5.4 稳健参数设计

5.4稳健参数设计下列关于响应曲面法的叙述中,正确的是利用一阶模型进行最速上升，所有序贯试验点都在一条直线上用包含交互效应的一阶模型进行最速上升，所有序贯试验点都在一条直线上中心复合设计得到的数据不能用于拟合一阶模型中心复合设计得到的数据不能用于拟合包含交互效应的一阶模型ABCD提交单选题1分引言

稳健参数设计:由日本工程师田口玄一建立,强调选择控制代价小的因子的水平以保证响应均值达到目标值,且围绕目标值的波动尽可能小.稳健参数设计发展简史20世纪50年代，日本著名质量工程学家田口玄一博士首次用信噪比来评定计测系统功能的稳健性。1980年，稳健参数设计传入美国，最先在福特汽车公司及

其供应商中推广与应用，被称为“田口方法”。1980年，日本标准化协会和美国供应商协会合作出版了《质量评价用的信噪比》一书，其中介绍了信噪比在计测系统功能和产品功能稳健性评价中的应用。1985年，田口方法引入我国。中国兵器工业质量协会成立了田口方法推广应用技术委员会，从1985年至2000年连续15年邀请田口博士讲学和现场指导。中国兵器工业质量协会从1987至2000年连续召开14次田口方法成果发布会，在提高兵器研制质量、降低研制成本、缩短研制周期等方面取得了突出成效。1994年，我国政府授予田口博士“中国政府友谊奖”。知识总结实验设计与分析模型驱动的设计基础试验设计模型无关的设计基本数据分析固定效应模型线性回归模型Kriging模型综合性方法响应曲面法混料试验稳健参数设计基础知识模块概率统计试验方法论完全因子设计部分因子设计正交设计正交回归设计最优回归设计空间填充设计试验的逻辑试验的流程试验设计发展历史多元正态分布

参数估计与假设检验主要针对固定效应模型主要针对回归模型可用作序贯设计中的初始设计试验设计三原则5.4.1稳健参数设计的基本思想5.4.2直积表设计及其统计分析5.4.3响应模型法与组合表设计知识目标能够给出可控因子与噪声因子的定义能够阐述田口稳健参数设计两步法的步骤给定响应模型，能够给出它的位置模型与散度模型能力目标能够利用稳健参数设计方法解决实际问题学习目标5.4.1稳健参数设计的基本思想5.4.2直积表设计及其统计分析5.4.3响应模型法与组合表设计5.4.1稳健参数设计的基本思想要点一:将试验因子分为可控因子和噪声因子两大类.可控因子与噪声因子和第一章中的试验因子和干扰因子有何不同?可控因子:在试验中和使用中均容易控制.噪声因子:

在正常工艺或使用条件下难以控制,但在试验中可控.5.4.1稳健参数设计的基本思想设计某种新型涂装材料,研发人员必须确定涂装材料的各种成分的占比.各种成分的占比可精确控制,属于可控因子.材料可用于涂装坦克、舰船或飞机,研发人员无法准确地确定该涂料使用时的温度、湿度、降雨量、大气密度等环境变量.这是一个稳健设计问题,目标是设计出好的涂装材料配方,不管使用时温度、湿度、降雨量、大气密度等噪声因子如何变化,该涂装材料的性能都可以满足或超过用户的期望.例（涂装材料的稳健设计）5.4.1稳健参数设计的基本思想

常见噪声因子:5.4.1稳健参数设计的基本思想外部噪声:产品使用时的使用条件和环境条件

常见噪声因子:5.4.1稳健参数设计的基本思想常见噪声因子:外部噪声:产品使用时的使用条件和环境条件内部噪声:产品结构随着时间推移产生的老化现象而引起的产品质量波动

5.4.1稳健参数设计的基本思想

传统思路田口思路

要点二:通过设置更容易控制的可控因子的水平来减少系统响应的波动,使其对噪声因子不敏感.5.4.1稳健参数设计的基本思想

要点三:将重点放在识别可控因子与噪声因子之间的交互效应上并建立响应模型是解决稳健参数设计的关键.5.4.1稳健参数设计的基本思想稳健参数设计的应用场景:

下列关于稳健参数设计的命题中，错误的是稳健参数设计适用于解决试验目的为找到使响应达到特定值且波动最小的处理的问题稳健参数设计的基本思想是通过设置可控因子的水平来使响应达到目标值且对噪声因子不敏感稳健参数设计中的可控因子和噪声因子都是感兴趣的试验因子稳健参数设计中，策略性地控制和改变可控因子的取值，并采用重复、随机化或区组的方式降低噪声因子的影响ABCD提交单选题1分5.4.1稳健参数设计的基本思想5.4.2直积表设计及其统计分析5.4.3响应模型法与组合表设计5.4.2直积表设计及其分析田口稳健参数设计:分别进行可控因子的设计和噪声因子的设计将可控因子设计中的每一个处理与噪声因子设计的每个处理结合在一起进行试验两个设计的“直积”，故称为直积表设计5.4.2直积表设计及其分析

例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）因子低水平高水平加热温度(℃)加热时间(秒)传送时间(秒)成型时间(秒)冷却温度(℃)

