西格玛改善阶段绿带教材汇编课件.ppt
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1、6Sigma绿带培训绿带培训-改善阶段改善阶段6Sigma绿带培训绿带培训-改善阶段改善阶段n实验设计简介 n2K因子实验设计简介n23实验n部分因子设计n响应面方法(RMS)n进化操作(EVOP)nI阶段路径目录目录Introduction to Experimentation实验设计简介实验设计简介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,进行一个实验的目的是为了更好的了解真
2、实的世界,而不是了解实验数据。而不是了解实验数据。William Diamond IBM-retired statistician)IBM-已退休的统计员已退休的统计员Learning objectives学习目的学习目的通过对本文章的学习,学员将能够通过对本文章的学习,学员将能够 解释什么是解释什么是DOEDOE。理解为什么使用理解为什么使用DOEDOE 解释一些解释一些DOEDOE的术语的术语 描述描述DOEDOE的基本步骤的基本步骤 描述有效效果设计的一些阻碍描述有效效果设计的一些阻碍 了解了解OFATOFAT实验设计的局限性实验设计的局限性What is Design of Exper
3、iments(DOE)什么是实验设计什么是实验设计 DOE consists of purposeful changes of input variables (factors)to a process(or activity)in order to observe the corresponding 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。(因子),以观察输出变量(响应量)的相应变化。It is a
4、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 并确定并确定输入(因子)是如何影响输出(响应量输入(因子)是如何影响输出(响应量)What is Design of Experiments(DOE)什么是实验设计什么是实验设计Or或者Factors 因子因子(controlled variables 可控制的变量)X1X2:XnResponse 响应变量响应变
5、量(measured outcome 可测量的输出)Y Noise 噪音噪音(uncontrolled variables 非可控制变量)NID(0,)Y =Y+Why Use DOE为什么使用试验设计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。试验设计是确定优化
6、输出并减少成本的输入设定值的途径。试验试验设计设计是设定公差的科学方法。是设定公差的科学方法。Benefit of DOE实验设计的益处实验设计的益处The benefits of DOE are:实验设计的益处如下实验设计的益处如下 a)Process performance improvement 改善过程绩效水平改善过程绩效水平 b)Costs reduction 降低成本降低成本 c)Shortening product development time.缩短产品开发时间和生产时间缩短产品开发时间和生产时间Basic Terminology基本术语基本术语Response 响应变量响应
7、变量所关注的可测量的输出结果,如良率、强度等。所关注的可测量的输出结果,如良率、强度等。Factors 因子因子可控制的变量,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。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 水平水平 因子的取值或设定,如:因子的取值或设定,如:e.g.Level 1 for time=2 hr Level2 for time=3 hr 举例:时间因子的水平举例:时间因子的水平1 12 2小时小时 时间因子的水平时间因子的水平2 23 3小时小时Basic Terminology基本术语基本术语Treatment
8、处理处理 a set of specified factor levels for an experimental run 某次实验的整套因子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:举例:处理处理1 1:时间:时间2 2小时,小时,温度温度175175 c c 处理处理1 1:时间:时间3 3小时,小时,温度温度225225 c c Basic Terminology基本术语基本术语 Repetition 重复重复 重复指在不重新
9、组合实验设定的情况下,连续进行试验并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。收集数据。Replication 复制复制 复制意味每个数据值在重新设定测试组合之后收集。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适当安排实验次序,使每个实施被选出的机会都相等 目的目的:避免噪音因子的变化对结果的影响避免噪音因子的变化对结果的影响.Steps of DOE实验设计步骤实验设计步骤I、statement of the problem 陈述问题陈述问题II、set the objective
10、of the DOE 设立目标设立目标III、determine the output response(s)确定输出变量确定输出变量IV、identify input factors(control factors and noise factors)识别输入因子(可控因子识别输入因子(可控因子/噪声因子)噪声因子)V、select the levels for each factors 选定每个因子的水平选定每个因子的水平Steps of DOE实验设计步骤实验设计步骤VI.Select the type of DOE 选择实验设计类型选择实验设计类型VII.Plan and prepar
11、e the resource for conducting the experiments 计划并为实施实验做准备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分析数据并得出结论.X.Run confirmatory experiments,if necessary.必要时进行确认实验必要时进行确认实验.Step III:Determine the Response(s)步骤三:确定响
12、应变量步骤三: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
13、的输出变量尽量使用可精确,稳定测量的输出变量.Step IV:Identify Input Factors步骤四:识别输入因子步骤四: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:通常可通过以下工具识别输入因子:-Fishbone diagram 鱼骨图鱼骨图 -C&E matrix 因果矩阵因果矩阵 -FMEA 潜在失效模式效果分析潜在失效模式效果分析Control Factors vs.Noise Factors可控因子与噪声因子可控因子与噪声因子Controllable(Control)fa
