单工具，适当运用QC手法n4、IMPROVE（提高）-开发和执行解决问题方案nA：改变过程设置nB：重新设计过程，减少缺陷n5、CONTROL（控制）-实施控制，预防缺陷nA：控制阶段目标，实施新机制或新过程，防止问题重现nB：包括开发文档记录和实施控制计划nDMAIC-提供问题求解的框架一）在工作实践中，我们无时无刻不在进行试验，一）在工作实践中，我们无时无刻不在进行试验，只不过是有时无意识罢了，通过试验我们可以达只不过是有时无意识罢了，通过试验我们可以达成下列目标：成下列目标：1、确定、验证和优化

7、制造过程的主要影响变量、确定、验证和优化制造过程的主要影响变量及其影响；及其影响；2、创造对物料和产品变化不敏感的制造过程；、创造对物料和产品变化不敏感的制造过程；3、设计对使用环境不敏感（既受环境的影响小）、设计对使用环境不敏感（既受环境的影响小）的产品；的产品；4、降低总的设计周期；、降低总的设计周期；5、减少、减少ECN(设计变更通知书设计变更通知书)数量；数量；6、改进与、改进与CTQS有关的产品品质、成本和性有关的产品品质、成本和性能指标；能指标；7、提高新设计产品的工艺性；、提高新设计产品的工艺性；8、制造过程列出问题及解决方案；、制造过程列出问题及解决方案；9、减少对产品的检查和

8、测试；、减少对产品的检查和测试；一）在进行基础研究时，试验设计可用来：一）在进行基础研究时，试验设计可用来：1、发现变量间的联系；、发现变量间的联系；2、明确技术要点；、明确技术要点；二）在进行产品设计时，试验设计可用来：二）在进行产品设计时，试验设计可用来：1、做灵敏度分析；、做灵敏度分析；2、建立可靠性公差；、建立可靠性公差；3、确定部品特性；、确定部品特性；4、确定设计布局；、确定设计布局；5、使用较低等的材料和部品以降低成本；、使用较低等的材料和部品以降低成本；6、减少变异；、减少变异；7、改善新设计产品的性能；、改善新设计产品的性能；三）在进行制造过程（工艺）设计时，试验设计可用三）

9、在进行制造过程（工艺）设计时，试验设计可用来：来：1、进行过程变量研究；、进行过程变量研究；2、变量的优化设置；、变量的优化设置；3、建立可靠的公差；、建立可靠的公差；4、发现低成本的解决方案；、发现低成本的解决方案；5、减少过程变化；、减少过程变化；6、将过程均值逼近目标值；、将过程均值逼近目标值；7、缩短制造周期；、缩短制造周期；8、消除缺陷；、消除缺陷；9、提升产品可靠性；、提升产品可靠性；四）在过程改善时，试验设计可用来：四）在过程改善时，试验设计可用来：1、解决问题；、解决问题；2、研究过程变量间的相互关系；、研究过程变量间的相互关系；3、进行过程能力研究；、进行过程能力研究；4、比

10、较设备和方法的影响度；、比较设备和方法的影响度；五）计量时，试验设计可用来：五）计量时，试验设计可用来：1、进行量具研究；、进行量具研究；2、确定主要误差；、确定主要误差；3、将测量误差降至最小；、将测量误差降至最小；四、试验设计的一些相关概念：四、试验设计的一些相关概念：一）指标：在试验中用来衡量试验结果的量叫试一）指标：在试验中用来衡量试验结果的量叫试验指标，在六西格玛系统中，试验指标是公司与验指标，在六西格玛系统中，试验指标是公司与客户共同关心的项目的（客户共同关心的项目的（CTQ S：关键影响因：关键影响因素）；素）；二）因素又称因子，在试验中，影响试验考核指二）因素又称因子，在试验中

