实验设计(DOE) 计划表
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DOE实验设计详解+案例说明! Design of Experiments⽬錄⼀實驗計畫法(DOE)概念與實施必要 1⼆ DOE實驗與解析概述 3三實驗設計階段 9四實驗配置階段 11 五實驗數據解析階段 16 六尋求最適參數的實驗計畫法 20七多品質特性處理 23⼋附錄:常⽤直交表與點線圖 24⼀實驗計畫法(DOE)概念與實施必要1 何謂實驗計畫法當我們想⽐較藥品的療效,⽐較加⼯⽅法好壞,⽐較教材學⽣吸收程度,⽐較促銷⽅法等需要進⾏實驗計劃法(DOE)(1) ⼜稱實驗設計,原⽂為 Experimental Design 或Design of Experiments 常以DOE稱之,1925年英國農業專家 Fisher應⽤數理統計⼿法所創造的實驗設計與解析的⽅法,也就是⼀種實驗設計與實驗解析的程序c實驗設計規劃進⾏經濟有效的實驗⽅法,期能獲得充分的實驗數據d實驗解析實驗結果分析以獲取有效、客觀結論包含實驗規劃、實驗實施、數據收集、統計分析、導出結論等過程稱為實驗計劃法(2) ⼀般實驗計畫(DOE)⽬的可以涵蓋c⽐較實驗:⼆個配⽅⽅案的⽐較d篩選設計:決定最具影響⼒的參數(因⼦x1,x2…) 與其影響⼒,是品質改善重要的⼿法通常是實施e或f實驗的前置實驗e優化設計:決定系統設計的參數設定值,使特性y的性能(或變異)達到⽬標值f穩健設計:決定系統設計的參數設定值,使特性y不受其他不可控因⼦的影響(品質⼯程Taguchi Method)(3) 實驗計畫的發展主流c傳統實驗計劃法d⽥⼝品質⼯程(⽥⼝⽅法)e夏寧法(Shainin DOE) 在美國實施的⼀種實驗⽅法(⾮主流)2 企業經營必須要有持續不斷改善(1) 開發與改善需強⼤的管理與技術能⼒為後盾,尤其後者是真正核⼼價值(2) 若現有技術⽅法不⾜以開發或改善時,應著⼿實驗以鑑別要因、設定最適條件(3) ⾼科技產業因影響因⼦繁多且⼯藝複雜⽽不成熟,更須經由實驗以掌握know how 3 實驗是改善的關鍵(1) 實驗的想法實驗是單或⼀串試驗,有⽬的地改變因⼦(1因⼦或多因⼦)的狀態,觀察⽐較其結果變化,從⽽鑑別、證明該因⼦對過程是否具有⾜夠影響⼒,或檢驗、建⽴⼀個假設(2) ⼯廠使⽤實驗計畫法時機,常在開發階段或實施製程管制(SPC)階段⽽需活⽤DOE(3) 實驗計劃法三個名詞 c 因⼦ Factor (或因素)認為可能影響過程的要因,如化學反應製程的溫度(A)、反應時間(B)、….等 d ⽔準 Level (或階次)實驗時刻意改變因⼦的狀態,如反應溫度(A)實驗100℃(A 1)與120℃(A 2),則A 因⼦的⽔準數為2,同樣反應時間B 實驗3hr(B 1)、2hr(B 2)、4hr(B 3) ,則B 因⼦的⽔準數為3 e 特性或回應(Response)量度過程的結果,⼀般是指特性值,應為實驗者、顧客所關⼼的,如粘著強度 (4) 實驗的3步驟 c 實驗觀測d 建⽴因⼦與結果特性變動關係e 推論因⼦最優化狀態(Optimization)4 傳統實驗的錯誤與缺點(1) ⼀位陳⼯程師改善塑膠強度的案例 c 影響塑膠強度的特性要因圖d 將要因A 、B 、C 、D 作為實驗因⼦,進⾏實驗嘗試提⾼塑膠的強度值 e 傳統錯誤的實驗做法有⼆ n 試誤法o 單因⼦實驗法 - 每次只改變⼀個因⼦,其餘因⼦都給予固定 (2) 傳統實驗的問題c 計畫階段未考慮組合影響 - 交互作⽤d 實施階段未考慮隨機 – 分割實驗、集區(block)設計e 數據解析未考慮誤差 – 交絡(confound)法 (3) 正確實驗的⽅法c 實施多因⼦實驗(factorial experiment 要因實驗) 如2n 、3n 型同時列舉所有的要因因⼦,對因⼦⽔準所有組合加以實驗n 避免交互作⽤所引起的錯誤 o 提⾼精度d 採⽤多因⼦實驗可能造成實驗次數過多,技巧上分為n 多因⼦完備實驗(Full