试验设计（DOE）实验指导书
周娟编
中国计量学院质量与安全学院
二○○九年十月
学生实验守则
1 学生必须在规定时间内参加实验，不得迟到、早退。
2 学生进入实验室后，不准随地吐痰、抽烟和乱抛杂物，保持室内清洁和安静。
3 实验前应认真阅读实验指导书，复习有关理论并接受教师提问检
查，一切准备工作就绪后，须经指导教师同意后方可动用仪器设备进行实验。
4 实验中，认真执行操作规程，注意人身和设备安全。学生要以科学
的态度进行实验，细心观察实验现象、认真记录各种实验数据，不得马虎从事，不得抄袭他人实验数据。
5 如仪器发生故障，应立即报告教师进行处理，不得自行拆修。不得
动用和触摸与本次实验无关的仪器与设备。
6 凡损坏仪器设备、器皿、工具者，应主动说明原因，书写损坏情况
报告，根据具体情节进行处理。
7 实验完毕后，将计量器具和被测工件整理好，认真填写实验报告（包
括数据记录、分析与处理，以及绘制必要的图形）。
前言
本实验指导书是《试验设计（DOE）》课程的配套实验教材。
《试验设计（DOE）》是工程技术与统计学相结合的学科，主要包括两部分内容，第一是对试验进行科学有效的设计，第二是对试验数据进行正确的统计分析，属于设计质量范畴。《试验设计（DOE）》在质量设计和质量改进的过程中扮演了非常重要的角色，它是我们产品质量提高，工艺流程改善的重要保证。实验设计技术已广泛被运用于从航天业到一般生产制造业的产品质量改善、工艺流程优化。本课程的目的是希望学生能较为透彻地理解各种方法的设计思想及其实践过程，并能熟练运用。
试验设计（DOE）实验是《试验设计（DOE）》课程教学的必须实验环节。其目的是加深学生对本课程所涉及的重要基本原理、基本方法的理解，并且锻炼学生的动手实践能力，使学生在后面的学习和工作中能够综合运用所学知识解决实际问题。本课程要求学生提前阅读实验指导书，在教师指导下自己动手，亲自实践，边做边想，认真记录，并写出实验报告。
本实验指导书由于时间仓促，水平所限，难免有疏漏廖误之处，热切期望实验指导老师与学生能提出宝贵的意见，谢谢。
目录
实验一单因素方差分析与正交试验设计的excel实现 (1)
实验二单因子方差分析与田口设计的MINITAB实现 (1)
实验1：单因素方差分析与正交试验设计的excel实现
一、实验目的
1）掌握利用excel进行单因素方差分析；
2）掌握利用excel进行正交试验设计与分析；
3）理解运行结果的含义。
二、实验类型
综合型
三、实验内容
问题1：
现有甲、乙、丙三个工厂生产同一种零件，为了了解不同工厂的零件的强度有无明显的差异，现分别从每一个工厂随机抽取四个零件测定其强度，数据如表所示，试问三个工厂的零件强
操作步骤：
1、将数据输入excel中；
2、选择工具栏的加载宏；
3、选择工具分析库；
4、工具中会增加“数据分析”选项（注意：安装excel时需安装该功能），选择该选项的单
因素方差分析；
5、选定指定的区域，注意分组方式；
6、分析输出结果。
问题2：
一批由同一种原料织成的布，用不同的印染工艺处理，然后进行缩水率试验。假设采用3种不同的工艺，测得每种工艺处理布样缩水率百分数如表所示。若布的缩水率服从正态分布，不同工艺处理的布的缩水率方差相等。试考察不同工艺对布的缩水率有无明显影响？
操作：参考问题1的步骤，用excel 分析该问题。（自己输入数据，单因子方差分析，想一下与第一题有什么不同？）
问题3：
为了解3种不同配比的饲料对仔猪生长影响的差异，对3种不同品种的猪各选3头进行试验，分别测得其3个月间体重增加量如表所示。假定其体重增长量服从正态分布，且各种配合的
操作：参考问题1的步骤，用excel 分析该问题。（自己输入数据，双因子方差分析）
问题4：
每种结构的8发炮弹分别用4门火炮发射，每门火炮发射两发。试分析不同火炮和不同结构对射程有无显著影响。
操作步骤：
1、 找到桌面上的数据文件数据1. xls; 参考问题1的步骤，用excel 分析该问题。（自己输入数据，双因子方差分析，注意和上一题的区别）
问题5：
某化工厂生产一种化工产品，采收率低并且不稳定，一般在60％～80％之间波动。现在希望通过实验设计，找出好的生产方案，提高采收率。其主要因素及水平的选取如下表所示：
操作步骤：
1、找到桌面上的文件：数据2.xls;
2、在单元格“B11”输入公式“=SUMIF(B$2:B$10,$A2,$E$2:$E$10)/3计算出A因素1水平
的实验平均值
函数：SUMIF(range,criteria,sum_range)
Range 为用于条件判断的单元格区域。
Criteria 为确定哪些单元格将被相加求和的条件，其形式可以为数字、表达式或文本。例如，条件可以表示为 32、"32"、">32" 或 "apples"。
Sum_range 是需要求和的实际单元格。
注意：B$2与B2、$B$2的区别。
说明:
只有在区域中相应的单元格符合条件的情况下，sum_range 中的单元格才求和。
如果忽略了 sum_range，则对区域中的单元格求和。
Microsoft Excel 还提供了其他一些函数，它们可根据条件来分析数据。例如COUNTIF 函数。如果要让公式根据某一条件返回两个数值中的某一值（例如，根据指定销售额返回销售红利），则可使用 IF 函数。
3、横向脱拉公式，自动计算出B、C因素1水平的实验平均值；
4、设置相应的数据，计算A、B、C在2水平和3水平的实验平均值；
5、在单元格“B14”内输入公式“＝3*DEVSQ(B11:B13)”,计算出SSA=728,然后将公式复
制到相应的区域，可计算SSB、SSC。在单元格“E14”内输入公式“＝DEVS Q(E2:E10)”,计算出SST=1238。
6、在单元格“F14”内输入公式“＝E14-SUM(B14:D14)”,计算出SSE=86。
函数：返回数据点与各自样本平均值偏差的平方和。
语法
DEVSQ(number1,number2,...)