11、，影响试验考核指标的量称为因素。因素是我们前面说过的作用因标的量称为因素。因素是我们前面说过的作用因素即自变量（素即自变量（X S）；）；三）水平是试验中各因素的不同取值；三）水平是试验中各因素的不同取值；四）通用符号：在试验表中，一般用四）通用符号：在试验表中，一般用“+”、“-”号或号或“1”、“2”、“3”等来表示因素的不同水平，等来表示因素的不同水平，当因素只有高低两个水平时，用当因素只有高低两个水平时，用“+”号代表高水号代表高水平，平， “-”代表低水平（数值较代表低水平（数值较n 低），当因素有低），当因素有3个以上水平时，用个以上水平时，用“1”、“2”、”3“来依次表示从低到

12、高的水平，值得一来依次表示从低到高的水平，值得一提出来的是，在同一试验表中，只能出现同类符提出来的是，在同一试验表中，只能出现同类符号，以号，以“+”、“-”或或“1、”2”、“3”而不可相而不可相混用；混用；n五）为了更加清楚的说明以上概念，举实例如下：五）为了更加清楚的说明以上概念，举实例如下：n例例1：7571250成品尺寸变异不稳定遭客户投诉，成品尺寸变异不稳定遭客户投诉，公司决定成立西格玛项目组进行改善，经前期定公司决定成立西格玛项目组进行改善，经前期定义测量，分析阶段后，项目组确定成品尺寸变异义测量，分析阶段后，项目组确定成品尺寸变异是由于硅胶尺寸引起，他们得出以下试验表：是由于硅

13、胶尺寸引起，他们得出以下试验表：RUNSABCDY1-1-1-1-12-1-1+1+13-1+1-1+14列表说明如下：列表说明如下： 在试验设计时，试验因素（输入变量）有两种：在试验设计时，试验因素（输入变量）有两种：一种是在试验时我们可以以人为进行控制的，称为可一种是在试验时我们可以以人为进行控制的，称为可控因素；一种是人为无法控制的称为噪声（随机）因控因素；一种是人为无法控制的称为噪声（随机）因素：素：一）可控因素是在试验过程中我们可以设置和保持其一）可控因素是在试验过程中我们可以设置和保持其在一个希望的水平上的因素，有以下特征：在一个希望的水平上的因素，有以下特征：1、改善团队可以确信

14、（根据经验和以往数据）、改善团队可以确信（根据经验和以往数据）其对指标其对指标Y有重要影响；有重要影响；2、在试验过程中可以比较容易地进行人为改变：如：、在试验过程中可以比较容易地进行人为改变：如：喷涂工艺中的油墨粘度、喷枪方向、喷枪距离等；喷涂工艺中的油墨粘度、喷枪方向、喷枪距离等；二）噪声因素是试验过程中可使试验结果发生偏差，二）噪声因素是试验过程中可使试验结果发生偏差，但我们无法对其进行控制的因素，或要控制它需付但我们无法对其进行控制的因素，或要控制它需付出高昂的代价，其特征如下：出高昂的代价，其特征如下：1、使试验结果偏离目标；、使试验结果偏离目标；2、无法或很难人为控制；如：人的思维

15、、天气、无法或很难人为控制；如：人的思维、天气状况、季节变化、自然发展等。状况、季节变化、自然发展等。六、试验设计的类别：六、试验设计的类别：一）试验类别的选择依据：一）试验类别的选择依据：1、研究目标立即通过试验希望达到什么目的、解决、研究目标立即通过试验希望达到什么目的、解决什么问题；什么问题；2、因素和水平数：我们调查、分析范围；、因素和水平数：我们调查、分析范围；3、每次试验成本；、每次试验成本；二）试验类别如下表：二）试验类别如下表：三）试验方案（类别）的选择流程：如下图三）试验方案（类别）的选择流程：如下图：由上表可以看出：由上表可以看出：1、通过确认历史数据或收集现场数据来确定目

