田口设计方法在质量管理中的应用
稳健设计(田口方法)简介
稳健设计(田口方法)由小日本质量工程学家田口玄一博士于20世纪70年代创立的新的优化设计技术,主要用于技术开发,产品开发,工艺开发.
一:基本概念
望目特性:
存在固定目标值,希望质量特性围绕目标值波动,且波动越小越好,这样的质量特性称为望目特性
望小特性:
不取负值,希望质量特性越小越好(理想值为0),且波动越小越好,这样饿质量特性称为望小特性
望大特性:
不取负值,希望质量特性越大越好(理想值为∞),且波动越小越好,这样的质量特性称为望大特性
动态特性:
目标值可变的特性,称为动态特性,与之相对的,望目特性,望小特性,望大特性统称为静态特性
外干扰(外噪声):
由于使用条件及环境条件(如温度,湿度,位置,操作者等)的波动或变化,引起产品质量特性值的波动,称之为外干扰,也称为外噪声.请注意,外噪声并非常说的噪音
内干扰(内噪声):
产品在储存或使用过程中,随着时间的推移,发生材料变质等老化,劣化现象,从而引起产品质量特性值的波动,称之为内干扰,也叫内噪声.
产品间干扰(产品间噪声):
在相同生产条件下,生产制造出来的一批产品,由于机器,材料,加工方法,操作者,测量误差和生产环境(简称5M1E)等生产条件的微笑变化,引起产品质量特性值的波动,称为产品间干扰,也称为产品间噪声.
可控因素:
在试验中水平可以人为加以控制的因素,称为可控因素
标示因素:
在试验中水平可以指定,但使用时不能加以挑选和控制的因素称为标示因素.
误差因素:
引起产品质量特性值拨动的外干扰,内干扰,产品间干扰统称为误差干扰.
稳定因素:
对信噪比有显著影响的可控因素,称为稳定因素.
调整因素:
对信噪比无显著影响,但对灵敏度有显著影响的可控因素,称为调整因素.
次要因素:
对信噪比及灵敏度均无显著影响的可控因素称为次要因素.
信号因素:
在动态特性的稳健设计中,为实现人变动着的意志或赋予不同目标值而选取的因素,称为信号因素.
稳健性:
指质量特性的波动小,抗干扰能力强
信噪比:
稳健设计中用以度量产品质量特性的稳健程度的指标
灵敏度:
稳健设计中用以表征质量特性可调整性的指标
稳健设计:
以信噪比为指标,以优化稳健性为目的的设计方法体系.
内设计:
在稳健设计中,可控因素与标示因素安排在同一正交表内,进行试验方案的设计.相应的正交表称为内表(内侧正交表),所对应的设计称为内设计.
外设计:
在稳健设计中,将误差因素和信号因素安排在一张正交表内,进行试验方案的设计,相应的正交表称为外表(外侧正交表),所对应的设计称为外设计.
稳健设计又叫动静参数设计，是日本著名质量管理专家田口玄一博士在七十年代初从工程观点、技术观点和经济观点对质量管理的理论与方法进行创新研究，创立了"田口方法(Taguchi Methods)。 田口方法可应用于产品设计、工艺设计和技术开发阶段，从而可提高产品设计质量，降低成本，缩短研制开发周期。
田口方法可应用于汽车、机械、航空航天、化工、冶金、电子、光学、医药、生化、农业等领域。
现在有专门的软件进行，叫：“均匀设计ＵＤ４.０”，主要功能如下：
1 静态特性试验型参数设计
辅助用户进行内设计与外设计，外设计又分内外表直积法、综合误差因素法和重复试验法，并安排试验，为用户提供试验方案表，根据试验数据计算望目特性、望小特性、望大特性或望零特性的信噪比与灵敏度，并对信噪比与灵敏度进行方差分析，绘制趋势图，得到最优参数组合方案。可以打印正交表、试验方案表、试验数据、信噪比与灵敏度、方差分析表、趋势图、参数优化方案表；输入数据和输出数据可导入Word；正交表与试验数据可以文本文件形式导入导出。
2静态特性计算型参数设计
根据用户提供的产品数学模型，辅助用户进行内设计与外设计，外设计又分内外表直积法和综合误差因素法并安排试验，提供用户数学模型输入窗口与接口规范，对于简单数学模型用户可直接输入，复杂数学模型提供用户接口和多种程序语言编程样例。根据数学模型计算数据计算望目特性、望小特性、望大特性或望零特性的信噪比与灵敏度，并对信噪比与灵敏度进行方差分析，绘制趋势图，得到最优参数组合方案。可以打印正交表、试验方案表、试验数据、信噪比与灵敏度、方差分析表、趋势图、参数优化方案表；输入数据和输出数据可导入Word；正交表可以文本文件形式导入导出。
3数字系统参数设计
辅助用户进行内设计，安排试验，为用户提供试验方案表，根据试验数据计算单一动作系统和两种动作系统时的信噪比与标准信噪比，并对信噪比或标准信噪比进行方差分析，绘制趋势图，得到最优参数组合方案。可以打印正交表、试验方案表、试验数据、信噪比与标准信噪比、方差分析表、趋势图、参数优化方案表；输入数据和输出数据可导入Word；正交表与试验数据可以文本文件形式导入导出。
4动态特性产品开发参数设计
辅助用户进行内设计与外设计，外设计又分内外表直积法、综合误差因素法和重复试验法，并安排试验，为用户提供试验方案表，对单信号因素时的信号因素已知时零点比例式、基准点比例式和线性式，信号因素未知时的信号水平等差线性式、信号水平等比零点比例式、信号水平等比线性式和信号真值不明确的几种状况计算信噪比，并对信噪比与灵敏度进行方差分析，绘制趋势图，得到最优参数组合方案。可以打印正交表、试验方案表、试验数据、信噪比与灵敏度、方差分析表、趋势图、参数优化方案表；输入数据和输出数据可导入Word；正交表与试验数据可以文本文件形式导入导出。