14、ctors are factors for which we can set and maintain a desired level during a process 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。的因子。Noise factors are factors that vary during normal Operation,and we cannot control them.Or,we prefer Not to control them becaus
15、e 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;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 Factor步骤五:选择输入因子的水平步骤五: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。因子水平可以是定量的,也可是定性的。Quantitative
16、example.定量举例定量举例 温度:温度:100 100 和和120 120 压力:压力:20 psi 20 psi 和和25 psi25 psi 旋转度:旋转度:3000RPM vs.3500RPM Qualitative example-定性举例定性举例 Machine A vs.Machine B 机器机器A A和机器和机器B B Shift A,B,C 曲线曲线A,B,CA,B,C Material type:New vs old 材料类型:新和旧材料类型:新和旧Step V:Select Levels for each Factor步骤五:选择输入因子的水平步骤五:选择输入因子的
17、水平Levels are selected based on DOE objective.因子水平的选择是基于实验目的。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)筛选筛选DOEDOE:从大量的变量中确定出重要的少数输入因子: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将当前能力的极限值设定为“大胆大胆”水准水准Step V:Se
18、lect Levels for each Factor步骤五:选择输入因子的水平步骤五:选择输入因子的水平Objective#2:To understand factor relationships and interactions量化量化DOEDOE:了解因素关系及交互作用: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一旦确定重要的输入因子
19、,通过减少水平间距来确定输入因子间的关系和交互作用子间的关系和交互作用Objective#3:To identify the operating window of a set of input variables(Process Optimization)优化优化/稳健稳健DOEDOE:确定一组输入变量的操作参数(过程最优化: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水平设定进一步接近Step VI:Select the type of DOE步骤六:选择步骤六:选择DOEDOE类型类型实验的常用类型实验的常用类型O
20、bjectives 目的目的可控因子的多少可控因子的多少Screening筛选法筛选法通过测试大量的因子来发现关键的因子通过测试大量的因子来发现关键的因子不评价交互作用不评价交互作用7 or more7个或更多个或更多全因子实验法全因子实验法发现提供最好结果的因子和水平发现提供最好结果的因子和水平建立数建立数学学模型(可评价所有交互作用)模型(可评价所有交互作用)4 or fewer4或更少或更少部分因子法部分因子法发现提供最好的结果的因子和水平发现提供最好的结果的因子和水平建立数学模型(可评价部分交互作用建立数学模型(可评价部分交互作用)5 or more5个或更多个或更多Central C
21、omposite Design(CCD),or Box-Behnken中心合成法中心合成法Box-Behnken 最优化最优化发现提供最好的结果的因子和水平发现提供最好的结果的因子和水平当存在非线性影响时建立数学模型(经当存在非线性影响时建立数学模型(经常使用向应面方法)常使用向应面方法)3 or more3个或更多个或更多Step VII:Plan conducting the experiment步骤七:实施实验的计划步骤七:实施实验的计划实施实验的计划应解决以下问题:实施实验的计划应解决以下问题:费用如何?费用如何?我们已经与内部客户讨论过吗?我们已经与内部客户讨论过吗?需要多长时间?需
22、要多长时间?有必要做试运行吗?有必要做试运行吗?我们需要提案及许可吗?我们需要提案及许可吗?谁来进行实验?谁来进行实验?Step VIII&IX:Conduct experiments,obtain data and analyze data步骤八和九:实施实验,获取数据并分析数据步骤八和九:实施实验,获取数据并分析数据Obtain the data 获取数据获取数据 -Validate the data collection and data values 确认数据确认数据,收集数据值收集数据值 -Validate that special conditions did not influe
23、nce 确认特别情况不会产生影响确认特别情况不会产生影响Analyze the data using Minitab 用用Minitab Minitab 分析数据分析数据 We will cover this in later modules 我们将在接下来的课程里讲解我们将在接下来的课程里讲解Barriers to Effective DOE实施实验的阻碍实施实验的阻碍Problem not clear 问题不清问题不清Objectives not clear 目标不明目标不明 Inadequate brainstorming 集体讨论不充分集体讨论不充分Results of the exp
24、eriment unclear 实验结果不清实验结果不清DOE is too costly 实验设计费用过高实验设计费用过高DOE is too time consuming 实验设计耗时过长实验设计耗时过长 Lack of understanding DOE strategies 对实验设计策略缺乏理解对实验设计策略缺乏理解Barriers to Effective DOE实施实验的阻碍实施实验的阻碍Not confident during the early stages实验初期缺乏信心实验初期缺乏信心Lack of management support缺乏管理支持缺乏管理支持Need f
25、or instant results过于迫切需要结果过于迫切需要结果Lack of adequate coaching/support缺乏足够的指导缺乏足够的指导/支持支持Advantages 优点优点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被称为OFATOFAT(一次一个因子)的假设检验技术快得多。(一次一个因子)的假设检验技术快得多。DOEDOE实验在分析初期阶段可以用来筛选大量因子实验在分析初期阶段可以用来筛选大量因子DOEDOE实验可以分析出因子间的潜在实验可以分析出因子间的潜在“交互作用交互作用”。OFATOFA
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