16、、通过确认历史数据或收集现场数据来确定目前的过程能力；前的过程能力；2、确立试验目标；、确立试验目标；3、确立衡量试验输出结果的变量；、确立衡量试验输出结果的变量；4、确立影响输出结果的各类可控因素和噪、确立影响输出结果的各类可控因素和噪声因素；声因素； 5、确定每个因素的水平数和各水平的实际取值；、确定每个因素的水平数和各水平的实际取值； 6、选择试验用表、使其能适应所选择的因素、选择试验用表、使其能适应所选择的因素 和水平数需确定试验次数；和水平数需确定试验次数； 7、验证测量系统；、验证测量系统； 8、试验资源准备：包括人员、材料、设备、试验资源准备：包括人员、材料、设备、 资金等建立测

17、试计划；资金等建立测试计划； 9、进行试验：确信每个试验单元均被对应于、进行试验：确信每个试验单元均被对应于 其试验条件做好标示；其试验条件做好标示； 10、测量试验单元；、测量试验单元；11、分析数据标准是否影响因素、分析数据标准是否影响因素； 12、确认取得最好输出结果的因素水平的组合；、确认取得最好输出结果的因素水平的组合；13、在此优化组合的因素和水平值上进行重、在此优化组合的因素和水平值上进行重复试验以确认效果；复试验以确认效果；14、通过标准作业程序固定优化以试验条件、通过标准作业程序固定优化以试验条件（因素和水平），并进行应有的控制；（因素和水平），并进行应有的控制；15、重新评

18、估过程能力。、重新评估过程能力。一）一）二）二）三）三） “ “实践是检验真理的唯一标准实践是检验真理的唯一标准”这句名言，这句名言，也许可以很好诠释也许可以很好诠释“实验设计实验设计”。实验设计是在。实验设计是在大量的事实基础之上，以事实说话。记住一种大量的事实基础之上，以事实说话。记住一种品管永恒不变的管理方式品管永恒不变的管理方式“以事实为基础的管以事实为基础的管理方式理方式”。nDOE试验案例说明n 案例一（结论确定型） 型号型号:748H00483-00M.:748H00483-00M.客户客户 要求要求的的CPKCPK尺寸标准为：尺寸标准为：33.9133.910.1mm(0.1m

19、m(两个定位孔的距离两个定位孔的距离). ).但最近出现多次尺寸变异偏长但最近出现多次尺寸变异偏长, ,因是客因是客户要求的户要求的CPKCPK重点尺寸重点尺寸, ,品管部决定试品管部决定试验重新验证现在的生产条件验重新验证现在的生产条件, ,并寻找最并寻找最佳的机台条件。（机台吨位佳的机台条件。（机台吨位:200T).:200T).一：前期n 1、成立小组:张三、李四、王五、赵六n附会议纪要).n2：分析（鱼骨图分析）小组人员：小组人员：张三、李四、王五、赵六。 工序：油压。工序：油压。 时间：时间：2005、9、19。 制作：张三。制作：张三。3：总结n经过小组的分析，认为影响产品尺寸偏长

20、的主要原因为：“油压硫化时间”，“油压机台压力”设置偏高。分析小组决定进行DOE试验确定最佳的机台参数。n一）进行试验： n1、试验目标：是确定不同生产条件对产品尺寸的影响及确定最佳条件组合;、 n2、测量指标：油压产品的尺寸； 3、影响因素XS：本试验已确定是考察不同生产条件(硫化时间,机台压力)对测量指标的影响，即影响因素为2个:硫化时间,机台压力； 4、确定可能影响到输出指标的噪声因素； 5、列出DOE试验计划表：DOEDOE试验计划表试验计划表项目负责人：张三 部门：品管部项目：改善油压条件对产品尺寸变异的影响. 日期：2006.2.20DOE目标：确定产品生产的最佳的机台条件.相关背

21、景：油压条件不稳尺寸变异偏大.需近快确定生产最佳条件.输出特性指标：关键特性如何测量是否用于DOE产品尺寸常温下2D测量是 6、决定对每次试验抽取5PCS样品进行研究，试验结果如下表：试 验因 素样品尺寸(单位:mm)硫化时间机台压力1234 51150s90kg/cm233.933434.2 33.8 34.092150s130kg/cm233.834.233.935 35.53100s90kg/cm233.534.0834.0133.9 34.24100s130kg/cm233.9834.534.2 33.7 34.5n二)分析不同条件对产品尺寸的影响; 硫化时间压 力 90kg/cm21

