西格玛改善阶段绿带教材ppt课件.ppt
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1、6Sigma绿带培训-改善阶段,6Sigma绿带培训-改善阶段,实验设计简介 2K因子实验设计简介23实验部分因子设计响应面方法(RMS)进化操作(EVOP)I阶段路径,目录,Introduction to Experimentation实验设计简介,The purpose of an experiment is to better understand the real world, not to understand the experimental data进行一个实验的目的是为了更好的了解真实的世界, 而不是了解实验数据。,William Diamond IBM-retired sta
2、tistician) IBM-已退休的统计员,Learning objectives学习目的,通过对本文章的学习,学员将能够 解释什么是DOE。 理解为什么使用DOE 解释一些DOE的术语 描述DOE的基本步骤 描述有效效果设计的一些阻碍 了解OFAT实验设计的局限性,What is Design of Experiments(DOE)什么是实验设计,DOE consists of purposeful changes of input variables (factors) to a process (or activity) in order to observe the correspo
3、nding changes in the output variables (Responses) 实验设计通过有目的地改变一个过程(或活动)的输入变量(因子),以观察输出变量(响应量)的相应变化。 It is a scientific approach which allows the researcher to gain Knowledge in order to better understand 它是一种科学的方法,使研究者更好地了解一个过程 并确定输入(因子)是如何影响输出(响应量),What is Design of Experiments(DOE)什么是实验设计,Why Use
4、DOE为什么使用试验设计,试验设计是识别关键输入因子的最有效方法。 试验设计是帮助我们了解输入因子和响应变量关系的最高效途径。试验设计是建立响应变量与输入因子之间的数学关系模型的方法试验设计是确定优化输出并减少成本的输入设定值的途径。试验设计是设定公差的科学方法。,Benefit of DOE实验设计的益处,The benefits of DOE are:实验设计的益处如下 a) Process performance improvement 改善过程绩效水平 b) Costs reduction 降低成本 c) Shortening product development time. 缩短产
5、品开发时间和生产时间,Basic Terminology基本术语,Response 响应变量所关注的可测量的输出结果,如良率、强度等。Factors 因子可控制的变量,通过有意义的变动,可确定其对响应变量的影响,如温度、时间等。Level 水平 因子的取值或设定,如: e.g. Level 1 for time=2 hr Level2 for time=3 hr 举例:时间因子的水平12小时 时间因子的水平23小时,Basic Terminology基本术语,Treatment 处理 a set of specified factor levels for an experimental ru
6、n 某次实验的整套因子 e.g. Treatment1: time=2 hr and temperature=175 c Treatment1: time=3 hr and temperature=225 c 举例: 处理1:时间2小时, 温度175 c 处理1:时间3小时, 温度225 c,Basic Terminology基本术语,Repetition 重复 重复指在不重新组合实验设定的情况下,连续进行试验并收集数据。 Replication 复制 复制意味每个数据值在重新设定测试组合之后收集。 Randomization 随机化 适当安排实验次序,使每个实施被选出的机会都相等 目的:避免
7、噪音因子的变化对结果的影响.,Steps of DOE实验设计步骤,I、statement of the problem 陈述问题II、set the objective of the DOE 设立目标III、determine the output response(s) 确定输出变量IV、identify input factors(control factors and noise factors) 识别输入因子(可控因子/噪声因子)V、select the levels for each factors 选定每个因子的水平,Steps of DOE实验设计步骤,VI. Select t
8、he type of DOE 选择实验设计类型VII. Plan and prepare the resource for conducting the experiments 计划并为实施实验做准备.VIII. Conduct the experiments and record the data 实施实验并记录数据.IX. Analyze the data and draw conclusion 分析数据并得出结论.X. Run confirmatory experiments,if necessary. 必要时进行确认实验.,Step III: Determine the Respons
9、e(s)步骤三:确定响应变量,Use continuous responses whenever possible 尽量使用连续数据作输出变量. -Continuous data provide more information 连续数据提供更多的信息. -Attribute data needs larger sample size 计数型数据需要大样本量. Use response which can be measured precisely, accurately, and with stability. 尽量使用可精确,稳定测量的输出变量.,Step IV: Identify Inp
10、ut Factors步骤四:识别输入因子,Generally,input factors can be identified through:通常可通过以下工具识别输入因子: - Fishbone diagram 鱼骨图 - C&E matrix 因果矩阵 - FMEA 潜在失效模式效果分析,Control Factors vs. Noise Factors可控因子与噪声因子,Controllable (Control) factors are factors for which we can set and maintain a desired level during a process
11、normal operation.可控(控制)因子是我们在工序的正常操作时能设定并且维持在期望水平的因子。Noise factors are factors that vary during normal Operation,and we cannot control them.Or,we prefer Not to control them because doing so would be very expensive. 噪音因子是在正常的操作期间变化的因子,而且我们不能够控制他们;或者我们宁愿不控制他们,因为这么做会很昂贵。,Step V:Select Levels for Each F
12、actor步骤五:选择输入因子的水平,Levels can be either quantitative or qualitative.因子水平可以是定量的,也可是定性的。Quantitative example.定量举例 温度:100 和120 压力: 20 psi 和25 psi 旋转度:3000RPM vs.3500RPM Qualitative example- 定性举例 Machine A vs. Machine B 机器A和机器B Shift A, B, C 曲线A, B, C Material type: New vs old 材料类型:新和旧,Step V:Select Lev
