实验指导书(DOE)

“真正有所发现的航行不在于寻找一片新的风景，而在于拥有一双新的眼睛。

”Marcel Proust试验设计JMP 是SAS 的一个业务单位SAS Campus DriveCary, NC 27513第6 版JMP 试验设计，第6 版Copyright ? 2006, SAS Institute Inc., Cary, NC, USAISBN-13：978-1-59047-871-4ISBN-10：1-59047-871-1版权所有。

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SAS Institute Inc., SAS Campus Drive, Cary, North Carolina 27513.第1 次印刷，2006 年8 月JMP?、SAS?以及所有其它SAS Institute Inc. 的产品或服务名称均为SAS Institute Inc.在美国或其它国家（地区）的注册商标或商标。

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目录目录试验设计荣誉榜和致谢1 试验设计简介关于设计试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3我的首个试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3场景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3第1 步：设计试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4第2 步：定义因子约束. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6第3 步：添加交互作用项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6第4 步：确定试验次数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7第5 步：检查设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8第6 步：收集和输入数据. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9第7 步：分析结果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 使用定制设计器的实例创建筛选试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15创建仅限于主效应的筛选设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15创建筛选设计以拟合所有的二因子交互作用. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16介于主效应模型和所有交互作用模型之间的折衷设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18创建“超级”筛选设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19具有可变区组大小的筛选设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23使用一次额外试验检查弯曲. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26创建响应面试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28刻画预测方差面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29介绍响应面建模的I 最优设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32三因子响应面设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33具有区组因子的响应面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35创建混料试验. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37定制设计器的特殊用途. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41具有固定协变因子的试验设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41创建具有两个难调因子的设计：裂区设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44技术论述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49ii 目录3 构建定制设计创建定制设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 在定制设计器中输入响应和因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53描述模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 选择试验次数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57理解设计和刻画器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58理解系数方差表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59理解别名矩阵（混杂模式）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59指定输出选项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59制表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .60创建裂区设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 特殊定制设计命令. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61保存响应和因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61载入响应和因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62载入和保存约束. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63设定随机数生成器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63查看诊断报表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64保存设计(X) 矩阵. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65更改设计准则（D 或I 最优性）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65选择随机起始数. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65将设计约束为超球面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66考虑因子水平约束. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67高级选项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 指定列性质. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 定义列的下限值和上限值（试验设计编码）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69为混料试验设定列为因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70定义响应列值. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71为列指定设计角色. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72标识因子变化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73定制设计工作原理：幕后. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 744 筛选设计筛选设计实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77使用两个连续因子和一个分类因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77使用五个连续因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79创建筛选设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81输入响应. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 输入因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 选择设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83目录目录iii显示和修改设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86指定输出选项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89查看表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 继续分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 915 响应面设计Box-Behnken 设计：网球实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97查看Box-Behnken 设计的几何分布. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103创建响应面设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103输入响应和因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104选择设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104指定轴值（仅限于中心复合设计）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105指定输出选项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106查看设计表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106如果需要，继续分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1076 完全析因设计五因子反应堆实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111创建析因设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117输入响应和因子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118选择输出选项. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118制表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1197 混料设计选择混料设计类型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123创建最优混料设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123使用单纯形中心设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124创建设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125单纯形中心设计实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125使用单纯形格子点设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127使用极角点设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128创建设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128具有范围约束的极角点设计实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129具有线性约束的极角点设计实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131极角点设计法：工作原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132使用ABCD 设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133创建三元图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 拟合混料设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134理解整体模型检验和方差分析报表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136理解响应面报表. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136iv 目录一个化学混料实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136创建设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136运行混料模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138查看预测刻画器. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139绘制混料响应面. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1408 空间填充设计空间填充设计简介. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143使用球填充法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143创建球填充设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143直观显示球填充设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145使用拉丁超立方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146创建拉丁超立方设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146直观显示拉丁超立方设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147使用均匀设计法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149比较球填充法、拉丁超立方法和均匀法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150使用最低潜能法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151钻孔水流模型实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152创建球填充设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152确定数据分析指引. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154钻孔试验的结果. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1549 非线性设计创建非线性设计实例. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159进行拟合以获取先验参数估计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159创建无先验数据的非线性设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164创建非线性设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167标识具有公式的响应/列. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167。

1.目的:为了优化产品和过程设计、加速设计开发周期、降低开发成本、改善从开发到制造过造的产品转换和解决制造问题而需要使用DOE方法时起到有效的指导作用，从而以最低的试验成本取得卓越产品性能2.范围:适用于公司在产品开发与制造过程需要通过试验来进行确认工艺或改善品质时.3.职责:3.1.技术部：负责主导DOE的策划、设计与实施3.2.APQP小组或QCC小组：负责DOE的实施3.3.品质部:协助试验中测量及提供测量工具3.4.生产部门：协助APQP小组进行试验4.定义:4.1.DOE: Design of Experiments(实验设计)---是一组规划好的针对响应变量的实验,其输入因子用一个或多个具备2个(或更多)水平,通过实验设计可以:a.决定是否任何一个因子或因子组合是显着的;b.定义预测公式;c.有效最优化;d.快速寻找并决定过程改进行动;e.创建用于分析的显着事件.4.2.全因子实验设计:是将每一个因子的不同水平组合做同样数目的实验.适用因子数(一般在4因子以内)和水平数均不多的实验或每次实验成本不高的场合,需获得较精确的分析结论的实验.4.3.部分实验设计:是从全因子实验组合中仔细选择有代表性的子集进行实验.适用有大量的因子(一般7个以上)需要去调查确认,进行全因子实验不可行,或者资源消耗过大,或者时间浪费太大;可用于为后续实验设计确定关键的影响因子.4.4.节选因子:是一种与部分实验设计类似的实验设计方法,不同的是它的分辨率等级为Ⅲ级（部分因子实验设计有若干种分辨率方案可供选择），它的因子可以达到47个。