22、30kg/cm2150s33.93、34 、34.2 、 33.8 、34.0933.8、34.2、33.9,35, 35.5100s 33.5 、34.08,、34.01、 33.9、34.233.98、 34.5、 34.2、 33.7、34.5n 2、设：A1=150s A2=100s n A1= 33.93+34+34.2+33.8+34.09+33.8+34.2+33.9+35+35.5/10 =34.242n A2 = 33.5+34.08+34.01+33.9+34.2+33.98+34.5+34.2+33.7+34.5/10 =34.057从上图可以看出，硫化时间对产品尺寸影响

23、很小。从上图可以看出，硫化时间对产品尺寸影响很小。 3、分析不同机台压力对产品尺寸的影响;硫化时间压 力 90kg/cm2130kg/cm2150s33.93,34 ,34.2 ,33.8 ,34.0933.8,34.2,33.9,35,35.5100s33.5 ,34.08, 34.01, 33.9,34.233.98, 34.5, 34.2, 33.7, 34.5n 4、设：B1= 90kg/cm2 B2=130kg/cm2n B1=33.93+34+34.2+33.8+34.09+33.5+34.08+34.01+33.9+34.2/10 =33.98 nB2=33.8+34.2+33.

24、9+35.0+35.5+33.98+34.5+34.2+33.7+34.5/10 =34.328从上图可以看出，机台压力对产品尺寸影响较大。从上图可以看出，机台压力对产品尺寸影响较大。n 5、分析两因素交互作用对产品尺寸的影响;硫化时间压 力 90kg/cm2（B1） 130kg/cm2（B2）150s（A1）33.93,34 ,34.2 ,33.8 ,34.0933.8,34.2,33.9,35,35.5100s（A2）33.5 ,34.08, 34.01, 33.9,34.233.98, 34.5, 34.2, 33.7, 34.56、交互作用影响可表达为 A1B1，A1B2，A2B1，A

25、2B2。共有四种交互作用。 n A1B1=33.93+34+34.2+33.8+34.09/5=34.004 A1B2=33.8+34.2+33.9+35.0+35.5+/5=34.48 nA2B1=33.5+34.08+34.01+33.9+34.2/5=33.956 A2B2=33.98+34.5+34.2+33.7+34.5/5=34.176B1B2A134.00434.48A233.95634.176150s100s交交 互互 作作 用用 对对 尺尺 寸寸 的的 影影 响响7）、从上图看出）、从上图看出,硫化时间和机台压力之间有交互作用，因为图中的两条直线不是平行线。硫化时间和机台压力

26、之间有交互作用，因为图中的两条直线不是平行线。n8、交互作用分析：从图中可以看出： A1B1=34.004nA1B2=34.48 34.48-34.004=0.476 n A2B1=33.956 34.176-33.956=0.22 nA2B2=34.176 由此可以看出硫化时间取100s时比150s的尺寸变异要小,可以确定硫化时间取100s。 n8、交互作用分析：从图中可以看出： A1B1=34.004nA2B1=33.956 34.004-33.956=0.048 nA1B2=34.48 A2B2=34.176 34.48-34.176=0.304 由此可以看出机台压力取90kg/cm2时

27、比130kg/cm2的尺寸变异要小,可以确定机台压力取90kg/cm2 三、试验结论：n 1、 经过小组成员的分析及QC手法的运用，得出影响产品尺寸的关键因素为：硫化时间、机台压力。 2、将各影响因素设置在如下水平时，产品尺寸最好且变异小。因 素最优参数硫化时间10020s机台压力9020kg/cm2模温上/下：168/1655料重4.2g0.1n 3、现场标准的制定及标准卡的修正n 案例二（结果验证型）n 7575126A01成品近段时间，出现了多次RCA摩擦寿命NG的现象。针对此情况，n 品管部决定成立一个试验小组，为解决此问题进行DOE试验。 一、前期：n1、成立小组:张三、李四、王五、

