实验设计(DOE)—培训教材(新)课件.ppt

1、1/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用实实 验验 设设 计计 Design of ExperimentDesign of Experiment (DOE)(DOE)Shanghai LeanSigmaSagacity Corporation Management Co.,LtdShanghai LeanSigmaSagacity Corporation Management Co.,Ltd 2/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用课程培训大纲课程培训大纲一、实验设计一、实验设计(DOE)(DOE)

2、概要介绍概要介绍二、与实验设计二、与实验设计(DOE)(DOE)有关的术语和定义有关的术语和定义三、实验设计三、实验设计(DOE)(DOE)的基本方法的基本方法 1 1、实验设计、实验设计(DOE)(DOE)的基本方法的基本方法 2 2、在实际应用中可能遇到的情况、在实际应用中可能遇到的情况四、因素之间交互作用的正交实验设计四、因素之间交互作用的正交实验设计(DOE)(DOE)1 1、交互作用的实验设计方法和步骤、交互作用的实验设计方法和步骤 2 2、在实际应用中可能遇到的几个问题的进一步说明、在实际应用中可能遇到的几个问题的进一步说明3/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权

3、，未经同意，禁止复制和培训使用前前 言言 面对竞争日益激烈的市场面对竞争日益激烈的市场，您，您企业企业的的产品设计开发产品设计开发能力能力是不是受到了威胁和挑战是不是受到了威胁和挑战？如何加速如何加速产品的改进及新产品的开发？产品的改进及新产品的开发？如何加速如何加速过程过程的的发展？发展？如何改善如何改善产品的质量？产品的质量？如何避免如何避免技术人员经验的断层？技术人员经验的断层？如何得到最佳如何得到最佳生产条件且稳定操作？生产条件且稳定操作？如何控制或如何控制或模拟复杂的非线性系统？模拟复杂的非线性系统？实验设计实验设计(DOE)(DOE)质量质量工程是您工程是您正确的选择！正确的选择！

4、4/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用 产品质量的好坏产品质量的好坏很大程度上是由很大程度上是由设计设计所决定的，因此在新产品的开发设计阶所决定的，因此在新产品的开发设计阶 段就要十分重视，当然设计的好产品要成为真正的高质量的产品，在生产过段就要十分重视，当然设计的好产品要成为真正的高质量的产品，在生产过 程中还得有好的程中还得有好的工艺参数工艺参数，为此经常需要进行试验，从影响产品质量的一些，为此经常需要进行试验，从影响产品质量的一些 因素中去寻找好的原材料搭配，好的工艺参数搭配等，这便是多因素的试验因素中去寻找好的原材料搭配，好的工艺参数搭

5、配等，这便是多因素的试验 设计问题。设计问题。多因素试验遇到的最大困难是多因素试验遇到的最大困难是试验次数太多，让人无法忍受试验次数太多，让人无法忍受。如果有十个因。如果有十个因 素对产品质量有影响，素对产品质量有影响，每个因素取两个不同状态每个因素取两个不同状态进行比较，那么就有进行比较，那么就有 2 21010=1024=1024个不同的试验条件需要比较。假定个不同的试验条件需要比较。假定每个因素取三个不同状态每个因素取三个不同状态进行进行 比较的话，那么就有比较的话，那么就有3 31010=59049=59049个不同的试验条件，要全部做试验在实际个不同的试验条件，要全部做试验在实际 中

6、是办不到的，因此我们中是办不到的，因此我们只能从中选择一部分进行试验只能从中选择一部分进行试验。选择哪些条件进行。选择哪些条件进行 试验十分重要，这便是试验十分重要，这便是实验的设计实验的设计(DOE)(DOE)。一个好的条件，可以通过少量试。一个好的条件，可以通过少量试 验获得较多的信息，达到试验的目的。实验设计的方法有许多，这里介绍的验获得较多的信息，达到试验的目的。实验设计的方法有许多，这里介绍的 “正交实验设计正交实验设计(DOE)”(DOE)”便是其中的一种常用方法，它利用便是其中的一种常用方法，它利用“正交表正交表”选择选择 试验的条件，并利用正交表的特点进行数据分析，试验的条件，

7、并利用正交表的特点进行数据分析，找出最好的或满意的试找出最好的或满意的试 验条件验条件。5/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用1 1、实验设计、实验设计(DOE)(DOE)的概念：的概念：指指 Design of Experiment Design of Experiment(实验设计实验设计)的英文简称。的英文简称。D D(Design)Design)设计设计 O O(ofof)的的 E E (Experiment)Experiment)实验实验 2 2、实验设计、实验设计(DOE)(DOE)的定义：的定义：一种用于一种用于控制过程输入控制过