factorial experiment) 全部因⼦完整組合實驗o 多因⼦部分實驗(Partial factorial experiment) 全部因⼦部分組合實驗,⼀般DOE 的實驗就是多因⼦部分實驗原料⼆ DOE實驗與解析概述1 ⼀個簡單的⼯廠實驗例(⼀元配置)(1) 實驗⽬的:為了解溫度是否影響產量,以決定適當的溫度條件(2) 實驗策略:實驗前⼯程師應充分思考c溫度⽔準應設多少使實驗能得到預期效果d同⼀個⽔準應重複幾次才能得到正確情報e除溫度外還有什麼因素會影響產量(3) 實驗設計:c實驗因⼦:溫度Ad實驗⽔準:100,110,120三⽔準e重複次數:4次(4) 實驗配置:no 溫度實驗順序1 c A1100℃72 c A1100℃ 13 c A1100℃94 c A1100℃105 d A2110℃116 d A2110℃127 d A2110℃ 28 d A2110℃ 59 e A3120℃810 e A3120℃ 411 e A3120℃ 612 e A3120℃ 3(5) 結果數據如下溫度產量值100℃ 1.0 0.9 0.7 0.9110℃ 1.1 1.4 1.4 1.2120℃ 1.4 1.5 1.3 1.1(6) 實驗數據解析的⽅法實驗數據前先回顧整個實驗過程是否正常,檢視實驗數據有無異常值,與實驗者的技術經驗、預期等是否相符或極度背離,然後進⾏分析c直觀分析做成回應表予回應圖⽽直觀分析d數理解析ANOVA檢定或迴歸分析(7) DOE實驗數據的正確解析內容c實驗誤差等變異檢定可審查實驗過程管理d作成回應表與回應圖觀察與直觀分析,獲取實驗情報e變異數分析辨識要因是否顯著(有影響⼒),若有計算其貢獻率f推定顯著因⼦的信賴區間g顯著因⼦進⾏⽔準間檢定檢視⽔準母平均值是否有差異h決定系統設計,各顯著因⼦以及不顯著因⼦的設定值i最佳條件的預測2 實驗過程管理的檢查 - 等變異檢定當有重複實驗時,可以檢查實驗過程管理了解實驗是否處於控制狀態。
DOE出自 MBA智库百科(/)DOE(Design of Experiment,试验设计)目录[隐藏]∙ 1 什么是DOE∙ 2 为什么需要DOE∙ 3 DOE的基本原理∙ 4 DOE实验的基本策略∙ 5 DOE的步骤∙ 6 DOE的作用∙7 DOE的方法[编辑]什么是DOEDOE(Design of Experiment)试验设计,一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法;试验设计主要对试验进行合理安排,以较小的试验规模(试验次数)、较短的试验周期和较低的试验成本,获得理想的试验结果以及得出科学的结论。
试验设计源于1920年代研究育种的科学家Dr.Fisher的研究, Dr. Fisher 是大家一致公认的此方法策略的创始者, 但后续努力集其大成, 而使DOE在工业界得以普及且发扬光大者, 则非Dr. Taguchi (田口玄一博士) 莫属。
[编辑]为什么需要DOE∙要为原料选择最合理的配方时(原料及其含量);∙要对生产过程选择最合理的工艺参数时;∙要解决那些久经未决的“顽固”品质问题时;∙要缩短新产品之开发周期时;∙要提高现有产品的产量和质量时;∙要为新或现有生产设备或检测设备选择最合理的参数时等。
另一方面,过程通过数据表现出来的变异,实际上来源于二部分:一部分来源于过程本身的变异,一部分来源于测量过程中产生的变差,如何知道过程表现出来的变异有多接近过程本身真实的变异呢?这就需要进行MSA测量系统分析。
[编辑]DOE的基本原理试验设计的三个基本原理是重复,随机化,以及区组化。
所谓重复,意思是基本试验的重复进行。
重复有两条重要的性质。
第一,允许试验者得到试验误差的一个估计量。
这个误差的估计量成为确定数据的观察差是否是统计上的试验差的基本度量单位。
第二,如果样本均值用作为试验中一个因素的效应的估计量,则重复允许试验者求得这一效应的更为精确的估计量。
如s2是数据的方差,而有n次重复,则样本均值的方差是。