望目特性稳健设计实践.课件.ppt
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- 特性 稳健 设计 实践 课件
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1、望目特性稳健设计实践望目特性稳健设计实践DESIRE DESIRE 精益六西格玛设计系列课程精益六西格玛设计系列课程Slide 72学习本阶段课程,你可以掌握学习本阶段课程,你可以掌握 .自己动手完成一个望目特性稳健参数设计自己动手完成一个望目特性稳健参数设计稳健设计的注意事项稳健设计的注意事项如何在如何在Minitab中实现稳健参数设计中实现稳健参数设计稳健设计中的实践操作要点稳健设计中的实践操作要点望目特性稳健设计的流程望目特性稳健设计的流程Slide 73望目特性参数设计路标图望目特性参数设计路标图1. 定义范围/目标2. 选择响应值3. 研究噪声对策4. 建立控制因子和等级 确定控制因
2、子和等级 将它们分配到正交排列5. 准备和进行实验及收集数据7. 进行以下设计的证实测试:a) 优化设计b) 初始设计8. 实施和记录结果重新考虑和调查步骤 1 - 7是否证实?6. 进行数据分析确定最优的设计预案计算每轮正交排列的信噪比和均值完成信噪比及均值响应值表提出以下设计的信噪比预测: a) 优化设计 b) 初始设计Slide 74第一部分:第一部分: 稳健设计实践案例剖析稳健设计实践案例剖析瓷砖制造范例瓷砖制造范例 隧道窑隧道窑 1953 年,一家日本瓷砖制造公司 INAX 从欧洲采购了价值 200 万美元的新隧道窑。该砖窑长 80 米。内部有一辆叠放瓷砖的推车 随着燃烧器烧制瓷砖,
3、在轨道上缓慢移动(36 小时行进 80 米)。 问题在于瓷砖厚度的可变性。 有关瓷砖制造流程优化的稳健设计,其有趣的早期应用出现在 50 年代的日本。从那以后稳健设计方法得到了许多完善。但这个案例可说明用于设计优化的田口方法的一些基本特点。Slide 75问题:问题: 瓷砖不均匀瓷砖不均匀对工厂人员来讲,厚度不均匀的根本原因显然在于热分配不均匀。将不均匀受热视为噪声因子。重新设计砖窑的费用高得惊人(500万美元)。回想一下,有很多不同类型的对策可供我们对付“噪声”,即 忽略、控制忽略、控制/ /消除、补消除、补偿和减少。偿和减少。 超过 25% 的瓷砖都不在尺寸规格之内。内部瓷砖很少能够符合规
4、格。对于需求不断高涨的彩色瓷砖而言,所面临的问题更为严重。Slide 76定义项目范围定义项目范围他们认为,将一吨的工业轧机用于实验显得过于庞大,所以决定选用其 2 公斤产能的小型球磨机。他们这样做的原因是,如果噪声因子策略能够得以正确执行,那么小规模生产的结果同样可以适用于大规模生产。工厂人员决定进行实验,以寻找在砖窑内不受位置影响的瓷砖材料的组成。项目范围摘要:项目范围摘要:使用小型球磨机测试的材料组成原材料原材料粉碎和混合粉碎和混合铸模铸模煅烧煅烧上釉上釉煅烧煅烧 瓷砖制造流程瓷砖制造流程 Slide 77确定响应确定响应y = y = 瓷砖厚度瓷砖厚度 (mm)(mm)USLUSL标称
5、标称LSLLSL内部内部瓷砖瓷砖外部外部瓷砖瓷砖砖窑中砖窑中所处位所处位置置 制造规格为 10.00 0.15 mm; 工厂人员知道这是响应的望目特性望目特性类型;他们认为,瓷砖尺寸的均匀意味着加热深度的均匀;他们必须证实自己的想法。要衡量的输出响应是:y = y = 瓷砖厚度瓷砖厚度 (mm)(mm)10.00 10.00 0.15 mm 0.15 mm制造规格,y = 瓷砖厚度,是:当厚度为 10.00 mm 时,厚度响应的目标值将达到完美的均匀状态。Slide 78确定噪声因子与等级确定噪声因子与等级理想值 y = 10.00 mm 可归纳为 y = m,m 是标称尺寸时没有可变性。推车
6、上的瓷砖位置被视为一个主要的噪声因子。接近热源的外部瓷砖和距其较远的内部瓷砖之间的温度梯度非常大。 P5P1P6P7P4P3P2噪声等级等级等级-1等级等级-2等级等级-3等级等级-4等级等级-5等级等级-6等级等级-7P 瓷砖位置内部 前部内部 尾部外部 右面外部 左面外部 前部外部 顶部内部 中间噪声因子噪声因子Slide 79确定控制因子与等级确定控制因子与等级等级等级-1-1等级等级-2-2等级等级-3-3A A石灰石5%1%B B滑石43%53%63%C C滑石类型新类型- 1当前新类型- 2D D耐火黏土0.0%1.0%3.0%E E粒度细粒度当前粗粒度F F烧制顺序第一第二第三G
7、 G长石7%4%0%H H粘土类型类型- K混合型类型- G控制因子控制因子A2B2C2D2E2F2G2H2 为当前条件。控制因子和等级为精选的瓷砖成分控制因子和等级为精选的瓷砖成分通过脑力风暴讨论,他们从材料组成参数中选择控制因子和等级。 因子 F 是流程顺序控制因子。Slide 80稳健设计规划稳健设计规划ABCDEFGH1111111112112222223113333334121122335122233116123311227131213238132321319133132121021133221112121133212213221131322123132142223121315223
