DOE实验设计培训教材(经典完整版)课件.ppt
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1、,S I G M A,实验设计,实验设计介绍,S I G M A,Version Nov 2002,Page,6Sigma 实验设计课程规划各节内容Y1.课程介绍Y2.实验设计介绍Y3.全因数Y4.部分因数Y5.实验设计规划Y6.案例,S I G M A,实验设计-1,全因数,S I G M A,根本原因分析的两种方法(Two method for root cause analysis),Page,Version Nov 2002,1.用历史数据观察流程Y散布图,进行图,控制图,分层(scatterplot/run chart/control chart/deplayY相关性,差异分析,回归
2、分析(correlation/ANOVA/regression)2.流程的实验,用一个规划好的方法变流程并 衡量结果Y实验设计实验设计是有效率和有效果地探究许多流程 变量(X)和产出衡量或关键量点(Y)的因 果关系的一种方法。,S I G M A,使用历史数据的一些限制some limitation when using history data,Page,Version Nov 2002,记录常是不完整的(Y省略的变量(X)Y缺少的值或观察数据Y包含数据惧错误流程变量通常是有相互关系的重要变量可能没有变化得足够充分到能了解它 们的影响的程度通常来就,必要数据不是立刻可得到的,获得 正确数据是
3、非常必要的。,识别关键变量,(Identify key variables)S I G M A历史方法(history method),S I G M A,练习:确定最佳关键变量设 置-历史方法目标:,Page,Version Nov 2002,了解到识别影响化学流程产量的关键变量的难点(30分钟)说明:用下页的信息来设置一个衡量计划,从而发现能使流程产量 最大化的各变量最好设置。D每个实验运行成本$2,000D你对初始调查的总体预算是$30,000D如果有足够的证据,另外有$50,000可用于将来的研究确定在给定的不同标准内可能的变量组合总数确定在现在预算内你可作出的变量组合总数你会检验什么
4、组合?你用什么策略来识别关键变量?,S I G M A,练习:确定最佳关键变量设 置-历史方法,Page,Version Nov 2002,练习:流程中的关键变量是:Y原料卖主。(A,B,C)Y原料放进混合桶中的温度。(高,中,低)Y在混合桶顶部的温度。(高,中,低)Y在混合桶底部的温度。(高,中,低)Y混合桶中的压力。(高,中,低)Y桶中的原料量。(20,50,100,150公吨)Y原料拿离混合桶的温度。(高,中,低),S I G M A,识别关键变量-历史方法概要,Page,Version Nov 2002,Y 1.确定给定不同标准内可能的变量组合总数。3x3x3x3x3x4x3=2,91
5、6个组合Y 2.确定在现有预算内你可作出的变量组合数Y 3.你会检验什么组合Y 4.你用什么策略来识别关键变量两个常用策略是Y 一次一个因素Y 一次多个因素多数人由他们能作出的最佳猜测开始,然后一次改变一个变量。这就是我们多数人是学习实验的方法,这也是在工程学校中所教 授的。一次改变一个变量让你可看见这个变量的效果,但是可能导致额 处时间和成本的浪费。,S I G M A,识别关键变量-历史方法概要,Page,Version Nov 2002,同时改变多种因素Y 一次改变多种因素也是一个非常普通的实验方法当小级做以下事时,他们常会选用这个方法Y 集体讨论可能改进流程的方法。Y 择优选用个人想法
6、Y 实施所有你一次可做到的高优先权想法。这个方法的问题Y 你不知道什么样变化是对结果的改进负责的Y 你或许把变量维持在减少你效力的水平上。Y 了解每个变化的成本/收益事项是不可能的。这些方法是可用的,但是良好的实验设计会是更有效 率及效力的方法。,S I G M A,识别关键变量-历史方法概要实验设计很有代表性的,你对结果的直觉很砂会与设计 好的实验结果相一致。你将发现你经常会学习 某些高出或低于你直觉的事。这就是6Sigma是有关什么的-使数据基于如何 改进流程的决定设计良好并以统计为基础的实验可提供高质 量,含大量信息的数据,Page,Version Nov 2002,S I G M A,
7、全因数-介绍,实验设计,S I G M A,实验设计的介绍,Page,Version Nov 2002,实验设计是一种组织我们的思想,从而检测我们确信 对关键质量点有影响的X变量的方法。它在6Sigma中的目标主要是识别重要的少数因素,知 道并了解关键流程变量对关键质量点的影响。实验设计基于由以下获得的知识:Y 分析流程业绩表现Y 了解变量间的关系Y 制定有关根本原因的假设实验设计帮助我们检测这些假设,以核实并了解流程 中所做的改进。,S I G M A,流程的实验对流程知识的系统追求,实验设计帮助规划,收集特殊数据并确认流程的理论。一个黑带或流程拥有者通常会自有一 套有关不同变量是如何影响关
8、键质量点的理论。这个方法是对流程知识的系统追求。,业务流程,客户,数据,数据,流程知识增加,计划,计划,分析,分析,理论,Page,Version Nov 2002,理论,理论,S I G M A,实验设计,Page,Version Nov 2002,确定流程和产出衡量之间的关系识别差异的“重要少数”来源提供“重要少数据”对回应变量(关键质量点)影响的 衡量。提供比一次检测一个因素更有效的衡量和更高质量的 数据最小化你必须执行的检测次数目标:提高发现“重要少数”的可能性“为确定在你干涉流程时会发生什么事,你必须干涉流 程,非凡不是被动观察它”George Box,S I G M A,使用统计设