Number1, number2, ... 为 1 到 30 个需要计算偏差平方和的参数，也可以不使用这种用逗号分隔参数的形式，而用单个数组或对数组的引用。
7、在区域“B15:E15”输入各项目的自由度。在单元格“F15”内输入公式“＝E15-SUM(B15:D15)”,计算出误差项的自由度。
8、在单元格“B16”内输入公式“＝B14/B15”,计算出MSA=364,然后将公式复制到区域
“C16:F16”。
9、在单元格B18内输入公式“＝FDIST(B17,B15,$F15)”,计算出A因素的P值。
函数：返回 F 概率分布。使用此函数可以确定两个数据系列是否存在变化程度上的不同。语法
FDIST(x,degrees_freedom1,degrees_freedom2)
X 参数值。
Degrees_freedom1 分子自由度。
Degrees_freedom2 分母自由度。
10、实验结果：
11、对上述实验结果进行分析。
问题6：
农药的收率是农药生产中的一项重要经济指标，为提高某种农药的收率，需要进行正交试验。确定试验中所考虑的因素与水平，并确定可能存在并要考察的交互作用。经分析，影响农药收率的因素有四个：反应温度、反应时间、两种原料配比和真空度。根据经验，反应温度与反应时间的交互作用对收率有较大的影响，因此在本试验中还需考察交互作用。
试找出显著的因素和最好的实验条件
操作步骤：
1、找到桌面上的数据文件数据3.xls;
2、参考问题5的步骤，用excel分析该问题。
实验2：单因子方差分析与田口设计的MINITAB实现
一、实验目的
1）掌握利用minitab进行单因子方差分析；
2）掌握利用minitab进行田口设计；
3）掌握利用minitab进行田口设计的分析；
3）理解运行结果的含义。
二、实验类型
综合型
三、实验内容
问题1：
有四种牌号的防锈剂，对每种防锈剂的防锈能力各测量10次，试分析其防锈能力有无显著差异
操作步骤：
1.进入MINITAB系统，输入实验数据；
1.选择统计→方差分析→单因子方差分析（未成堆数据），打开未成堆数据进行单因子方
差分析，并在必要时进行多重比较。
2.将数据转化成堆叠数据，对数据进行单因子方差分析。
问题2：
假设你是一位工程师，而且你正在评估影响装货用塑料袋密合强度的因素。你已经找到四个可控制的因素（材料、温度、压力与厚度），以及两个会影响密合强度的噪声条件（噪声1与噪声2），而你希望密合强度能够达到要求的规格。如果密合强度不够，袋子可能会破掉而污损货品，造成退货的结果；但是如果密合强度太强，又可能造成顾客开取袋子会有困难。所以将密合强度的规格定为18
操作步骤：
1.进入minitab系统；
2.选择统计→DOE→田口→创建田口设计，打开田口设计主对话框；
3.如果需要浏览一下可用的田口方法总表，点击按钮，开启所有
田口方法的内容，如下图所示：
查看完后，再按下回到主对话框
4.在设计类型部分，选取适当的设计类型，本例中选择2水平；
5.由因子数的下拉框中选定因子的个数，本例中选择4，如下图所示；
6.选取设计选项钮，选择L8，如下图所示；
7.单击，返回主对话框，单击因子，打开田口设计-因子对话框，将鼠标点在
因子列表的名称字段的位置，并且输入第一个因素的名称材料。然后，用键盘的向下键将鼠标光标移动下一行的位置，依序完成所有因子名称的设定（温度、压力与厚度）。
8.将鼠标点在因素列表的水平值位置，并且输入第一个因子的水平值的内容
（liquid/tungsten），如下图所示，设定其它因子的水平：
9.在C5、C6中输入如下图所示的数据：
10.打开菜单统计→DOE→田口→分析田口设计；
11.找出最佳实验条件。
问题3：
喷塑制成机柜架工艺条件设计问题。喷塑过程中的喷入量是喷塑机柜架的关键要求，响应变量是喷入量，其目标值是350克，喷入量过大或过小都将影响柜架的成型。我们已经知道影
响喷入量的因子有4个：喷射压力、喷射时间、喷射高度及喷射角度，希望能各取3个水平。A：喷射压力，12，15，18（帕）
B：喷射时间：4，4.5，5（秒）
C：喷嘴高度：1，1.5，2（毫米）
D：喷射角，20，22，24（度）
实验内容：
1.完成田口设计表
2.实验数据见：数据文件：DOE_喷入量（田口）.MTW，完成数据分析。
3.找出最佳实验条件。