28、赵六(附会议纪要).2：分析（鱼骨图分析）小组人员：小组人员：张三、李四、王五、赵六。 工工序：喷涂。序：喷涂。 时间：时间：2006、2、19。 制作：王五。制作：王五。 3：总 结n 经过小组大量的分析，认为问题出在不同供应商的油墨上，7575126A01目前使用三家供应商的油墨。分析小组针对此分析结论决定做DOE试验进行验证。 n一）进行试验： 1、试验目标：是确定不同供应商提供的油墨对RCA摩擦寿命的影响测量指标； 2、测量指标：成品的RCA摩擦寿命； 3、影响因素XS：本试验已确定是考察不同供应商的油墨对测量指标的影响，即影响因素只有1个：油墨供应商； 4、确定可能影响到输出指标的噪

29、声因素；5、列出DOE试验计划表： DOEDOE试验计划表试验计划表项目负责人： 张三 部门：品管部项目：验证不同供应商油墨对RCA寿命的影响。 日期：2005.8.20DOE目标：确定不同供应商的油墨对RCA摩擦寿命的影响程度。相关背景：因现成品寿命要求100圈，但近段时间RCA寿命不过且不稳定。输出特性指标：关键特性如何测量规格是否用于DOERCA摩擦寿命常温下摩擦至磨破为止100圈是过程可控因素表过程可控因素表可控因素对输出的影响度试验时改变难易度是否作为试验因素如是试验因素如非试验因素目前水平目标水平如何固定其为常量在何种水平油墨供应商是低于100圈100圈/油墨粘度 否/漏斗测量固定

30、为：8.5-9.5秒/斗油墨厚度 否/千分尺测量固定为：6-9um备注：有重大影响、容易改变;过程噪声因素表过程噪声因素表噪声因素对输出的影 响 度试验时改变难易度是否作为试验因素如是试验因素如非试验因 素策 略试验水平设置如何固定其为常量，在何种水平可靠性设计中心复和设计环境温度否/固定为：2510环境湿度否/固定为：5030%振动否/保持自然状 态备注：有重大影响,容易改变; 有中等影响,相对容易改变; 影响很小,很难改变. 6、根据以上信息确定试验表如下： 试 验因 素水 平11121231341/51/供应商供应商A（水平（水平1）供应商供应商B（水平（水平2）供应商供应商C（水平（水

31、平3） 7、决定对每次试验抽取5PCS样品进行研究，试验结果如下表：水 平因 素指标（各取样品：5PCS）试验（圈）1234 51供应商A10110099104 982供应商B98102105121 973供应商C10298102103 104 三、用方差分析法分析：油墨供应商不同对RCA寿命有无关键影响。n1、计算每个水平评价指标之和：5 L3=Xi3 = 102+98+102+103+104=50955L1=Xi1 = 101+100+99+104+98=502 L2=Xi2 = 98+102+105+121+97=5232、计算总和：35 T = Xij = 1534j=153i=1 3

32、、计算每个水平对应的评价指标的平均值：n X1 = =100.4 nX2 = =104.6 nX3 = =101.8502552355095 4、计算总的平均值：n X = T/n.g = 1534/15 = 102.275、计算Q值： nQ = X2ij = 1012+1002+1042 = 157342j=1 i=1 3 5 6、计算C值：n C = T2/n.g = 15342/15 = 2353156/15 = 156877.0677、计算总平均和：n SST = Q - C = 157342 - 156877.067 = 464.9338、计算组间平方和：n SSB = L2i n C = 784614 5 - 156877.067 = 45.733J=139、计算组内平方和：nSSW= SST - SSB = 464.933 - 45.733 = 419.210、用方差分析表进行分析： 通用单因素方差分析表：方差来源SOV平方和SS自由度(d.f)均方和(方差)MS