8、12321162313231217232131231823321231内排列外排列y = 瓷砖厚度瓷砖实验的实验选用了L18正交排列,各行指定了 18 项控制因子测试条件;P1 至 P7 指定噪声等级或位置。 Slide 81在在Minitab里完成实验规划里完成实验规划1.打开打开 Minitab 的空白工作表的空白工作表2.选择选择“StatDOETaguchi Create Taguchi Design.”(统计(统计DOETaguchi 创建创建 Taguchi 设设计计.)3.选择选择“Mixed Level Design”(混合等级设计)(混合等级设计) 4.选择因子数为选择因子数
9、为 “8”5.单击单击 Taguchi 对话框中的对话框中的“Designs”(设计(设计)按钮)按钮6.选择选择“L18 2*1 3*7”7.单击设计对话框中的单击设计对话框中的“OK”(确定)(确定)8.单击单击 Taguchi 主对话框中的主对话框中的“OK”(确定)(确定)2567834Slide 82进行实验与数据收集进行实验与数据收集瓷砖材料以 L18 的每个组合配制并在小型砖窑中煅烧(烧制),然后从每 7 个位置中选出一个样品测量厚度(单位 mm)。 A B C D E F G H11111111110.18 10.18 10.12 10.06 10.029.9810.20211
10、22222210.03 10.019.989.969.919.8910.123113333339.819.789.749.749.719.689.8741211223310.09 10.08 10.079.999.929.8810.1451222331110.06 10.05 10.059.899.859.7810.1261233112210.20 10.19 10.18 10.17 10.14 10.13 10.227131213239.919.889.889.849.829.809.9381323213110.32 10.28 10.25 10.20 10.18 10.18 10.3691
11、331321210.04 10.02 10.019.989.959.8910.11102113322110.009.989.939.809.779.7010.1511212113329.979.979.919.889.879.8510.05122132211310.069.949.909.889.809.7210.12132212313210.15 10.08 10.049.989.919.9010.2214222312139.919.879.869.879.859.8010.02152231232110.02 10.009.959.929.789.7110.06162313231210.08
12、 10.009.999.959.929.8510.14172321312310.07 10.029.899.899.859.7610.19182332123110.10 10.08 10.059.999.979.9510.12外排列(数据外排列(数据 瓷砖厚度,毫米)瓷砖厚度,毫米)控制因子控制因子Slide 83进行实验数据分析进行实验数据分析一旦从实验中收集到数据,将使用以下程序对数据进行分析:q计算每次实验的信噪和均值计算每次实验的信噪和均值q完成并解释响应值表完成并解释响应值表q执行两步优化执行两步优化q提出预测提出预测 信噪比有用输出有害输出 2y2 Slide 84信噪比的计算方法
13、信噪比的计算方法计算 n 数据,y1 y2 y3 . . yn 为:y1+ y2 + y3 . . . + yny =n=n - 1 Si =1,n )2 (yi- y (y1- )2 y (y2- )2 y (yn- )2 y +. . .=n - 1S/N = = 10 x log+n-1 2 n-1 2 y 2Slide 85 L18测试,会在外排列中创建一组数据。例如,从 L18 第 1 轮测试中收 集的一组数据显示如下:第 1 轮测试的信噪比计算 如下图 n-1yynyyniiniin=-=12110.111 0.087()n=7S N/log).=104131y2n-12 (dB)
14、(由于最终目的是减少噪声引起的可变性,将针对 L18 的每一轮计算信噪比。A B C D E F G HP1P2P3P4P5P6P7S/N均均值值Sigma L18 第第 1 轮轮1 1 1 1 1 1 1 1 10.18 10.18 10.12 10.06 10.02 9.98 10.20 41.3110.110.087外排列外排列 瓷瓷砖砖位置位置 1-7控制因子控制因子Slide 86在在Minitab中计算信噪比中计算信噪比1.打开练习文件打开练习文件2.选择选择“StatDOETaguchi Analyze Taguchi Design” (统计(统计DOETaguchi 分析分析
15、Taguchi 设计)设计)3.为响应数据选择为响应数据选择“P1-P7”4.单击分析单击分析 Taguchi 对话框中的对话框中的“Graphs” (图表(图表)按钮)按钮5.勾选图表对话框中的勾选图表对话框中的“Signal to Noise ratios”(信(信噪比)和噪比)和 “Means”(均值)(均值)6.单击图表对话框中的单击图表对话框中的“OK”(确定)(确定)23456Slide 878 89 9111112127 710107.7. 单击分析对话框中的单击分析对话框中的“AnalysisAnalysis” ” (分析)按钮(分析)按钮8.8. 勾选分析对话框中的勾选分析对
