响应曲面设计与分析ppt课件.ppt

1、The 7th term DOE trainingWhite1RSM-响应曲面设计与分析SAM:白军明The 7th term DOE trainingWhite2Part 1-复习-20Part 2-RSM-响应曲面设计与分析20Part 3-应用Minitab进行RSM-30Part 4-应用JMP进行RSM-30Part 5-应用JMP和Minitab进行稳健设计-50Part 6-练习:直升机试验-180课程内容The 7th term DOE trainingWhite3温故知新DOE的目的:1. 从多个变量中找出对输出影响最大的因素,即显著因素;2. 找到最能使输出符合目标值的因素

2、组合;3. 调整可控制因素使输出值的波动最小;4. 寻找可控制因素之值,使输出值最佳;5. 从多个变量比例总和不变中找出使输出最佳的因素组合；6. 不改变目前的生产的条件下的DOEDOE种类:1. 部分因子DOE筛选2. 全因子DOE3. RSM4. Taguchi Design5. Mixture Design6. EVOP调优运算nDOE设计的基本原则:n重复实验(Replication);n随机化(Randomization);n划分区组(Blocking);The 7th term DOE trainingWhite4常用实验设计的策划与安排1.用部分实施的因子设计进行因子的筛选; 目

3、的: 找到有影响的因子;2. 全因子实验设计法对因子效应和交互作用进行全面分析; Factor5, 目的使因子；3. 响应曲面方法(RSM) 确定回归关系并求出最优设置；拟合一个二次方程，得到实验区域的最优点；The 7th term DOE trainingWhite5JMP软件中DOE的基本类型:自定义设计预确定设计因子设计全因子设计,因子个数少,需要考查交互项稳健设计响应面设计混料设计The 7th term DOE trainingWhite6Minitab软件中DOE的基本类型: 因子因子 响应曲面响应曲面 混合混合 田口田口The 7th term DOE trainingWhit

4、e7复习：复习：中心点中心点center point设计和最大倾斜法设计和最大倾斜法 n二水平试验中，自变量的水平只有两个，因此自变量的效果只能用直线才看得到。但这只是假设，有必要确认是直线还是曲线。n中心点设计，是指利用部分配置法选定重要因子后，在确认自变量的效果是直线还是曲线时所使用的方法。n如果是直线，跟随因变量的增加方向进行试验，快速移动到最佳点附近，这就是最大倾斜法。 The 7th term DOE trainingWhite8n例如：对通过部分配置法选定的重要因子A、B进行中心点(center point)设计。（A的水平是40，60；B的水平是80，100） 复习：复习：中心点

5、中心点center point设计和最大倾斜法设计和最大倾斜法 The 7th term DOE trainingWhite9复习：复习：请准确解释下面的试验结果请准确解释下面的试验结果？你能写出拟合方程吗？你能写出拟合方程吗The 7th term DOE trainingWhite10Part 2-RSMRSM-响应曲面设计与分析The 7th term DOE trainingWhite11,;:(),:;:),(321噪声误差失拟误差实验测量误差函数关系可控因子响应变量errorfXYerrorXXXfYiRSM:研究响应变量Y如何依赖于自变量X，进而找到X的设置使得Y得到最佳值。(X

6、 3)The 7th term DOE trainingWhite12响应面设计与分析errorxxbxbxbxbxbby21122222211122110先用两水平的因子试验数据拟和线性回归方程，如有弯曲趋势，再拟和一个含二次项的回归方程目的：响应变量究竟如何依赖于自变量，进而找到最佳自变量的设置使的响应变量得到最佳值（较适应望大和望小的情形）The 7th term DOE trainingWhite13响应面设计方法如何选择全因子设计部分一般安排全因子试验，当因子数大于时才考虑部分实施的因子设计，但；如何确定星号点的位置(a的数值)；1. CCD-中心复合设计 2. Box-Behnke

7、n将因子各试验点取在立方体的中点，特点：试验次数少；如何确定中心点的个数(Nc)；中心点个数至少也要次；The 7th term DOE trainingWhite14网球弹度生产条件优化例子关键因子: Silica, Silane, and Sulfur,过目标是450;Silica高底水平分别取0.7%和1.7%;Silane高底水平分别取40和60;按排全因子和中心点作3次的实验;The 7th term DOE trainingWhite15Part 3-MinitabRSM-响应曲面设计与分析The 7th term DOE trainingWhite16利用Minitab完成此DO

8、EThe 7th term DOE trainingWhite17结果分析3.01.50.0-1.5-3.0999050101R Re es si id du ua al lP Pe er rc ce en nt tN15AD0.155P-Value 0.942600500400300210-1-2F Fi it tt te ed d V Va al lu ue eR Re es si id du ua al l210-1-23210R Re es si id du ua al lF Fr re eq qu ue en nc cy y151413121110987654321210-1-2O

9、Ob bs se er rv va at ti io on n O Or rd de er rR Re es si id du ua al lN No or rm ma al l P Pr ro ob ba ab bi il li it ty y P Pl lo ot tV Ve er rs su us s F Fi it ts sH Hi is st to og gr ra am mV Ve er rs su us s O Or rd de er rR Re es si id du ua al l P Pl lo ot ts s f fo or r 弹弹度度- -1 1CurHighLow1

10、.0000DOptimald = 1.0000Maximum弹度-1y = 603.7501.0000DesirabilityComposite40.060.01.802.800.701.70硫_1硅烷_1硅_10.701.8040.0The 7th term DOE trainingWhite18数据分析The 7th term DOE trainingWhite19Part 4-应用JMP进行RSMThe 7th term DOE trainingWhite20试验安排DOEResponse Surface Design输入响应和因子, 按”Continue”, 选设计方法案Box_Beh