5动态特性技术开发参数设计
辅助用户进行内设计与外设计，安排试验，为用户提供试验方案表，对单信号因素与双信号因素并且在信号因素已知、零点比例式、综合误差因素法这种特殊的情况计算信噪比与灵敏度，并对信噪比与灵敏度进行方差分析，绘制趋势图，得到最优参数组合方案。可以打印正交表、试验方案表、试验数据、信噪比与灵敏度、方差分析表、趋势图、参数优化方案表；输入数据和输出数据可导入Word；正交表与试验数据可以文本文件形式导入导出。
6单因素容差设计
采用贡献率法对单因素时的试验数据进行统计分析，利用质量损失函数求质量损失，并比较质量与成本。可以打印试验数据、统计分析表和容差设计表。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出。
7多因素容差设计
辅助用户进行外设计，为用户提供试验方案表。采用贡献率法对多因素进行容差设计，利用质量损失函数求质量损失，并比较质量与成本。对于计算型提供用户数学模型输入窗口与接口规范，数学模型可从参数设计中导入。可以打印正交表、试验方案表、试验数据、统计分析表和容差设计表。输入数据和输出数据可导入Word；正交表与试验数据可以文本文件形式导入导出。
8静态特性信噪比计算
对质量特性为望目特性、望小特性、望大特性或望零特性的对一组或多组外侧设计试验数据计算信噪比与灵敏度。可以打印试验数据与信噪比、灵敏度。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出并与静态特性试验型参数设计模块进行试验数据的交换。
9静态功能窗信噪比计算
对质量特性为静态功能窗（两个质量指标：一个望大特性，一个望小特性）的一组或多组外侧设计试验数据计算信噪比。可以打印试验数据与信噪比。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出。
10数字系统信噪比计算
对质量特性为单一动作系统的一组或多组外侧设计数据计算信噪比；对质量特性为两种动作系统的一组或多组外侧设计试验数据计算信噪比与标准信噪比。可以打印试验数据与信噪比与标准信噪比。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出并与数字系统参数设计模块进行试验数据的交换。
11动态特性产品开发信噪比计算
对动态特性产品开发参数设计中的对一组或多组外侧设计试验数据计
算信噪比与灵敏度。可以打印试验数据与信噪比、灵敏度。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出并与动态特性产品开发参数设计模块进行试验数据的交换。
12动态特性技术开发信噪比计算(XDtJs)
对动态特性技术开发参数设计中的对一组或多组外侧设计试验数据计算信噪比与灵敏度。可以打印试验数据与信噪比、灵敏度。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出并与动态特性技术开发参数设计模块进行试验数据的交换。
13单因素方差分析
对单一因素不同水平下的试验数据进行方差分析并判定因素的影响是否显著。可以打印试验数据和方差分析表。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出。
14双因素无交互方差分析
对双因素无重复试验时不同水平下的试验数据进行方差分析并判定因素的影响是否显著。可以打印试验数据和方差分析表。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出。
15双因素等重复方差分析
对双因素等重复不同水平下的试验数据进行方差分析并判定因素及交互作用的影响是否显著。可以打印试验数据和方差分析表。输入数据和输出数据可导入Word；试验数据可以文本文件形式导入导出。
16多因素方差分析
以正交表为工具安排试验方案，将试验后的试验数据（SN比或灵敏度）进行方差分析。通过统计分析可以确定试验指标的最优参数组合条件。此功能主要为已计算出SN比、灵敏度的参数设计试验进行多因素方差分析。可以打印正交表、试验方案表、试验数据、方差分析表、趋势图、参数优化方案表；输入数据和输出数据可导入Word；
Minitab DOE(田口法靜態型)操作說明: 製造高爾夫球及設計開發其有效的增加最大飛行距離 , 4個控制因子 , 2水準 因子水準 1 Core material liquid tungsten 2 Core diameter 118 156 3 Number of dimples 392 422 4 Cover thickness 0.03 0.06 交互作用:Core material V.S Core diameter 干擾因子: two type of golf clubs(driver and a 5-iron) Step 1:因子數及水準數之決定 ?開啟功能選單Stat > DOE > Taguchi > Create Taguchi Design ?勾選2水準設計及因子數 Step 2:實驗次數選定 ?點選Designs按鈕(直交表類型) ?決定(4因子2水準作8次實驗)