5.4.2直积表设计及其分析例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）

例（对舰攻击策略的稳健设计）5.4.2直积表设计及其分析

例（对舰攻击策略的稳健设计）5.4.2直积表设计及其分析

外表设计内表设计

5.4.2直积表设计及其分析直积表设计有何缺点?试验次数相对较多!5.4.2直积表设计及其分析如何对直积表设计得到的数据进行统计分析5.4.2直积表设计及其分析

5.4.2直积表设计及其分析

例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）5.4.2直积表设计及其分析

田口关于望目特征问题（响应达到目标值且变异尽可能小）的两步法Step1选择信噪比模型中显著的可控因子的水平最大化信噪比;Step2信噪比的缺陷:可能导致均值和方差的混淆.解决方案:分别对位置和散度建立关于可控因子的（低阶）响应模型.5.4.2直积表设计及其分析出现在位置模型中的可控因子称为位置因子,出现在散度模型中的可控因子称为散度因子.望目特征问题的两步法Step1选择散度因子的水平使散度最小化;Step2选择非散度因子的位置因子的水平使位置达到自标值.望大或望小特征问题的两步法Step1选择位置因子的水平使位置最大（或最小）化;Step2选择非位置因子的散度因子的水平使散度最小化.5.4.2直积表设计及其分析

例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）5.4.2直积表设计及其分析

例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）5.4.2直积表设计及其分析

例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）

例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）5.4.2直积表设计及其分析5.4.2直积表设计及其分析只有第二个因子（加热时间）是相对显著的,删除其余因子后拟合结果如下例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）5.4.2直积表设计及其分析

例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）第一步:第二步:5.4.2直积表设计及其分析田口两步法有何缺点?不能直接利用可控因子与噪声因子之间的交互效应!下列说法中：直积表设计分别设计可控因子和噪声因子位置因子和散度因子都是可控因子改变位置因子不会改变响应的变异改变散度因子不会改变响应的均值①②错，③④对①③错，②④对①④错，②③对①②对，③④错ABCD提交单选题1分直积表设计:分别设计可控因子和噪声因子田口两步法:分别建立位置模型和散度模型，位置模型中的可控因子为位置因子，散度模型中的可控因子为散度因子首先调节位置，然后调节散度，或反过来直积表设计和田口两步法的缺点:试验次数相对较多如果所有可控因子即是位置因子也是散度因子,则田口两步法陷入循环不能直接利用可控因子与噪声因子的交互效应

5.4.1稳健参数设计的基本思想5.4.2直积表设计及其统计分析5.4.3响应模型法与组合表设计5.4.3响应模型法与组合表设计通过建立响应关于可控因子和噪声因子的响应模型来求解.

例（装备使用策略的稳健设计）5.4.3响应模型法与组合表设计例（装备使用策略的稳健设计）

作战效果12345678

例（装备使用策略的稳健设计）5.4.3响应模型法与组合表设计5.4.3响应模型法与组合表设计

例（装备使用策略的稳健设计）5.4.3响应模型法与组合表设计

例（军工产品生产的稳健设计）序号序号1-1.00-1.00-1.00-1.001.0044.213-1.00-1.001.001.001.0043.221.00-1.00-1.00-1.00-1.0030.0141.00-1.001.001.00-1.0030.33-1.001.00-1.00-1.00-1.0030.015-1.001.001.001.00-1.0030.141.001.00-1.00-1.001.0035.4161.001.001.001.001.0039.25-1.00-1.001.00-1.00-1.0049.817-2.000.000.000.000.0046.161.00-1.001.00-1.001.0036.3182.000.000.000.000.0036.17-1.001.001.00-1.001.0041.3190.00-2.000.000.000.0047.481.001.001.00-1.00-1.0031.4200.002.000.000.000.0031.59-1.00-1.00-1.001.00-1.0043.5210.000.000.000.000.0030.8101.00-1.00-1.001.001.0036.1220.000.000.000.000.0030.711-1.001.00-1.001.001.0022.7230.000.000.000.000.0031.0121.001.00-1.001.00-1.0016.05.4.3响应模型法与组合表设计

5.4.3响应模型法与组合表设计位置模型等高线图散度模型等高线图满足要求的区域5.4.3响应模型法与组合表设计

由试验者根据经验和先验知识确定,可选择带有交互效应的一阶模型和二阶模型.

响应的位置模型响应的散度模型5.4.3响应模型法与组合表设计尝试利用响应模型法分析如下数据。例（作战靴鞋底厚度的稳健设计）5.4.3响应模型法与组合表设计

5.4.3响应模型法与组合表设计称同时包含可控因子和噪声因子的设计为组合表设计.优势:试验设计时同时考虑可控因子和噪声因子,避免使用田口方法的内表和外表结构.可采用完全因子设计、部分因子设计、正交回归设计、最优回归设计、中心复合设计等等方法来构建合适的组合表设计,也可以采用第6章中将介绍的空间填充设计来构建.稳健参数设计的基本思想:试验因子可划分为可控因子与噪声因子两类;通过改变可控因子的水平使得响应达到目标值且对噪声因子稳健;重点放在识别可控因子与噪声因子之间的交互效应上是解决稳健参数设计问题的关键。直积表设计与田口两步法:利用正交表分