9、计实验的好处检测的系统方法发展高质量的数据评估大量变量控制有损害的变量对效果的定量估计不确定性的衡量有效力和有效率的数据使用,Page,Version Nov 2002,S I G M A,3个因素:一次一个的策略,2个标准,低设置+设置,Page,Version Nov 2002,S I G M A,3个因素:一次一个的策略,少了哪些因素设置的组合?5678,低设置+设置,Page,Version Nov 2002,S I G M A,3个因素:一次一个的策略,Page,Version Nov 2002,5678,低设置+设置,S I G M A,一次改变一个因素对比实验设计,设计好的实验优
10、点增加两倍有关从标准A到新A产生影响的信息增加两倍有关从标准B到新B产生影响的信息有关A和B的影响是否是添加的信息(它们是互相影响 或是有结合在一起的影响吗?),标准,标准,因素B,因素A,新,标准,标准,因素B,因素A,新,对两个有兴趣的因素的一次一个因素对两个有兴趣的因素的设计实验 新新,Page,Version Nov 2002,S I G M A,全因数,用MINITAB设计实验23范例,S I G M A,设计一个全因数23实验,一个全因数设计能检验所有标准上的全部因素。Y 它使用整个设计空间Y 它检测所有标准上的全部因素以及它们的相互影响23范例Y 2是每个因素(变量)的标准数Y
11、3是因素的数量,23,因素的数量=3,因素的标准=2,Page,Version Nov 2002,S I G M A,3个因素:全因数排列,Page,Version Nov 2002,对于3个因素,每个在2个标准上,有23=2x2x2=8个因素设置的组 合,注意标准次序内的因素的设置模型。,S I G M A,一个23因数排列范例对三个可能影响产量的因素,Page,Version Nov 2002,因为重复模型而容易排列包括了整个设计空间,2k实验的模型,试验数=(2个标准)(个因素)=2k因此,叫做“因数设计”注意:每额外因素加倍了所 需的运行数。,X1X2X3X4,XS5M A,I.GXG
12、k,1234,567891011,1213141516171819,202122232425262728293031,32,.,.,.2,Std.Order,#of k factorsK=1,Page,Version Nov 2002,K=2,K=3,K=4,K=5,S I G M A,概要:因数策略(2)k,Page,Version Nov 2002,当因素增加,运行次数成指数倍增加全因数设计包括了整个设计空间有三个因素的实验设计空间可由一个立方体来表示因为标准次序中的重复模型,所以全因数设计容易排 列。2个标准实验的组合数=2k,=2x2x22(k次),这里k=因素数目一次一个的设计探究了
13、设计空间一个潜在易引起误解 的部分。,S I G M A,6Sigma实验,确定,衡量,分析,实验设计,XS,识别回应衡量YS识别因素和选择设计和障碍任意排列 运行,实验分析,5.收集资料,分析资料得出结论核实结果,改进,控制,Page,Version Nov 2002,S I G M A,实验-实验设计范例,Page,Version Nov 2002,项目声明-背景Y 产品的高失效率造成客户投诉,为此组建一个小组D客户心声(VOC)显示了大多数的产品失效发生在首次使用时D一个对退回产吕的工程分析识别出不合格产品是因为微电子部件 的损坏D小组进行了根本原因分析并确定损坏以生在产品在传送带上的时
14、 候Y 对传送带的调查发现因为振动产生电火花引起产品漏电,从 而造成许多接地线的损坏。现在的任务是识别最耐用的,能支持传送带的正常振 动的接地线Y 小级由制订石川图开始工作,来识别有关接地线耐久性的关 键因素。,S I G M A,实验-石川图,接地线的耐 久性,程序,环境,原料,人,原料,电镀,铜,A,B,尺寸,16量度,24量度,仓库,购买代理供应商,请求人,清洁,检查,保护方法,原料,收到,检查,存储,包装,原因,结果,Page,Version Nov 2002,S I G M A,实验-石川图,Page,Version Nov 2002,小组识别出三个他们相信对接地线耐久性有最 大影响
15、的因素。所这三个因素都与材料有关:Y 1.电线量度(尺寸)D16量度D24量度Y 2.电线类型(原料)D铜D电镀铁Y 3.电线厂商(供货商)DElco工业D齿冠螺栓,S I G M A,MINITAB设计实验的步骤,步骤,Page,Version Nov 2002,MINITAB命令,识别回应衡量YS识别因素和因素标准XS,Y=接地线的耐久性 STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGNType of Design:2 level factorial;Number of factors:3,3.选择设计和障碍,Select Designs Full or fractiona
16、lNumber of replicates Number of blocks,4.任意排列 运行,Select Factors NamesLow Level High LevelSelect Option Randomize Runs,实验设计,S I G M A,用Minitab设计实验,Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGN,Page,Version Nov 2002,S I G M A,用Minitab设计实验Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGN显示可用的设计,Page,Version No
17、v 2002,S I G M A,用Minitab设计实验Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGN,Page,Version Nov 2002,S I G M A,用Minitab设计实验Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGNSelect 3 Factors,Page,Version Nov 2002,S I G M A,用Minitab设计实验的步骤,步骤1.识别回应衡量YS,Page,Version Nov 2002,2.识别因素和因素标准XS,MINITAB命令Y=接地线的耐久性 STAT-DO