Step 3:因子及水準Data輸入 ?點選Factors按鈕 ?依照各因子名稱及水準Data輸入視窗表中 Step 4:因子間交互作用選定 ?在Taguchi Design-Factors對話框中 , 點選Interactions按鈕 ?選擇已知交互作用由Available Terms欄位 > Selected Terms欄位
Step 5:田口直交表及實驗結果輸入 ?將直交表中C5及C6欄位分別輸入干擾因子Driver及Iron名稱 , 實驗結果Key-in至表中 Step 6:實驗結果分析(選項設定) ?在功能表選擇Stat > DOE > Taguchi > Analyze Taguchi Design ?將C5(Driver)及C6(Iron)移至Response data are in欄位中 ?點選Analysis按鈕 ?在選項中勾選Signal to Noise ratios及Means
DOE實驗設計(田口方法) ▲設計思想 現代企業已經充分意識到了品質管理的重要性，不少成功企業已將品質管理（QC）很好的融入到了產品研發及生產的各個階段。眾所周知，品質管理包括離線品管和線上品管兩個部分。 離線品管活動發生在產品和制程的設計階段。DOE實驗設計中的田口方法是一種統計方法，利用該方法可以簡化或是刪除許多統計設計工作。英瑞奇特推出此課程，旨在向您講述如何將各項實驗方法運用於產品和制程設計中，以便更有效的降低雜音因素的敏感影響，減少過程中各項的變差，從而使產品及制程設計臻于完美。 一、田口方法的涵義 隨著市場競爭的日趨激烈，企業只有牢牢把握市場需求，用較短的時間開發出低成本、高品質的產品，才能在競爭中立於不敗之地。在眾多的產品開發方法中，田口方法不失為提高產品品質，促進技術創新，增強企業競爭力的理想方法。 田口方法是日本田口玄一博士創立的，其核心內容被日本視為“國寶”。日本和歐美等發達國家和地區，儘管擁有先進的設備和優質原材料，仍然嚴把品質關，應用田口方法創造出了許多世界知名品牌。 田口方法是一種低成本、高效益的品質工程方法，它強調產品品質的提高不是通過檢驗，而是通過設計。其基本思想是把產品的穩健性設計到產品和製造過程中，通過控制源頭品質來抵禦大量的下游生產或顧客使用中的雜訊或不可控因素的干擾，這些因素包括環境濕度、材料老化、製造誤差、零件間的波動等等。田口方法不僅提倡充分利用廉價的元件來設計和製造出高品質的產品，而且使用先進的試驗技術來降低設計試驗費用，這也正是田口方法對傳統思想的革命性改變．為企業增加效益指出了一個新方向。 田口方法的目的在於，使所設計的產品品質穩定、波動性小，使生產過程對各種雜訊不敏感。在產品設計過程中，利用品質、成本、效益的函數關係，在低成本的條件下開發出高品質的產品。田口方法認為，產品開發的效益可用企業內部效益和社會損失來衡量．企業內部效益體現在功能相同條件下的低成本，社會效益則以產品進人消費領域後給人們帶來的影響作為衡量指標。假如，由於一個產品功能波動偏離了理想目標，給社會帶來了損失，我們就認為它的穩健性設計不好，而田口式的穩健性設計恰能在降低成本、減少產品波動上發揮作用。 二、田口方法的特點 田口方法的特色主要體現在以下幾個方面： (1)“源流”管理理論。田口方法認為，開發設計階段是保證產品品質的源流，是上游，製造和檢驗階段是下游。在品質管制中，“抓好上游管理，下游管理就很容易”，若設計品質水準上不去，生產製造中就很難造出高品質的產品。 (2)產品開發的三次設計法。產品開發設計(包括生產工藝設計)可以分為三個階段進行，即系統設計、參數設計、容差設計。參數設計是核心，傳統的多數設計是先追求目標值，通過篩選元器件來減少波動，這樣做的結果是，儘管都是一級品的器件，但整機由於參數搭配不佳而性能不穩定。田口方法則先追求產品的穩定性，強調為了使產品對各種非控制因素不敏感可以使用低級品元件．通過分析品質特性與元部件之間的非線性關係(交互作用)．找出使穩定性達到最佳水準的組合。產品的三次設計方法能從根本上解決內外干擾引起的品質波動問題，利用三次設計這一有效工具，設計出的產品品質好、價格便宜、性
DOE实验设计(田口方法) ▲设计思想 现代企业已经充分意识到了品质管理的重要性，不少成功企业已将品质管理（QC）很好的融入到了产品研发及生产的各个阶段。众所周知，品质管理包括离线品管和线上品管两个部分。 离线品管活动发生在产品和制程的设计阶段。DOE实验设计中的田口方法是一种统计方法，利用该方法可以简化或是删除许多统计设计工作。英瑞奇特推出此课程，旨在向您讲述如何将各项实验方法 运用于产品和制程设计中，以便更有效的降低杂音因素的敏感影响，减少过程中各项的变差，从而使产品及制程设计臻于完美。 一、田口方法的涵义 随着市场竞争的日趋激烈，企业只有牢牢把握市场需求，用较短的时间开发出低成本、高质量的产品，才能在竞争中立于不败之地。在众多的产品开发方法中，田口方法不失为提高产品质量，促进技术 创新，增强企业竞争力的理想方法。 田口方法是日本田口玄一博士创立的，其核心内容被日本视为“国宝”。日本和欧美等发达国家和地区，尽管拥有先进的设备和优质原材料，仍然严把质量关，应用田口方法创造出了许多世界知名品牌 田口方法是一种低成本、高效益的质量工程方法，它强调产品质量的提高不是通过检验，而是通过设计。