DOE与Minitab-经典案例培训资料.ppt
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1、DOE(实验设计)与Minitab培训Roc.Luo,课程目录,有关DOE与定义DOE的一般模式DOE的意义DOE的分类DOE常见术语DOE处方DOE方法演示,1.陈述问题和实验目标2.选择“Y”-响应变量3.陈述因子和水平4.选择DOE5.实施实验及收据数据6.分析实验结果7.结论和计划,6a.为整个模型建立方差分析表 统计DOE因子分析因子设计6b.用简化模型重新分析实验6c.进行残值诊断,保证模型适合 统计回归回归 统计DOE因子分析因子设计-图形6d.研究显著的交互作用(P-值DOE因子因子图 统计方差分析交互作用图6e.研究显著的主效果(P-值DOE因子因子图 统计方差分析交互作用图
2、6f.获得的数学模型Y=f(X),计算%SS的影响和评估实际的重要性,DOE的关键因素a)确定实验限制条件b)设计实验-确定实验设计方法 统计DOE因子创建因子设计c)噪声变量d)分组与随机化e)重复与再现f)确定样本容量,DOE:即实验设计(Design of Experimental)-是对实验方案进行优化设计、以降低实验误差和生产费用,减少实验工作量并对实验结果进行科学分析的一种科学研究方法;是一种藉用实验的手段来决定最佳设计或生产的方法。Minitab软件:是为DOE、质量改善、教育和研究应用领域提供统计软件和服务的先导。MINITAB 被许多世界一流的公司与四千多所院校所采用。,有关
3、DOE与定义,爱迪生的助手尼古拉.特勒撒说:“我非常同情他的工作状况,如果有一点点理论和计算能帮助他的话,就将节省他90%的精力。”爱迪生是靠苦干拼出来的,他是在边试验边分析后确定下次试验该怎幺做的。这种方法速度太慢,已经无法适应快速发展的需求了。天才靠的是1%的灵感和99%的汗!-Thomas Edison,爱迪生的汗水,DOE的一般模式,因子的来源考虑:因果图(鱼骨图),FMEA,柏拉图,头脑风暴法每个因子存在不同的水平(level)观测值可能受到噪音的影响,DOE 将通过不同的试验,以得到实际的X和Y的关系.,DOE的意义1,为什么需要试验设计,1、优化设计的必要性提高产量;减少变异性,
4、与额定值或 目标值更为一致;减少开发时间;减少总成本;,DOE的意义2,2、实验设计的作用,DOE的分类,过程参数设计优化选择最佳的参数组合使产品对杂音最不敏感;应用直交表进行原因检测和平均值的处理;应用直交表使变异最小;最低成本,田口试验是运用最多的好方法,DOE常见术语1,我们假定过程的结果当中,y1,y2,y3是我们关心的输出变量,这些我们常常称之为响应(response),我们将影响响应的那些变量称为实验问题中的因子。其中x1,x2,x3是人们在实验中可以控制的因子,我们称为可控因子(controlled factor),在影响过程和结果的因子中除了控制因子还包括一些不可控因子(unc
5、ontrolled factor):u1,u2,他们通常包括环境、操作员、材料批次等,对于这些变量我们通常很难把它们控制在某个精确值上。,不可控因子-噪音U,响应Y,可控因子X,可控因子是影响过程最终结果(响应)的输入变量。,DOE常见术语2,响应(Response):实验输出的结果,即因变量,通常用“Y”表示。因子(Factor):影响实验输出结果的不同输入变量,即自变量,通常用“X”表示。水平(Level):实验中对因子的不同设定值。噪音(Noise):不可控制的因子/因素。分组(Blocking):也叫做模块化,将噪音的干扰最小化的方法。随机化(Randomization):以一种随机的
