DOE实验设计的优化分析

DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计

DOE- 1 Design of Experiments（DOE） 实验设计 DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计

DOE- 2Design of Experiments（DOE） 实验设计 1. 定义和介绍 实验设计(Design of Experiments)或设计实验(Designed Experiments)是一系列试验及分析方法集,通过有目的地改变一个系统的输入来观察输出的改变情况。图1-1示出一个系统示意图。图1-1中的系统既可以看作是一个产品开发过程，也可以看作是一个生产过程。对于一个生产过程, 一般它是由一些机 图1-1 一个系统示意图：Input输入; Output输出; Controllable input factors可控的输入参数 X1,X2,…,Xp; Uncontrollable input factors不可控的输入参数 Z1,Z2,…,Zq。 DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计

DOE- 3器、操作方法和操作人员所组成的,把一种输入原材料转变(加工)成某种输出产品。这种输出产品具有一些可以观察的质量特性,也可叫响应(例如,产量、强度、硬度等)。一些过程参数（X1,X2,…,Xp）是可控的, 例如进给速度、淬火温度等; 而另一些（Z1,Z2,…,Zq）是不可控的, 它们有时被称为噪声参数,例如环境温度、湿度等。 实验设计的目的可能包括: (1)确定哪些参数对响应的影响最大; (2)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使响应达到或尽可能靠近希望值(On target)； (3)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使响应的分散度(或方差)尽可能减小。 (4)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使不可控参数（噪声参数）对响应的影响尽可能减小。 因此, 在制造过程的开发以及解决过程中出现的问题中都可以应用实验设计,以改善过程的性能,或者使过程对于外部波动源(干涉)不那么敏感，即得到一个“稳健”(Robust)的过程，同时还可节省时间和降低成本。所以,实验设计对于开发和改善制造过程,提高产品质量是一个非常重要的工程工具。 除此之处,实验设计还可以在新产品开发或现有产品改进中起到很大作用: (1)评价和比较不同设计方案; (2)评价代用材料; (3)确定影响性能的关键产品设计参数(KPC)。在这些领域应用实验设计可以改善产品的制造工艺性、增强服役性能和可靠性、降低产品成本和缩短产品开发周期。 DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计

1 实验设计(Design Of Experiment)

一、 定义

DOE是一种优化设计方法。借助于研究过程中的复杂的因果关系﹐寻求过程参数的最佳设置范围和组合﹐从而实现对过程的优化。

二、 DOE的作用

 经济而高效地安排试验

 能够从伴有误差的数据中引出正确的结论

 能够在确保获得足够的数据信息的基础上﹐大大减小实验规模

 能够尽可能地利用过去的经验和信息

 将改善产品或过程的活动向上游推进﹐有助于提高管理或生产效率、减少损失和降低成本

 评价有关设计和生产方面的替代方案﹐获得对生产过程的更深刻的理解

 有益于找到最佳的资源配置方法﹐显著地改善质量和提高生产力

三、 DOE中常见的一些概念

(1) 实验指标﹕在DOE中﹐根据试验的目的选定的、用来度量实验效果的量称为实验指标。

通常分为﹕定量指标和定性指标

(2) 实验误差﹕指实验指标的实际值(真值) 与观察值(测量值) 之间的差值。

(3) 实验因素与水平

实验因素﹕对实验指标有影响、在实验中专门加以考察的某个或某些原因

分为﹕定量因素和定性因素 可控因素和不可控因素

实验水平﹕是指实验中所考察的某个实验因素的取值或所处的状态和条件

(4) 实验因素的主效应与交互作用

实验因素的主效应是指该实验因素在各个水平上对应的实验指标平均值之间的差值﹔

实验因素交互作用当需要考察两个以上的实验因素时﹐如果一个实验因素的效应在另一个因素的不同水平上是不同的﹐则称两个实验因素之间存在交互作用

(5) 点线图

点线图是用来描述实验因素之间的交互关系模式的结构图

(6) 趋势图

趋势图用来直观地展示所有被考察的实验因素在不同水平上的主效应值

四、实验设计的一般要求是﹕

1、明确实验的目的 实验目的是实验设计的出发点﹐因而项目小组或研究人员在进行设宴设计前﹐必须明确实验设计的目的是什么------精确的描述而非含糊不清的说明。头脑风暴法﹐因果图﹐柏累托图或控制图通常能够给项目小组提供有价值的信息。