其基本思想是把产品的稳健性设计到产品和制造过程中，通过控制源头质量来抵御大量的下游生 产或顾客使用中的噪声或不可控因素的干扰，这些因素包括环境湿度、材料老化、制造误差、零件间的波动等等。田口方法不仅提倡充分利用廉价的元件来设计和制造出高品质的产品，而且使用先进的 试验技术来降低设计试验费用，这也正是田口方法对传统思想的革命性改变．为企业增加效益指出了一个新方向。 田口方法的目的在于，使所设计的产品质量稳定、波动性小，使生产过程对各种噪声不敏感。在产品设计过程中，利用质量、成本、效益的函数关系，在低成本的条件下开发出高质量的产品。田口方法 认为，产品开发的效益可用企业内部效益和社会损失来衡量．企业内部效益体现在功能相同条件下的低成本，社会效益则以产品进人消费领域后给人们带来的影响作为衡量指标。假如，由于一个产品功 能波动偏离了理想目标，给社会带来了损失，我们就认为它的稳健性设计不好，而田口式的稳健性设计恰能在降低成本、减少产品波动上发挥作用。
Minitab 的田口实验设计 ——MINITAB统计分析教程 续表 创建田口实验：
分析田口实验的设置：
实验结果： ————— 987351:11:22 ————————————————————欢迎使用 Minitab，请按 F1 获得有关帮助。
田口设计 田口正交表设计 L8(2**4) 因子: 4 试验次数: 8 列 L8(2**7) 阵列 1 2 3 4 田口分析:司机, 生铁与直径, 波纹, 厚度 线性模型分析:信噪比与直径, 波纹, 厚度 信噪比的模型系数估计 系数标 项系数准误 T P 常量 23.8587 2.041 11.689 0.000 直径 118 1.7154 2.041 0.840 0.448 波纹 392 0.6990 2.041 0.342 0.749 厚度 0.03 -4.1803 2.041 -2.048 0.110 S = 5.773 R-Sq = 55.6% R-Sq（调整） = 22.4% 对于信噪比的方差分析 来源自由度 Seq SS Adj SS Adj MS F P 直径 1 23.542 23.542 23.542 0.71 0.448 波纹 1 3.909 3.909 3.909 0.12 0.749 厚度 1 139.801 139.801 139.801 4.19 0.110 残差误差 4 133.317 133.317 33.329 合计 7 300.569
线性模型分析:均值与直径, 波纹, 厚度 均值的模型系数估计 系数标 项系数准误 T P 常量 110.40 24.95 4.425 0.011 直径 118 51.30 24.95 2.056 0.109 波纹 392 23.25 24.95 0.932 0.404 厚度 0.03 -22.84 24.95 -0.915 0.412 S = 70.56 R-Sq = 59.7% R-Sq（调整） = 29.5% 备注：Seq SS： Sum of Squares Adj MS: Adjusted Mean Square 对于均值的方差分析 来源自由度 Seq SS Adj SS Adj MS F P 直径 1 21054 21054 21054 4.23 0.109 波纹 1 4324 4324 4324 0.87 0.404 厚度 1 4172 4172 4172 0.84 0.412 残差误差 4 19915 19915 4979 合计 7 49465 备注：Seq SS： Sum of Squares Adj MS: Adjusted Mean Square 线性模型分析:标准差与直径, 波纹, 厚度 标准差的模型系数估计 项系数系数标准误 T P 常量 5.8336 0.7717 7.559 0.002 直径 118 1.1667 0.7717 1.512 0.205 波纹 392 1.1667 0.7717 1.512 0.205 厚度 0.03 0.5834 0.7717 0.756 0.492 S = 2.183 R-Sq = 56.2% R-Sq（调整） = 23.4%
田口设计方法在质量管理中的应用 稳健设计(田口方法)简介 稳健设计(田口方法)由小日本质量工程学家田口玄一博士于20世纪70年代创立的新的优化设计技术,主要用于技术开发,产品开发,工艺开发. 一:基本概念 望目特性: 存在固定目标值,希望质量特性围绕目标值波动,且波动越小越好,这样的质量特性称为望目特性 望小特性: 不取负值,希望质量特性越小越好(理想值为0),且波动越小越好,这样饿质量特性称为望小特性 望大特性: 不取负值,希望质量特性越大越好(理想值为∞),且波动越小越好,这样的质量特性称为望大特性 动态特性: 目标值可变的特性,称为动态特性,与之相对的,望目特性,望小特性,望大特性统称为静态特性 外干扰(外噪声): 由于使用条件及环境条件(如温度,湿度,位置,操作者等)的波动或变化,引起产品质量特性值的波动,称之为外干扰,也称为外噪声.请注意,外噪声并非常说的噪音 内干扰(内噪声): 产品在储存或使用过程中,随着时间的推移,发生材料变质等老化,劣化现象,从而引起产品质量特性值的波动,称之为内干扰,也叫内噪声. 产品间干扰(产品间噪声): 在相同生产条件下,生产制造出来的一批产品,由于机器,材料,加工方法,操作者,测量误差和生产环境(简称5M1E)等生产条件的微笑变化,引起产品质量特性值的波动,称为产品间干扰,也称为产品间噪声. 可控因素: 在试验中水平可以人为加以控制的因素,称为可控因素 标示因素:
在试验中水平可以指定,但使用时不能加以挑选和控制的因素称为标示因素. 误差因素: 引起产品质量特性值拨动的外干扰,内干扰,产品间干扰统称为误差干扰. 稳定因素: 对信噪比有显著影响的可控因素,称为稳定因素. 调整因素: 对信噪比无显著影响,但对灵敏度有显著影响的可控因素,称为调整因素. 次要因素: 对信噪比及灵敏度均无显著影响的可控因素称为次要因素. 信号因素: 在动态特性的稳健设计中,为实现人变动着的意志或赋予不同目标值而选取的因素,称为信号因素. 稳健性: 指质量特性的波动小,抗干扰能力强 信噪比: 稳健设计中用以度量产品质量特性的稳健程度的指标 灵敏度: 稳健设计中用以表征质量特性可调整性的指标 稳健设计: 以信噪比为指标,以优化稳健性为目的的设计方法体系. 内设计: 在稳健设计中,可控因素与标示因素安排在同一正交表内,进行试验方案的设计.相应的正交表称为内表(内侧正交表),所对应的设计称为内设计. 外设计: 在稳健设计中,将误差因素和信号因素安排在一张正交表内,进行试验方案的设计,相应的正交表称为外表(外侧正交表),所对应的设计称为外设计. 稳健设计又叫动静参数设计，是日本著名质量管理专家田口玄一博士在七十年代初从工程观点、技术观点和经济观点对质量管理的理论与方法进行创新研究，创立了"田口方法(Taguchi Methods)。田口方法可应用于产品设计、工艺设计和技术开发阶段，从而可提高产品设计质量，降低成本，
厂 Adri a signal factor for dynamic cteacteristo Minitab DOE （田口法靜態型）操作說明: 製造高爾夫球及設計開發其有效的增加最大飛行距離 ， 4個控制因子，2水準 交互作用：Core material V.S Core diameter 干擾因子:two type of golf clubs(dnver and a 5-iron) Step 1:因子數及水準數之決定 開啟功能選單 Stat > DOE > Taguchi > Create Taguchi Design 勾選2水準設計及因子數 of □亡ign r r r 广 2-Jje^jiel Uess d-T erjH r>i=si2n 4-Lc^icl Dm 辿ii ^-Level Desg Mixed Ijeved Eiesi^ji C2lu 31 idjLtuora) (3.10 1J fajctCTs) C2io 26 Step 2:實驗次數選定 點選Designs 按鈕（直交表類型） 決定 L8直交表（4因子2水準作8次實驗） 2￡1 Runs 2 ** Co Intnns ^262 -1 ■22 2 +卓 44 4 Help QK Ganoel
Step 3:因子及水準Data 輸入 點選Factors 按鈕 依照各因子名稱及水準Data 輸入視窗表中 Assign Factois C To olumjLS of the anay as spBCified below Step 4:因子間交互作用選定 在 Taguchi Design-Factors 對話框中,點選 Interactions 按鈕 選擇已知交互作用由Available Terms 欄位 *TaL^TJjuIl_i ■DpAdyjJ. - 丄七UL^ LI JLJ 上_l 倉 A\yailaLbte Teams ： A￡> TdU TBD CX> : Ma t D rI a .丄 E : D i m mL 1- L L
田口试验设计方法概述 主讲：张驰 中国质量协会六西格玛专家组成员 中国质量协会六西格玛黑带注册导师
田口试验设计方法概述 田口高一博士是日本著名质量专家。他在研究正交试验的基础上发名出著名的田口试验设计法，田口是最早提出稳健性设计的学者。田口稳健性设计的核心思想是运用试验设计将过程或产品变差降至最低或使过程、产品对噪声因素的敏感性降至最低。如果运用得当，田口方法是产品设计、过程改善的强有力工具。
田口试验设计的特点 1、田口方法是一种分部设计法，田口试验表只需全因子 设计组合的一部分，因而可以用较少的组合评估较多的试验因素。 （33）设计只需9次，而全因素设计需33=27次。 如L 9 2、田口试验设计的因素数可达31个，水平数可达5个， 且可进行混合水平的设计，因而用途广泛。 3、田口试验设计的试验阵列（试验表中的因素水平组合） 是正交的，因此时平衡设计，可以独立评估因素影响。 4、田口将信噪比S/N的概念导入试验设计，信噪比是通 信电子等领域的测量指标。在试验设计中，信噪比的定义中如下：
设产品质量特性Y在多个输入变量的作用下为随机变量。其数学期望为μ，方差为σ2，我们希望μ越接近目标越好，σ2越小越好。 变异系数Y=σ/μ， 它表示实际值偏离目标值的程度，用η’=μ2/σ2来表示产品质量特性的稳定性，η’越大，则产品质量波动越小，如将μ2值看作信号，把σ2值看作噪声因素，η’称为信噪比，实际使用时会将η’转化为分贝值 （dβ）。即 η=10lgη’=S/N 取对数后的η值比较接近正态分布，便于分析。