8、程输入以便更好地理解对以便更好地理解对过程输出影响的试验过程输出影响的试验 技术技术。指。指有计划地有计划地在在某种条件下某种条件下进行实验从而去获得进行实验从而去获得能预测某能预测某 种现象种现象的的统计资料统计资料，并且通过，并且通过分析试验结果分析试验结果，从该现象中归纳，从该现象中归纳 出出普遍性及再现性规则普遍性及再现性规则的一种有效方法。一项设计的试验是一的一种有效方法。一项设计的试验是一 个个试验或试验序列试验或试验序列，试验中根据描述的设计矩阵系统化地改变，试验中根据描述的设计矩阵系统化地改变 潜在影响过程的变量潜在影响过程的变量。一、实验设计一、实验设计(DOE)(DOE)概

9、要介绍概要介绍6/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用6.2 6.2 人力人力资源资源(续续)6.2.2.1 6.2.2.1 产品设计产品设计技能技能组织必须确保负有产品设计职责的人员有能力达到设计组织必须确保负有产品设计职责的人员有能力达到设计要求，并熟练的掌握适用的工具和技术要求，并熟练的掌握适用的工具和技术。组织必须识别适用的工具和技术。组织必须识别适用的工具和技术。3 3、ISO/TS 16949ISO/TS 16949:2002:2002质量管理体系对实验设计质量管理体系对实验设计 (DOE)(DOE)的要求：的要求：7/92精玛睿版权

10、，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用产品和过程设计人员必须具备的产品和过程设计人员必须具备的最基本的工具和技术最基本的工具和技术1 1、几何尺寸和公差、几何尺寸和公差(GD&T)(GD&T)；2 2、质量功能展开、质量功能展开(QFD)(QFD)；3 3、制造设计、制造设计(DFM)/(DFM)/装配设计装配设计(DFA)(DFA)；4 4、价值工程、价值工程(VE)(VE)；5 5、实验设计实验设计(DOE)(DOE)；6 6、失效模式及后果分析、失效模式及后果分析(DFMEA/PFMEA(DFMEA/PFMEA等等)；7 7、有限元分析、有限元分析(FEA

11、)(FEA)；8 8、实体造型；、实体造型；9 9、仿真技术；、仿真技术；1010、计算机辅助设计、计算机辅助设计(CAD)/(CAD)/计算机辅助工程计算机辅助工程(CAE)(CAE)；1111、可靠性工程计划。、可靠性工程计划。8/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用4 4、实验设计、实验设计(DOE)(DOE)的来源的来源：2020世纪世纪2020年代年代，由，由英国英国R.A.FisherR.A.Fisher等人最早提出实验设计技等人最早提出实验设计技 术，并首先应用于术，并首先应用于农业农业，以后逐渐被应用于，以后逐渐被应用于生物学、遗

12、传学生物学、遗传学等等 方面。方面。19351935年年，R.A.FisherR.A.Fisher的专著的专著实验设计实验设计的出版标志着一的出版标志着一 门新的学科的诞生。门新的学科的诞生。2020世纪世纪3030、4040年代年代，实验设计，实验设计(DOE)(DOE)方法在方法在欧美盛行欧美盛行，应，应 用到用到工业领域工业领域。第二次大战后第二次大战后，实验设计，实验设计(DOE)(DOE)方法在方法在日本日本得到进一步的发展和得到进一步的发展和 应用，特别是以应用，特别是以田口玄一田口玄一为首的一批人员，将实验设计为首的一批人员，将实验设计(DOE)(DOE)方方 法应用于改进产品和

13、系统的质量，成为第二次世界大战后推动质法应用于改进产品和系统的质量，成为第二次世界大战后推动质 量管理的重要工具之一。量管理的重要工具之一。田口方法介绍：田口方法介绍：产品质量的形成贯穿于产品寿命周期的全过程，包括设计、产品质量的形成贯穿于产品寿命周期的全过程，包括设计、制造和使用过程。田口博士提出产品的三次设计思想：制造和使用过程。田口博士提出产品的三次设计思想：系统系统 设计、参数设计和容差设计设计、参数设计和容差设计。同时，他将正交实验设计方法。同时，他将正交实验设计方法 应用于产品研制阶段对应用于产品研制阶段对参数的合理选择参数的合理选择，为提高产品的设计，为提高产品的设计 质量提供了