6、次序做试验。(消除噪音变量或随机误差的影响)编码(Code):用简单的符号或数字来代替“X”的时间的水平的方法。通常把计量型 因子的高水平设定为“+1”,低水平设定为“-1”,中心水平设定为“0”。重复(Repetition):一种组合的反复,以得到相同水平的多个结果。也即在一个实验配置组 合条件下测试数个样品(揭示短期有效性)再现(Replication):以随机的次序重复整个实验,而不是按同样的次序把实验再做一次。(降低系统误差和随机误差)。也即在一个时间序列上重做整个实验(揭示长期有效性)主效果(Main Effect):对单个因子而言,从一个水平到另一个水平的变化对输出的平均影响交互作
7、用(Interaction):即一个因子A对Y的影响的影响,依赖于因子B所处的水平。则称A与B有交互作用。,DOE常见术语3,实验次数:多水平实验次数=K1*K2*K3(K1,K2,K3为第K个因子的水平数)。两水平实验次数=2K;三水平实验次数=3K。计量特性的种类(田口试验)望目特性:此特性具有一特定的目标值(愈近目标值愈好),例如尺寸、换档压力、间隙、粘度等。望小特性:目标的极端值是(值愈小愈好),例如磨耗、收缩、劣化、杂音水准等望大特性:目标值为无限大(值愈大愈好),例如强度、寿命、燃料效率等。,附:品质特性可分为二类计量特性:能以连续尺度量测。如厚度、浓度、时间等。计数特性:不能以连
8、续尺度量测,但能按不连续分级尺度分类。常依主观而判定,如 好、更好、最好、不合格、不合格品数等。,DOE常见术语4-正交表,正交表(直交表)特点:每一列都是自我平衡,即每一列中各水准出现的频率相同。每两列间都是互相平衡,即在某一列中出现某水准的所有实验组,在另一列中出现各水准的频率相同。,陈述实际问题和实验目的,选择“Y”响应变量,陈述因子和水平,选择DOE,实施实验及收集数据,分析实验结果,结论和计划,通过DOE 想达到什么目的?,Y是什么?计量型?计数型?如产出率,作业时间,清洁度等,如温度(100,150),重量(20,30,40kg),全因子实验,田口设计,2K因子实验或响应曲面设计等
9、,收集实验结果的数据,运用Minitab进行实验数据分析,制定改善方案,DOE的处方,必要时重复实验,陈述问题和实验目的,选择“Y”响应变量,陈述因子和水平,选择DOE,实施实验及收集数据,分析实验结果,结论和计划,首先要明白实验的目的到底要什么?把握Vital Few Xs(少数关键X)的影响程度 把握选定的重要X之间的交互作用 建立X和Y的预测模型 决定Y最佳化的X的条件:,DOE处方-1.陈述实际问题和实验目的,选择响应变量“Y”(特性值)响应变量的定义-改善的目的是什么?目标值(平均)/散布水准(标准偏差)-响应变量随着时间变吗?响应变量是否具备正态分布?-希望能发现出多大的响应变量的
10、变化程度?-MSA(测量分析系统)是否可靠?-希望得到多个输出响应变量吗?计数型与计量型数据的比较?计数型属性数据(合格/不合格率)的有效性不及计量型数据(连续测量数据),这表明需要大量的数据才能得出数据有效的统计结论。所 以尽量选择计量型数据作为Y,以避免收集大量数据,陈述问题和实验目的,选择“Y”响应变量,陈述因子和水平,选择DOE,实施实验及收集数据,分析实验结果,结论和计划,DOE处方-2.选择“Y”响应变量,陈述问题和实验目的,选择“Y”响应变量,陈述因子和水平,选择DOE,实施实验及收集数据,分析实验结果,结论和计划,DOE处方-3.陈述因子和水平,决定因子选择“X”因子,尽量为计
11、量型,可以从以下来:-因果图-头脑风暴法-流程图-专家意见-供应商输入-竞争性分析-分析阶段结果 宁缺毋滥!处理噪音变量(不可控因子)的方法-利用随机化-试图把噪音变量维持为常数的方法-利用Block化-反复实验,陈述问题和实验目的,选择”Y”响应变量,陈述因子和水平,选择DOE,实施实验及收集数据,分析实验结果,结论和计划,决定因子的水平 按因子数及影响的特性选择水平数-因子多时,用2水平-只有线形影响时,用2水平-估计有曲线影响时,用3水平 水平的范围设定:-选择“X”变量,要有足够的范围以体现差异。-不可脱离实现可能性的范围(但可以超出当前 Process的范围)。-对计量性数据的输入变
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