田口试验可分为静态设计和动态设计两种 静态设计是通过试验和分析找出信噪比最高的因素水 平设置以使输出变量变差最小，即对噪声因素不敏感，静态设计的指标（输出变量）目标的值一般为固定值。 动态设计：动态设计是通过增加信号因素来优化输出变量与信号因素间的关系从而使输出变量对噪声因素不敏感，但对输入信号达到最大的敏感度。
质量管理学教学案例一：田口参数实验设计 1 田口方法源起 实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定实验方案以便对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法。其基本思想是英国统计学家R. A. Fisher在进行农田实验时提出的。他在实验中发现，环境条件难于严格控制，随机误差不可忽视，故提出对实验方案必须作合理的安排，使实验数据有合适的数学模型，以减少随机误差的影响，从而提高实验结果的精度和可靠度，这就是实验设计的基本思想。 在三十、四十年代，英、美、苏等国对实验设计法进行了进一步研究，并将其逐步推广到工业生产领域中，在冶金、建筑、纺织、机械、医药等行业都有所应用。二战期间，英美等国在工业试验中采用实验设计法取得了显著效果。战后，日本将其作为管理技术之一从英美引进，对其经济复苏起了促进作用。今天，实验设计已成为日本企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员必备的一种通用技术。 实验计划法最早是由日本田口玄一（G. Taguchi）博士将其应用到工业界而一举成名的。五十年代，田口玄一博士借鉴实验设计法提出了信噪比实验设计，并逐步发展为以质量损失函数、三次设计为基本思想的田口方法。田口博士最早出书介绍他的理论时用的就是“实验计划法─DOE”，所以一般人惯以实验计划法或DOE来称之。但随着在日本产业界应用的普及，案例与经验的累积，田口博士的理论和工具日渐完备，整个田口的这套方法在日本产业专家学者的努力之下，早已脱离其原始风貌，展现出更新更好的体系化内容。日本以质量工程（Quality Enginerring）称之。但是，严格来讲，田口方法和DOE是不同的东西。田口方法重视各产业的技术，着重快速找到在最低成本时的最佳质量。DOE则重视统计技术，着重符合数学的严谨性。虽然学术界普遍认为田口方法缺少统计的严格性，但该方法还是以其简单实用性广为工业界所应用和推广。先进国家对田口方法越来越重视，并且也已经取得了很好的效果。该方法广泛应用于研发、技术改善、质量提升等部门。 八十年代，田口方法进入美国，得到了普遍关注。如今，实验设计技术的应用领域已经突破了传统的工业过程改进和产品设计范畴，广泛地渗透到商业布局、商品陈列、广告设计及产品包装的应用之中。我国在六十年代就曾对实验设计进行了研究和推广，八十年代又引入了田口方法，取得了一定成效。但实验设计作为一种质量改进的有力武器，还尚未发挥它的全部威力。 2 田口方法基本思想和研究内容 与传统的质量定义不同，田口玄一博士将产品的质量定义为：产品出厂后避免对社会造成损失的特性，可用“质量损失”来对产品质量进行定量描述。质量损失是指产品出厂后“给社会带来的损失”，包括：直接损失，如空气污染、噪声污染等；间接损失，如顾客对产品的不满意以及由此而导致的市场损失、销售损失等。质量特性值偏离目标值越大，损失越大，即质量越差，反之，质量就越好。对待偏差问题，传统的方法是通过产品检测剔除超差部分或严格控制材料、工艺以缩小偏差。这些方法一方面很不经济，而且有时技术上也难以实现。田口方法是调整设计参数，使产品的功能、性能对偏差的起因不敏感，以提高产品自身的抗干扰能力。为了定量描述，产品质量损失，田口提出了“质量损失函数”的概念，并以信噪比来衡量设计参数的稳健程度。
教学案例一：田口参数实验设计 1 田口方法源起 实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定实验方案以便对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法。其基本思想是英国统计学家R. A. Fisher在进行农田实验时提出的。他在实验中发现，环境条件难于严格控制，随机误差不可忽视，故提出对实验方案必须作合理的安排，使实验数据有合适的数学模型，以减少随机误差的影响，从而提高实验结果的精度和可靠度，这就是实验设计的基本思想。 在三十、四十年代，英、美、苏等国对实验设计法进行了进一步研究，并将其逐步推广到工业生产领域中，在冶金、建筑、纺织、机械、医药等行业都有所应用。二战期间，英美等国在工业试验中采用实验设计法取得了显著效果。战后，日本将其作为管理技术之一从英美引进，对其经济复苏起了促进作用。今天，实验设计已成为日本企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员必备的一种通用技术。 实验计划法最早是由日本田口玄一（G. Taguchi）博士将其应用到工业界而一举成名的。五十年代，田口玄一博士借鉴实验设计法提出了信噪比实验设计，并逐步发展为以质量损失函数、三次设计为基本思想的田口方法。田口博士最早出书介绍他的理论时用的就是“实验计划法─DOE”，所以一般人惯以实验计划法或DOE来称之。