实验设计(DOE)的七大步骤分析

无论在六西格码管理，还是在工程品质、科技研发等方面，试验设计都是我们常用来解决问题的方法，其应用可以说涵盖所有的行业。

试验设计最开始是在农林方面的研究，所以我们现在的很多试验设计专用名词都源于此，BLOCK，区组的意思，其原始含义就是田地的四方块，随着研究的深入，逐步应用于机械、医药、化工等各个领域。试验设计的方法很多，根据具体的问题模型和目的我们可以选择适当的设计方法，如混合设计、曲面设计、裂区设计、田口设计、均匀设计等等。试验设计骈弃了以往单个因子逐步调整的做法，避免了忽视交互作用等方面的问题，从而更加系统有效的解决我们所关注的指标。区别于最初农林方面试验设计应用的是，我们可以在很多的行业中采用渐进的方法来采取试验设计方案，而不期望于一步到位。

第一步 确定目标

我们通过控制图、故障分析、因果分析、失效分析、能力分析等工具的运用，或者是直接实际工作的反映，会得出一些关键的问题点，它反映了某个指标或参数不能满足我们的需求，但是针对这样的问题，我们可能运用一些简单的方法根本就无法解决，这时候我们可能就会想到试验设计。对于运用试验设计解决的问题，我们首先要定义好试验的目的，也就是解决一个什么样的问题，问题给我们带来了什么样的危害，是否有足够的理由支持试验设计方法的运作，我们知道试验设计必须花费较多的资源才能进行，而且对于生产型企业，试验设计的进行会打乱原有的生产稳定次序，所以确定试验目的和试验必要性是首要的任务。随着试验目标的确定，我们还必须定义试验的指标和接受的规格，这样我们的试验才有方向和检验试验成功的度量指标。这里的指标和规格是试验目的的延伸和具体化，也就是对问题解决的着眼点，指标的达成就能够意味着问题的解决。

第二步

剖析流程

关注流程，是我们应该具备的习惯，就像我们的很多企业做水平对比一样，经常会有一个误区，就是只讲关注点放在利益点上，而忽略了对流程特色的对比，试验设计的展开同样必须建立在流程的深层剖析基础之上。任何一个问题的产生，都有它的原因，事物的好坏、参数的便宜、特性的欠缺等等都有这个特点，而诸多原因一般就存在于产生问题的流程当中。流程的定义非常的关键，过短的流程可能会抛弃掉显著的原因，过长的流程必将导致资源的浪费。我们有很多的方式来展开流程，但有一点必须做到，那就是尽可能详尽的列出可能的因素，详尽的因素来自于对每个步骤地详细分解，确认其输入和输出。其实对于流程的剖析和认识，就是改善人员了解问题的开始，因为并不是每个人都能掌握好我们所关注的问题。这一步的输出，使我们的改善人员能够了解问题的可能因素在哪里，虽然不能确定哪个是重要的，但我们至少确定一个总的方向。

涂布机温度参数实验

一、实验目的：通过改变涂布机各段烘区温度，来分析温度对极片的外观、重量以及对其制成电芯后的各项性能的影响，以确定涂布时各个烘区的最佳温度

二、实验方案：涂布过程中分别对涂布机各段烘区的温度以及走带速度进行调整，分别记录极片外观、失重、剥离强度以及后续电芯的克容量发挥、平台、内阻、尺寸,本实验选取各段烘区的温度以及涂布走带速度为因子，做L12(211)正交实验，其实验设计如下：

列号

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

试验号

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

2 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2

3 1 1 2 2 2 1 1 1 2 2 2

4 1 2 1 2 2 1 2 2 1 1

2

5 1 2 2 1 2 2 1 2 1 2 1

6 1 2 2 2 1 2 2 1 2 1 1

7 2 1 2 2 1 1 2 2 1 2 1

8 2 1 2 1 2 2 2 1 1 1 2

9 2 1 1 2 2 2 1 2 2 1 1

10 2 2 2 1 1 1 1 2 2 1 2

11 2 2 1 2 1 2 1 1 1 2 2

12 2 2 1 1 2 1 2 1 2 2 1

本次实验选取２水平，温度以及走带速度设置选取如下:

列号 单面第一区段温度 单面第二区段温度 单面第三区段温度 单面第四区段温度 单面第五区段温度 单面第六区段温度 双面第二区段温度 双面第三区段温度 双面第四区段温度 双面第五区段温度 涂布速度 水平数

1 65 75 90 95 95 70 75 90 95 95 5

2 80 90 105 110 110 85 90 105 110 110 10

三、实验过程： 涂布：按上述设计“１”对涂布机各段烘箱温度进行设置，待温度达到预设温度时即开始涂布，以涂满一涂布室长度作为实验的量，然后放空箔，使其布满整个涂布室，涂布完成的极片标识实验一，期间需对极片进行外观以及极片失重情况的测试，后续实验亦如此。