18、E-CREATE FACTORIAL DESIGNType of Design:2 level factorial;Number of factors:3,3.选择设计和障碍,Select Designs Full or fractionalNumber of replicates Number of blocks,4.任意排列 运行,Select Factors NamesLow Level High LevelSelect Option Randomize Runs,实验设计,S I G M A,用Minitab设计实验Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIA
19、L DESIGNSelect Designs,Page,Version Nov 2002,S I G M A,用Minitab设计实验Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGNSelect Full Factorial,Select replicates:2Select blocks:2(2 batches),Page,Version Nov 2002,S I G M A,复制定义:所有实验条件的复制 为什么?为衡量实验可变笥Y所以我们可决定回应之间的差异是否是因为因素标 准的变化(一个特殊的促因)或普通原因可变性为看的更清楚一个因素是否重要。为获得
20、整个实验组合的两上回应:复制与对一个单件或单批的多重衡量是不一样 的。,Page,Version Nov 2002,S I G M A,随机化-实验的保险,Page,Version Nov 2002,定义:分配次序,在其中试验将以随机的机制来 运行Y不是标准次序Y不是在一个便利的次序中运行YMINITAB将随机选择运行次数为什么?在实验的所有因素中均分潜中均分潜伏变量的 影响帮助避免系统或趋积向的影响。,S I G M A,Version Nov 2002,上海盖普企业管理咨,询有限公司Page,范例:为什么随机化?在这个范例中,原料使用可能会跨月,从而使因素影响在按标准次序进行的设 计运行变
21、得不明显。,20,0,70,60,50,40,10Day of the Month,Yield,S I G M A,范例:为什么随机化?在这个随机化的实验中,不论每月的变 化化如何,原料卖主影响明显可见的。,20,0,70,60,50,40,10Day of the Month,Yield,Vendor A,Page,Version Nov 2002,Vendor B,S I G M A,用Minitab设计实验Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGNSelect Factors,Page,Version Nov 2002,S I G M A,用M
22、initab设计实验Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGN输入每个因素的高 低标准,Page,Version Nov 2002,S I G M A,用Minitab设计实验Minitab 命令:STAT-DOE-CREATE FACTORIAL DESIGN按OK,Page,Version Nov 2002,S I G M A,Full Factorial Design,Block Generators:replicatesAll terms are free from aliasing,用Minitab设计实验Minitab 命令:,Sessi
23、on Window Output,Page,Version Nov 2002,S I G M A,用Minitab设计实验Minitab 命令:Worksheet Output,注意:每个计算机的工作表运行次序是不同的,Page,Version Nov 2002,S I G M A,6Sigma实验,确定,Page,Version Nov 2002,衡量,分析,实验设计,识别回应衡量YS识别因素和因素标准XS选择设计和障碍任意排列 运行,5.收集资料,实验分析,分析资料得出结论核实结果,改进,控制,S I G M A,说明交互作用的影响,4,4 13.25 17.25 14交互作用的影响,温度
24、对供货商A的影响:18 5 12 18 10 17 21 21,4,4 19.75 13 6.25,解释温度对供货商A的影响:(高的平均数一低的平均数)16 13 22 26 9 21 15 7,(46.25),2 5.125,19,Low,High Temperature,13,Supplier A Supplier B,Page,Version Nov 2002,S I G M A,收集实验资料,Page,Version Nov 2002,练习说明(续)收集资料按“运行“次序”收集资料弯曲每根电线直到断裂计数电线断裂前的弯曲次数记录必要的注释资料收集后:在MINITAB中记录整个小组的结果
25、填写题目为“从练习中你学到什么有关实验的知识”的空白页。,S I G M A,运作定义:“弯曲”电线的耐久性将由弯曲电线直到断裂来 确定。Y在“Y”=对产品首次使用失效的客户投诉Y小“y”=接地线的耐久性电线断裂前弯曲次数越多,接地线越耐 久。,Page,Version Nov 2002,S I G M A,运作定义:“弯曲”,电线,Page,Version Nov 2002,开始,“二次弯曲”,“一次弯曲”,0,1,2,S I G M A,从练习中你学到什么有关实验 的知识?,Page,Version Nov 2002,S I G M A,从练习中你学到什么有关实验 的知识?答案一根电线不代
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