13、els for each Factor步骤五:选择输入因子的水平,Levels are selected based on DOE objective.因子水平的选择是基于实验目的。Objective#1: Determine vital few inputs from a large number of variables(Screening)筛选DOE:从大量的变量中确定出重要的少数输入因子 Set “Bold ” levels extremes of current capabilities 将当前能力的极限值设定为“大胆”水准,Step V:Select Levels for each
14、 Factor步骤五:选择输入因子的水平,Objective#2: To understand factor relationships and interactions量化DOE:了解因素关系及交互作用 Once critical inputs are identified, reduced spacing of the levels is used to identify interactions among Inputs 一旦确定重要的输入因子,通过减少水平间距来确定输入因子间的关系和交互作用Objective#3:To identify the operating window of
15、a set of input variables (Process Optimization)优化/稳健DOE:确定一组输入变量的操作参数(过程最优化) Close settings are again used 水平设定进一步接近,Step VI: Select the type of DOE步骤六:选择DOE类型,Step VII:Plan conducting the experiment步骤七:实施实验的计划,实施实验的计划应解决以下问题: 费用如何?我们已经与内部客户讨论过吗?需要多长时间?有必要做试运行吗?我们需要提案及许可吗?谁来进行实验?,Step VIII & IX: Con
16、duct experiments,obtain data and analyze data步骤八和九:实施实验,获取数据并分析数据,Obtain the data 获取数据 -Validate the data collection and data values 确认数据,收集数据值 -Validate that special conditions did not influence 确认特别情况不会产生影响Analyze the data using Minitab 用Minitab 分析数据 We will cover this in later modules 我们将在接下来的课程里
17、讲解,Barriers to Effective DOE实施实验的阻碍,Problem not clear 问题不清Objectives not clear 目标不明 Inadequate brainstorming 集体讨论不充分Results of the experiment unclear 实验结果不清DOE is too costly 实验设计费用过高DOE is too time consuming 实验设计耗时过长 Lack of understanding DOE strategies 对实验设计策略缺乏理解,Barriers to Effective DOE实施实验的阻碍,N
18、ot confident during the early stages实验初期缺乏信心Lack of management support缺乏管理支持Need for instant results过于迫切需要结果Lack of adequate coaching/support缺乏足够的指导/支持,Advantages 优点,DOE实验可以实现对多因子在多水平上的分析。这要比传统上被称为OFAT(一次一个因子)的假设检验技术快得多。DOE实验在分析初期阶段可以用来筛选大量因子DOE实验可以分析出因子间的潜在“交互作用”。OFAT实验却不可以。这就称为因子效率。设想你在进行一次一个因子(OF
19、AT)实验,每次只变动一个因子,Advantages 优点,你得到的只是在其他因子不变的情况下对一个因子的估计;并假设其他因子的效果都不变以及这些效果可以叠加; 但是 当其他因子的数值变动时,一个因子的最佳数值可能发生变化.,Advantages 优 点,In Factorial Experiment, No matter the optimal value changes or not. 在因子实验里,不管最佳值是否发生变化It detects and estimates the effect among different factors and even their interactio
20、ns, it also provide a better discrimination power than OFAT 它能够察觉及估计不同因子的效果,甚至它们的交互作用,它也比“一次一个因子”实验提供更好的判别能力.,OFAT vs DOE单因子实验vs实验设计,OFAT vs DOE单因子实验vs实验设计,OFAT vs DOE单因子实验vs实验设计,OFAT vs DOE单因子实验vs实验设计,One Factor at a Time(OFAT) Strategy单次单因子(OFAT)方法,A sequence of experimental runs in which only one
21、 factor is manipulated while the values of all other factors are held constant, followed by a sequence of experimental runs in which a second factor is manipulated and all other factors are held constant,and so on 通常固定所有其他因子不变,而只变动一个因子进行实验;然后变动第二个因子(固定其他因子),以此类推。 Optimum operating point identified i
22、s often misleading. 这样确定的“最优点”常常有误导性。,Introduction To 2k Factorial Experiment 2k 因子实验设计简介,Learning Objectives学习目的,完成对本模块的学习后,学员将能够: 描述一个全因子实验 说明用于一个全因子实验计划的标志。 解释说明主要效果和交互作用。 用Minitab设定和分析一个2 x 2全因子实验,Agenda 教程,From previous module “Introduction to Design of Experiments” recap basis of DOE 从前面的章节“实验
23、设计简介”复习实验设计基本原理。What is a full factorial experiment? 什么是全因子实验?“Main effect” and “Interaction” “主效果”和“交互作用”Two Factor Example (using Minitab) 两个因子例题(用Minitab),Introduction To2k Factorial Experiment 2k 因子实验设计简介,Why do we use factorial experiment? 我们为什么需要进行因子实验?,Introduction To2k Factorial Experiment 2
24、k 因子实验设计简介,Vocabularies, Definitions & Notations 词汇、定义和标识,DOE Vocabulary实验设计词汇,Experimental Design; 实验设计对于实施实验的计划叫做“实验设计”又叫做“实验模式”或“设计矩阵”特意改变变量的一个或一系列实验,目的是观察和识别响应变量改变的原因它是一个选择响应变量、因子、区块和组合的计划所用的工具包括计划组合、随机化、重复和/或复制,Definition & Notation定义和标识,FULL factorial experiment: experiment with all combinatio
25、ns of factors in each of their levels 全因子实验:组合所有因子和每个因子所有水平的实验Design Notation: 设计标识:Factors 因子Upper case A, B, C,etc 大写字母A,B,C NUMBER OF FACTORS 因子数量K,Definition & Notation定义和标识,High and Low levels of factors 因子的高水平和低水平+,signsNumber of replicates 复制的数量NTreatment combinations 组合Lower case notation 小写
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