但随着在日本产业界应用的普及，案例与经验的累积，田口博士的理论和工具日渐完备，整个田口的这套方法在日本产业专家学者的努力之下，早已脱离其原始风貌，展现出更新更好的体系化内容。日本以质量工程（Quality Enginerring）称之。但是，严格来讲，田口方法和DOE是不同的东西。田口方法重视各产业的技术，着重快速找到在最低成本时的最佳质量。DOE则重视统计技术，着重符合数学的严谨性。虽然学术界普遍认为田口方法缺少统计的严格性，但该方法还是以其简单实用性广为工业界所应用和推广。先进国家对田口方法越来越重视，并且也已经取得了很好的效果。该方法广泛应用于研发、技术改善、质量提升等部门。 八十年代，田口方法进入美国，得到了普遍关注。如今，实验设计技术的应用领域已经突破了传统的工业过程改进和产品设计范畴，广泛地渗透到商业布局、商品陈列、广告设计及产品包装的应用之中。我国在六十年代就曾对实验设计进行了研究和推广，八十年代又引入了田口方法，取得了一定成效。但实验设计作为一种质量改进的有力武器，还尚未发挥它的全部威力。 2 田口方法基本思想和研究内容 与传统的质量定义不同，田口玄一博士将产品的质量定义为：产品出厂后避免对社会造成损失的特性，可用“质量损失”来对产品质量进行定量描述。质量损失是指产品出厂后“给社会带来的损失”，包括：直接损失，如空气污染、噪声污染等；间接损失，如顾客对产品的不满意以及由此而导致的市场损失、销售损失等。质量特性值偏离目标值越大，损失越大，
DOE中的田口方法 一、田口方法的涵义 随着市场竞争的日趋激烈，企业只有牢牢把握市场需求，用较短的时间开发出低成本、高质量的产品，才能在竞争中立于不败之地。在众多的产品开发方法中，田口方法不失为提高产品质量，促进技术创新，增强企业竞争力的理想方法。 田口方法是日本田口玄一博士创立的，其核心内容被日本视为“国宝”。日本和欧美等发达国家和地区，尽管拥有先进的设备和优质原材料，仍然严把质量关，应用田口方法创造出了许多世界知名品牌。 田口方法是一种低成本、高效益的质量工程方法，它强调产品质量的提高不是通过检验，而是通过设计。其基本思想是把产品的稳健性设计到产品和制造过程中，通过控制源头质量来抵御大量的下游生产或顾客使用中的噪声或不可控因素的干扰，这些因素包括环境湿度、材料老化、制造误差、零件间的波动等等。田口方法不仅提倡充分利用廉价的元件来设计和制造出高品质的产品，而且使用先进的试验技术来降低设计试验费用，这也正是田口方法对传统思想的革命性改变．为企业增加效益指出了一个新方向。 田口方法的目的在于，使所设计的产品质量稳定、波动性小，使生产过程对各种噪声不敏感。在产品设计过程中，利用质量、成本、效益的函数关系，在低成本的条件下开发出高质量的产品。田口方法认为，产品开发的效益可用企业内部效益和社会损失来衡量．企业内部效益体现在功能相同条件下的低成本，社会效益则以产品进人消费领域后给人们带来的影响作为衡量指标。假如，由于一个产品功能波动偏离了理想目标，给社会带来了损失，我们就认为它的稳健性设计不好，而田口式的稳健性设计恰能在降低成本、减少产品波动上发挥作用。 二、田口方法的特点 田口方法的特色主要体现在以下几个方面： (1)“源流”管理理论。田口方法认为，开发设计阶段是保证产品质量的源流，是上游，制造和检验阶段是下游。在质量管理中，“抓好上游管理，下游管理就很容易”，若设计质量水平上不去，生产制造中就很难造出高质量的产品。 (2)产品开发的三次设计法。产品开发设计(包括生产工艺设计)可以分为三个阶段进行，即系统设计、参数设计、容差设计。参数设计是核心，传统的多数设计是先追求目标值，通过筛选元器件来减少波动，这样做的结果是，尽管都是一级品的器件，但整机由于参数搭配不佳而性能不稳定。田口方法则先追求产品的稳定性，强调为了使产品对各种非控制因素不敏感可以使用低级品元件．通过分析质量特性与元部件之间的非线性关系(交互作用)．找出使稳定性达到最佳水平的组合。产品的三次设计方法能从根本上解决内外干扰引起的质量波动问题，利用三次设计这一有效工具，设计出的产品质量好、价格便宜、性能稳定。 (3)质量与成本的平衡性。引入质量损失函数这个工具使工程技术人员可以从技术和经济两个 方面分析产品的设计、制造、使用、报废等过程，使产品在整个寿命周期内社会总损失最小。在产品设计中，采用容差设计技术，使得质量和成本达到平衡，设计和生产出价廉物美的产品，提高产品的竞争力。 (4)新颖、实用的正交试验设计技术。使用综合误差因素法、动态特性设计等先进技术，用误 差因素模拟各种干扰(如噪声)，使得试验设计更具有工程特色，大大提高试验效率，增加试验设计的科学性，其试验设计出的最优结果在加工过程和顾客环境下都达到最优。采用这种技术可大大节约试验费用。 三、田口方法的功效 田口方法是一门实用性很强的技术，在生产实践中特别是产品开发设计中显示出强大的生命力,其魅力主要表现为： (1)提高产品科技含量，促进技术创新。通过采用田口方法可改变企业一味引进先进设备的状况，增强二次创新能力，进而提高产品开发能力。 (2)可缩短产品开发周期，加速产品更新换代。应用田口方法可在质量管理中提高生产率，收