14、一套理论和方法。质量提供了一套理论和方法。9/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用 19501950年年19601960年：年：田口玄一将田口玄一将可以控制可以控制的的要因要因(控制要因控制要因)配置在直交表上，研究在配置在直交表上，研究在使用使用环境环境下下(误差误差要因，亦即不可控制要因，亦即不可控制的的要因要因)会会使使变异变异最小最小的过的过程程(配方配方)条件条件，在，在美国称为稳健性设计美国称为稳健性设计。19701970年年19801980年：年：田口玄一将田口玄一将原本使用原本使用于测量系统的动态于测量系统的动态SNSN比比扩张扩

15、张至至对对所有所有系统系统机能机能性性的的研究。研究。脱离脱离以以数理统计为基础的实验计划法数理统计为基础的实验计划法，而改用和，而改用和技术技术本身十分本身十分密切密切的贺的贺米特米特(HermiteHermite)形式。亦即形式。亦即：光谱：光谱(SpectraSpectra)分解分解的观的观念念。1980 1980年年19901990年：年：田口玄一田口玄一到到美国指导时，他将应用美国指导时，他将应用基本基本机能机能作作为为研究研究的的重要性，重要性，因此因此主张主张使用使用试验试验片作片作为为基本基本机能的机能的研究。研究。在在无法充分无法充分改善改善时时，才，才考虑进行考虑进行允差允

16、差设计设计。19901990年年 现在：现在：田口玄一将田口玄一将SNSN比比扩张扩张至至医疗医疗、生物等特殊、生物等特殊领域进行领域进行研究研究。10/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用5 5、实验设计、实验设计(DOE)(DOE)的的目的：目的：1)1)藉由藉由有有计划计划的进行实验的进行实验，以便，以便达成达成未未实验实验前的前的假设假设。2)2)由于由于不是不是采用采用“试误试误法法”，因此能提升，因此能提升产品研发的效产品研发的效 率率。3)3)利用特殊的分析方法，以求得除了利用特殊的分析方法，以求得除了平均值平均值以外的以外的数数

17、值值。6 6、实验设计、实验设计(DOE)(DOE)适用对象适用对象：产品产品研究研究、设计和开发部门以及生产、技术、工艺部、设计和开发部门以及生产、技术、工艺部 门门，即，即：必須藉由必須藉由实验实验以以验证验证其其假设假设或或理论基础理论基础的的单位单位 最最为适用为适用。11/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用7 7、企业在质量管理中，经常会遇到、企业在质量管理中，经常会遇到多因素、有误差、周期长多因素、有误差、周期长的的 这一类试验，希望通过试验能够解决以下几个问题：这一类试验，希望通过试验能够解决以下几个问题：1)1)、对、对质量指标

18、质量指标的影响，的影响，哪些因素重要，哪些因素不重要？哪些因素重要，哪些因素不重要？2)2)、每个因素取什么、每个因素取什么水平水平为好？为好？3)3)、各个因素按什么样的水平搭配起来使、各个因素按什么样的水平搭配起来使指标指标较好？较好？实践证明，实践证明，正交实验设计正交实验设计(DOE)(DOE)是处理这类试验问题是处理这类试验问题 的一种简便易行、行之有效的方法。的一种简便易行、行之有效的方法。8 8、实验设计、实验设计(DOE)(DOE)所要研究和解决的问题：所要研究和解决的问题：如何以如何以尽可能少尽可能少的试验次数获得的试验次数获得足够有效足够有效的数据，并分析得的数据，并分析得

19、 出比较出比较可靠可靠的结论。的结论。12/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用 汽车汽车可靠性试验可靠性试验是一项是一项周期长、费用高周期长、费用高的工作，且影响的工作，且影响可靠可靠 性试验结果性试验结果的的因素很多因素很多。有些因素单独起作用，有些因素则。有些因素单独起作用，有些因素则 互相制约联合起作用。如果试验安排得好，通过少数几次试互相制约联合起作用。如果试验安排得好，通过少数几次试 验，就能获得所需要的信息，得出明确的结论。如果试验方验，就能获得所需要的信息，得出明确的结论。如果试验方 案安排得不好，花了大量的人力、物力，做了大量的