16、话框中的“Signal to Noise ratio”Signal to Noise ratio”(信噪比(信噪比 )、)、 “ “Means”Means”(均值)和(均值)和“Standard Standard Deviations”Deviations”(标准差)(标准差)9.9. 单击分析对话框中的单击分析对话框中的“OK”OK”(确定)(确定) 10.10.单击分析对话框中的单击分析对话框中的“Storage” Storage” (存储)按钮(存储)按钮11.11.勾选存储对话框中的勾选存储对话框中的“Signal to Noise ratio”Signal to Noise rati
17、o”(信噪比)、(信噪比)、“Means”Means”(均值)和(均值)和“Standard Standard Deviations”Deviations”(标准差)(标准差)12.12.单击存储对话框中的单击存储对话框中的“OK”OK”(确定)按钮(确定)按钮Slide 8813.单击分析对话框中的单击分析对话框中的“Options”(选项)按钮(选项)按钮14.勾选选项对话框中的勾选选项对话框中的“Nominal is best 10*Log(Ybar*2/s*2)”(望目特(望目特性性 10*Log(Ybar*2/s*2))15.单击选项对话框中的单击选项对话框中的“OK”(确定)按钮(
18、确定)按钮16.单击分析对话框中的单击分析对话框中的“OK”(确定)(确定)14151613Slide 89实验结果的分析实验结果的分析请注意:18 信噪比在 36 db 至 50 db 之间变化 - 有 14 db 的波动;第 10 个组合是最糟糕的;第 6 个组合最佳,其可变性范围小于第 10 个组合的 A B C D E F G HP1P2P3P4P5P6P7信噪比信噪比Si g m a均值均值11111111110.1810.1810.1210.0610.029.9810.2041.310.08710.1121122222210.0310.019.989.969.919.8910.12
19、42.190.0789.993113333339.819.789.749.749.719.689.8743.650.0649.7641211223310.0910.0810.079.999.929.8810.1440.340.09610.0251222331110.0610.0510.059.899.859.7810.1237.740.1299.9761233112210.2010.1910.1810.1710.1410.1310.2250.030.03210.187131213239.919.889.889.849.829.809.9346.340.0489.8781323213110.32
20、10.2810.2510.2010.1810.1810.3643.210.07110.2591331321210.0410.0210.019.989.959.8910.1143.130.07010.00102113322110.009.989.939.809.779.7010.1536.040.1569.9011212113329.979.979.919.889.879.8510.0542.880.0719.93122132211310.069.949.909.889.809.7210.1237.050.1399.92132212313210.1510.0810.049.989.919.901
21、0.2238.460.12010.0414222312139.919.879.869.879.859.8010.0243.150.0699.88152231232110.0210.009.959.929.789.7110.0637.690.1299.92162313231210.0810.009.999.959.929.8510.1440.230.0979.99172321312310.0710.029.899.899.859.7610.1936.600.1479.95182332123110.1010.0810.059.999.979.9510.1243.480.06710.04控制因子控制
22、因子外排列(数据外排列(数据 瓷砖厚度,毫米)瓷砖厚度,毫米)Slide 90S/N 响应值表显示了控制因子如何影响可变性,如下所示:标准差降低 = 1 - ()(增益/6) 归纳:标准差降低0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%051015202530dB 增益增益标标准差降低准差降低 (%)dB 增益增益可可变变性降性降低低 (%)0.11%0.22%0.56%1.011%1.516%2.021%2.525%3.029%4.037%5.044%6.050%9.065%10.069%12.075%15.082%18.088%20.090%24.094%30.097
23、%Slide 91(41.31 + 42.19 + 43.65 +40.36 + 37.74 + 50.03 + 46.34 + 43.21 + 43.13) / 9 = 43.10 DeltaDelta 是给定因子的所有等级的最大不同之处,它代表每个因子的效应强度效应强度。 信噪比响应值表信噪比响应值表望目特性望目特性 (10*Log(Ybar*2/s*2)等级等级 A B C D E F G H1 43.10 40.52 40.45 40.32 44.52 41.11 40.42 39.912 39.50 41.22 40.95 40.88 40.12 41.37 41.48 42.823
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