实验设计DOE——田口方法 【课程背景】 实验设计Design Of Experiments, 在质量控制的整个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。实验设计已广泛运用了从航天业到一般生产制造业的产品质量改善、工艺流程优化甚至已运用到医学界。籍此课程，您将通过对产品质量，工艺参数的量化分析，寻找关键因素，控制与其相关的因素。根据实际需求，学习判别与选择不同的实验设计种类，设计你的实验步骤，发现如何控制各种影响因素，以最少的投入，换取最大的收益，从而使产品质量得以提升，减少差异，降低成本，使工艺流程最优化。 【适合对象】 产品设计工程师、品质工程师、工艺工程师、过程工程师、生产经理、品质经理、6Sigma 黑带、绿带 【课程收益】 通过本课程的培训，可使学员： 了解掌握DOE基本原理 了解和控制影响流程的相关因素 掌握最有效的实验设计方法 掌握六西格码MINITAB软件的运用方法 免费获得MINITAB软件 【课程内容】 1. 实验设计（DOE）概述 1.1 什么是实验设计 1.2 实验设计由来与发展 1.3 品质工程面临的问题 1.4 品质工程理论 1.5 基本术语：因子/水准, 信号/杂讯因子 1.6 实验设计流程 2. 正交实验设计 2.1正交表的构造; 2.2正交表的选择与运用 2.3正交表的灵活运用 2.4正交实验案例演练. 3. 田口方法
3.1 田口的质量哲学观念 3.2 田口损失函数 3.3 三种品质计量方法之比较 3.4 田口方法核心工具——S/N（信噪比） 3.5 田口三次设计：系统设计/参数设计/容差设计 3.6 实例演练1：望小特性田口设计 3.7 实例演练2：望大特性田口设计 3.8 实例演练3：望目特性田口设计 4. 利用MINITAB实现DOE实战演练 4.1. MINITAB应用简介 4.2. 望大特性田口设计 4.3. 望小特性田口设计 4.4. 望目特性田口设计 4.5. 交互作用的田口设计 4.6. 动态田口实验设计 4.7. 全因子实验设计 4.8. 分部因子设计 4.9. 混合设计 4.10.响应曲面设计 5．实验结果的分析与解析 5.1变异数分析(ANOVA); 5.2信噪比分析（S/N比） 6．再现性实验 6.1再现性实验的必要性; 6.2均值估计; 6.3估计均值的置信区间; 6.4再现性实验的决策点. 7．容差设计 7.1容差设计简介 7.2田口损失函数设计公差. 7.3设计因子的公差确定. 8．案例分析
质量管理学教学案例一：田口参数实验设计
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教学案例一：田口参数实验设计 1田口方法源起 实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定实验方案以便对实验 数据进行有效的统计分析的数学理论和方法。其基本思想是英国统计学家R. A. Fisher在进 行农田实验时提出的。他在实验中发现，环境条件难于严格控制，随机误差不可忽视，故提 出对实验方案必须作合理的安排，使实验数据有合适的数学模型，以减少随机误差的影响，从而提高实验结果的精度和可靠度，这就是实验设计的基本思想。 在三十、四十年代，英、美、苏等国对实验设计法进行了进一步研究，并将其逐步推广到工业生产领域中，在冶金、建筑、纺织、机械、医药等行业都有所应用。二战期间，英美等国在工业试验中采用实验设计法取得了显著效果。战后，日本将其作为管理技术之一从英 美引进，对其经济复苏起了促进作用。今天，实验设计已成为日本企业界人士、工程技术人 员、研究人员和管理人员必备的一种通用技术。 实验计划法最早是由日本田口玄一(G. Taguchi)博士将其应用到工业界而一举成名的。 五十年代，田口玄一博士借鉴实验设计法提出了信噪比实验设计，并逐步发展为以质量损失 函数、三次设计为基本思想的田口方法。田口博士最早出书介绍他的理论时用的就是“实验计划法一DOE',所以一般人惯以实验计划法或DOE来称之。但随着在日本产业界应用的普 及，案例与经验的累积，田口博士的理论和工具日渐完备，整个田口的这套方法在日本产业 专家学者的努力之下，早已脱离其原始风貌，展现出更新更好的体系化内容。日本以质量工 程(Quality Enginerring )称之。但是，严格来讲，田口方法和DOE是不同的东西。田口方 法重视各产业的技术，着重快速找到在最低成本时的最佳质量。DOE则重视统计技术，着 重符合数学的严谨性。虽然学术界普遍认为田口方法缺少统计的严格性，但该方法还是以其 简单实用性广为工业界所应用和推广。先进国家对田口方法越来越重视，并且也已经取得了 很好的效果。该方法广泛应用于研发、技术改善、质量提升等部门。 八十年代，田口方法进入美国，得到了普遍关注。如今，实验设计技术的应用领域已经突破了传统的工业过程改进和产品设计范畴，广泛地渗透到商业布局、商品陈列、广告设计 及产品包装的应用之中。我国在六十年代就曾对实验设计进行了研究和推广，八十年代又引 入了田口方法，取得了一定成效。但实验设计作为一种质量改进的有力武器，还尚未发挥它 的全部威力。 2田口方法基本思想和研究内容 与传统的质量定义不同，田口玄一博士将产品的质量定义为：产品出厂后避免对社会造 成损失的特性，可用“质量损失”来对产品质量进行定量描述。质量损失是指产品出厂后“给社会带来的损失”，包括：直接损失，如空气污染、噪声污染等；间接损失，如顾客对产品的不满意以及由此而导致的市场损失、销售损失等。质量特性值偏离目标值越大，损失越大，