适用于实验初期对大量的可能因子进行节选，以从中发现关键的少数因子。

4.5.中心复合实验设计:是在2水平全因子和部分实验设计的基础上发展出来的一种实验设计方法,通过对2水平实验增加一个设计点(相当于增加了一个水平),从而可以对评价指标和因子间的非线性关系进行评估.适用于在需要对因子的非线性影响进行测试的实验.4.6.Box-Behnken实验设计:是一种评价指标与因子间的非线性关系的一种实验方法.和中心复合设计不同的是它不需要连续进行多次实验,并且在因子数相同的情况下,Box-Behnken实验组合数比中心复合实验少因而更经济.适用于在需要对因子的非线性影响进行研究时的实验. 4.7.田口实验设计: 利用正交表的原理,通过实验设计将过程或产品变差降至最低或使过程、产品对噪声因子的敏感性降至最低.适用于在一组动态实验中同时研究大量的控制因子(可达31个因子,水平数可达5个),以发现使理想模型中偏差最小的因子和水平组合.4.8.因子:在实验中输入变量,通俗地说就是影响实验结果的原因.4.9.可控因子:对实验输出结果有强相关影响的因子.4.10.噪声因子:对实验输出结果有弱相关影响的因子,即会对输出结果有轻微影响但基本可在本次DOE实验中忽略的因子.4.11.水平:因子的取值,即在实验中各因子的设定参数值.4.12.回应值:同一因子同一水平中所有实验输出结果的均值,按照期望目标值通过回应值可以找出该因子的最佳水平值.4.13.相关性:是对因子与输出结果之间关系强度的度量,通过相关图表我们可以非常直观地观察分析并判断出该因子是否属可控因子.5.作业内容:5.1.实验主题的选定:在产品设计过程与制造过程需要通过系列实验来确定各种目标或提升品质能力时均可作为展开DOE的主题.5.2.选题理由(目前状况):通过确认历史数据或收集现场数据确定目前的过程能力.5.3.确定期望目标:确定通过DOE实验改善后期望达到的目标值,并标明属于望大值、望目值与望小值之中哪种.5.4.确定收集实验目标值的方式与方法.5.5.制定DOE计划表:至少包括:项目负责人及部门,项目名称,制订与完成日期,DOE目标值,目前状况等内容.5.6.确定影响输出结果的因子:APQP小组或QCC小组可利用特性要因图或相关实验来确定对影响输出结果的因子,同时区分为可控因子与噪声因子(用全因子实验法时可不区分),确定可控因子后还要分析判定各因子之间是否有交互作用.5.7.确定因子水平数:对确定的可控因子确定水平数(一般一次DOE的每个因子水平数为2个<即在水平范围内即最大值与最小值>,最多不要超过5个,如水平数太多可分解为多个DOE来进行),同时确定噪声因子的实际取值.5.8.选定实验方案:根据确定的因子数及其水平数,再结合实验成本及改善时间等种因素,评估适用全因子实验设计、部分实验设计、节选因子、中心复合实验设计、Box-Behnken实验设计、田口实验设计中哪一种实验设计;确定实验方法后,再利用Minitab等软件设计好实验计划与步骤.5.8.1.打开Minitab使用界面(如下图),选择所需的实验设计方案:5.8.2.利用Minitab生成实验方案:5.8.2.1.点击所选择的实验方案5.8.2.2.选择水平与因子数5.8.2.3.选择实验设计次数5.8.2.4.生成实验方案: 实验设计中哪一种实验设计;确定实验方法后,再利用Minitab等软件设计好实验计划与步骤.5.9.验证测量系统:对需要进行的实验中所需要使用的测量工具与方法评估及确认,必要时可采用MSA方法以确保实验过程中所取得的数据是真实可靠的.5.10.实验准备:在实验前协调各相关部门对实验中所需的人员、材料、设备、场所、资金等准备好并安排到位.5.11.进行实验:按照制定的实验方法展开实验,在实验中要确保每次实验的条件都相同且符合要求,同时将测试到的实验输出结果记录到对应的实验方案中.5.12.分析数据:对通过实验取的数据进行分析处理,计算出各因子的回应值、相关性等图表;然后分析这些图表识别出主要影响因子,确认取得最好输出结果的因子水平组合,最后预测出这个组合能达到的目标值(全因子实验设计中无需进行此预测)5.13.确认实验:按照分析出最好的因子水平组合进行实验,并取得实验输出结果,如与预测值基本吻合则此次DOE实验是成功的;如果取的输出结果与预测值相差较远,需认真分析与查找DOE实验与确认实验试验中是否存在差异,如有差异排除差异后重新进行实验;必要时宣布此次DOE实验设计失败,然后重设计新的DOE.5.14.修订指导文件固定条件:将通过实验得到的最优因子水平,增/改到产品作业指导或控制计划等相关指导性文件内,并对相关人员对新标准进行有效培训与指导,生产中进行有效应有的控制.5.15.进行下一次DOE实验:持续跟进DOE结果,重新评估过程能力.在评估中寻找下一次DOE的实验主题.6.引用文件:6.1.《MSA作业指导书》7.相关记录：无。