11、nken随机化选中心点数,或重复次数;生成试验表安排试验从表面板ModelRun script生成分析报告The 7th term DOE trainingWhite21响应面响应The 7th term DOE trainingWhite22The 7th term DOE trainingWhite23交互作用分析Prediction profilerInteraction profilerThe 7th term DOE trainingWhite24预测结果Prediction ProfilerDesirability FunctionsPrediction ProfilerMaxim

12、ize DesirabilityPrediction ProfilerRemember setting250300350400450500550600拉伸603.756.03596600.51意愿0.9987650.811.21.41.60.7硅404550556040硅烷1.822.22.42.62.81.8硫00.250.50.751意愿预测刻画器预测刻画器The 7th term DOE trainingWhite25等高线分析:Response Factor ProfilingContour ProfilerThe 7th term DOE trainingWhite26Part 5-

13、应用JMP和Minitab进行稳健设计The 7th term DOE trainingWhite27稳健参数设计 通过选择可控因子的水平组合来减少一个系统(或产品,过程)对噪声变化的敏感性,从而达到减少此系统性能波动的目的. 噪声因子的来源:1.参数的变化;2. 原材料参数的变化;3. 环境的变化;4. 载荷因子;5. 单元间差异与空间差异;6. 时间差异;7. 耗损降级;The 7th term DOE trainingWhite28试验和建模传通思维: 通过减少噪声的变差来实现肩上响应变量的变差;稳健参数设计:探索可控因子与噪声因子的交互作用,用改变可控因子与噪声因子的水平组合的办法来减

14、小响应变量的变差.选择参数的最佳设置以求减少响应变量变差的方法称为参数设计;如何限定可控因子的噪声波动的方法称为容差设计;常用建模方法:乘积表(也叫内外表)(Inter-outer array)进行位置与散度建模;找到对位置有显著影响者为位置因子(Location Factor);对散度有显著影响者为散度因子(Dispersion Factor);是位置因子但又非散度因子者称为调节因子(Adjustment Factor);单一乘积表进行响应建模;The 7th term DOE trainingWhite29建模策略:望目型:1. 选择散度因子的水平使散度最小化;2. 选择调节因子的水平使位

15、置达到目标值;望大(小)型:1. 选择位置因子的水平使位置达到最大(小)化;2. 选择非位置因子的散度使散度最小化;The 7th term DOE trainingWhite30位置及散度的度量信噪比(S/N)1lg(10/:)11lg(10/:)1lg(10/:);lg(10/:121222ppNSynNSynNSsyNSniinii部分缺陷型望大型望小型望目型The 7th term DOE trainingWhite31稳健参数设计的计划1.成本制定可控因子水平表;2. 制定控制表(内表);二水平:L4,L18,L16,L32, 三水平:L9,L27;3.制定误差因子水平表;4. 制定

16、噪声表(外表)乘积法:采用正交表安排噪声表;综合误差法;(负侧最坏水平;标准水平;正侧最坏水平);最不利综合误差法; (负侧最坏水平;正侧最坏水平);The 7th term DOE trainingWhite32例子：例子：此试验的目标是找出预定控制因子设置，它可在最大化附着此试验的目标是找出预定控制因子设置，它可在最大化附着性（脱拉力）的同时最小化尼龙管的组装成本。性（脱拉力）的同时最小化尼龙管的组装成本。因子名称因子名称类型类型水平水平注释注释干扰控制3管道和连接器干扰壁厚控制3连接器的壁厚度深度控制3将管道插入至连接器的深度粘度控制3粘度百分比时间噪声2处理时间温度噪声2温度湿度 噪声

17、2相对湿度The 7th term DOE trainingWhite33试验数据The 7th term DOE trainingWhite34稳健参数设计-JMPDOETuguchi Arrays输入响应,控制因子,噪声因子的数量和水平数;生成试验表安排试验;输入结果;噪声因子只取两水平;The 7th term DOE trainingWhite35表面板ModelRum scriptOr AnalyzeFit Model;稳健参数设计-JMPThe 7th term DOE trainingWhite36Thechangeinpredictedresponseasyouvaryonef

18、actoratatime,holdingtheotherfactorsattheircurrentvalues.Clickinthegraphtochangethecurrentvaluesofthefactors.17192123Y均值22.82524.525.526.5YSN比26.907530.000.501.00Desirability0.9529051232干扰1232壁厚1233深度1231粘度.00.25.50.751.00DesirabilityPrediction ProfilerRSquareRSquareAdjRootMeanSquareErrorMeanofRespon

19、seObservations(orSumWgts)1.19.731949Summary of FitIntercept干扰1干扰2壁厚1壁厚2深度1深度2粘度1粘度2Term19.731944-1.0569440.9930556-0.5652780.4805556-1.3694440.53472220.7847222-0.215278Estimate.StdError.tRatio.Prob|t|Parameter Estimates干扰壁厚深度粘度Source2222Nparm2222DF6.32211811.67295148.57420142.9592014SumofSquares.FRa

20、tio.ProbFEffect TestsWhole Model稳健参数设计-JMP主效应图分析主效应图分析:The 7th term DOE trainingWhite37稳健参数设计-MinitabThe 7th term DOE trainingWhite38稳健参数设计-Minitab解释结果解释结果对于选择的因子设置对于选择的因子设置2-2-3-1，信噪比预测为信噪比预测为 27.82，均值预测，均值预测为为24.87 。然后，可以使用这些。然后，可以使用这些因子设置来运行试验，以检验模因子设置来运行试验，以检验模型的准确性。型的准确性。The 7th term DOE trainingWhite39Part 6-练习:直升机试验-180课程内容