实验设计（DOE）使用的基本步骤一、实验设计DOE实验设计(doe)用于测试和优化流程、产品、服务或解决方案的性能。

主要用于帮助理解产品或过程在不同条件下的行为。

DOE最独特的地方在于，它让你可以通过实验来计划和控制变量，这与仅仅根据“经验观察”来收集和观察现实世界中的事物有很大的不同。

DOE广泛应用于六西格玛组织，分析认为，它可以帮助企业解决以下问题:①评估客户的语音系统，找到最佳的方法组合，在不打扰客户的情况下产生有效的反馈；②评估各种因素，分离出某个问题或缺陷的“重要”根源；③尝试或测试可能的解决方案组合，寻求最佳的改进策略；④评估产品或服务的设计，从一开始就识别潜在问题，减少现有缺陷。

虽然DOE对于事物来说比对于人来说更容易，但是在服务环境中进行实验设计还是有可能的。

然而，这些实验设计是“真实世界”的实验，在实际过程中控制变量，然后比较结果。

二.实验设计DOE1.确定要评估的因素你想从实验中知道什么？对工艺或产品可能有什么影响？在选择因素时，请记住:测试更多的因素不仅会带来获得额外数据的好处，还会增加成本和复杂性，因此权衡它们很重要。

2.定义检验因素的“级别”。

对于速度、时间和重量等可变因素，测试级别的数量可以是无限的。

因此，您不仅要选择要使用的数值，还要确定要测试多少个不同的级别。

在离散数据的情况下，测试级别可以是其中之一。

3.建立实验组合安排。

在实验设计，我们通常希望避免“一次一个因子”(ofat)的方法，在这种方法中，每个变量都是单独测试的。

通常，测试一系列因子水平组合，以获得代表所有因子的数据。

这些可能的组合或排列可以通过统计软件工具生成，也可以通过查找表格获得，这可以帮助您避免测试每一个可能的组合。

4.在特定条件下进行实验。

关键是要避免其他未经测试的因素影响结果。

5.评价结果和结论如果你想从实验设计数据中找到模式或得出结论，那么方差分析和多元回归等工具是必要的。

从实验数据中，你可能会得到一个非常明确的答案，或者可能会出现新的问题，这需要另一个实验来检验。

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实验设计及实例操作分析报告1. 简介DOE (Design of Experiments)，即实验设计，是一种通过对不同因素进行系统化变动，以确定其对结果的影响的实验方法。

本报告旨在介绍DOE的基本原理和常用实验设计方法，并通过一个实例来进行操作分析。

2. DOE的基本原理DOE的基本原理是通过设计合理的实验来确定影响结果的因素，并且可以评估不同因素对结果的影响程度。

以下是DOE的基本原理：1.变量选择：选择影响结果的因素，并且对这些因素进行变量化操作，例如调整参数的数值、改变处理条件等。

2.设计方案：通过设计不同的实验方案来测试各个因素的影响，并且根据需要确定实验组的数量和实验次数。

3.数据收集：在实验的过程中，收集各个因素与结果之间的数据，并记录下来。

4.数据分析：通过对收集到的数据进行统计分析，可以确定不同因素对结果的影响大小，并且可以找出最佳的因素组合。

3. 常用实验设计方法DOE有很多种不同的实验设计方法，其中最常用的方法包括：•完全随机设计 (Completely Randomized Design, CRD)：每个实验单位在各处理间随机分配，适用于处理之间没有明显差异的情况。

•随机化区组设计 (Randomized Complete Block Design, RCBD)：将实验单位分为若干个均匀的区组，每个处理在每个区组中都有一次出现，适用于处理之间有明显差异的情况。

•因子设计 (Factorial Design)：考虑多个因素对结果的影响，通过多维度的实验设计来分析因素之间的相互作用。

•反应曲面设计 (Response Surface Design)：通过设计一组实验点来推测响应曲面，并确定最优解。

4. 实例操作分析在这个实例中，我们将使用随机化区组设计来分析不同施肥剂对植物生长的影响。

假设有4种不同的施肥剂可供选择，我们希望确定最佳的施肥剂组合以促进植物的生长。

实验设计我们将选择10个相同的区域作为区组，每个区组中随机放置4个相同的试验盆。

实验指导书（DOE）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。