20、试验，案安排得不好，花了大量的人力、物力，做了大量的试验，仍然得不到所需要的结论。因此，仍然得不到所需要的结论。因此，合理地安排可靠性试验合理地安排可靠性试验，是一项十分重要的工作，它可以使试验工作者事半功倍。是一项十分重要的工作，它可以使试验工作者事半功倍。实验设计是实验设计是统计数学统计数学的一个重要分支。它指导人们合理地设的一个重要分支。它指导人们合理地设 计实验方案，科学地分析试验数据，计实验方案，科学地分析试验数据，用尽可能少的试验次用尽可能少的试验次 数，得到理想的结论。数，得到理想的结论。实验设计的方法很多，对于影响因素实验设计的方法很多，对于影响因素 多，试验周期长的可靠性试验

21、来说，用正交表设计实验方案多，试验周期长的可靠性试验来说，用正交表设计实验方案 的的正交实验设计正交实验设计(DOE)(DOE)法法，是一种行之有效的工程方法。，是一种行之有效的工程方法。13/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用二、与实验设计二、与实验设计(DOE)(DOE)有关的术语和定义有关的术语和定义1 1、以以数值数值形式作形式作分类分类：1.1 1.1 计数计数值：值：测量数值测量数值不不为连续为连续量，一般用量，一般用“个个”代表。代表。单纯计数单纯计数值值：将一个将一个特性特性区分为区分为良品或不良品，常用在良品或不良品，常用在外

22、观外观 等等。例如：不良例如：不良个数个数、故障台、故障台数数 .多重多重计数计数值值：将一个将一个特性特性区分为优区分为优、良、中、可、劣、良、中、可、劣等。等。例例 如：如：外观外观可分可分为：为：好、有一些瑕疵、有很多瑕疵好、有一些瑕疵、有很多瑕疵 .。1.2 1.2 计量计量值：值：测量数值为连续测量数值为连续量。量。制订规格时制订规格时常用它。常用它。单一目标单一目标的的特性。特性。例如：例如：某一某一规定规定的尺寸或的尺寸或电压或电压或顏顏色色 .。多重多重目标目标的的特性，特性，依据依据不同的需求，只要不同的需求，只要改变改变某一要因即可某一要因即可 达成达成不同不同产品产品。例

23、如：经例如：经由三原色加入量的不同即可做出不由三原色加入量的不同即可做出不 同的顏色，此同的顏色，此时对时对顏色而言是有顏色而言是有无无限多的限多的目标目标。至于至于单一单一特性特性或者或者多多个个特性特性只在只在于最后于最后找出找出最佳最佳组合组合时会时会有有 影响影响，因此留在最，因此留在最适条件选取时适条件选取时時再時再谈谈。14/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用2 2、要因：要因：会影响会影响特性值的要因特性值的要因(配方配方)。2 2.1.1 控制要因：可由控制要因：可由设计设计者或主事者者或主事者变更的变更的要因，用以得到最要因，

24、用以得到最 安定安定(最佳最佳)的产品输出的产品输出值值(特性值特性值)。例如。例如：工序过程条件：工序过程条件、构成构成元件等。元件等。2 2.2.2 误差误差要因：不可由要因：不可由设计设计者或主事者者或主事者变更的变更的要因，或者要因，或者变更变更 时时所需成本所需成本相当相当高。例如高。例如：环境：环境溫度溫度对于产品对于产品的的影响影响等。等。它它适用来评估设计适用来评估设计者找出的配方能否者找出的配方能否接受接受考验考验的重要要的重要要 因。因。2 2.3.3 信号信号要因：和特性值有一要因：和特性值有一已知之已知之函数函数关系关系，此要因只存在，此要因只存在 于于多重多重目标目标

25、特性中，藉由特性中，藉由改变改变此一要因此一要因达成达成不同目的特性不同目的特性 的需求。如的需求。如：前例中的三原色的添加量即前例中的三原色的添加量即为信号为信号要因。要因。15/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用3 3、水平、水平(L Level)evel)水平水平值值(或水准或水准&水准值水准值)：3 3.1.1 水平水平是是该该要因在能夠被要因在能夠被设定的设定的可能可能范围范围内内，取得，取得数个数个不同不同 的设定的设定值，此值，此时该时该要因具有要因具有数个水平数个水平。而。而该设定该设定值值称为水称为水 平平值。值。3 3.2.

26、2 常用常用的水平有：的水平有：2 2水平水平：一般用：一般用于于非非连续的连续的要因。要因。3 3水平水平：一般用：一般用于连续的于连续的要因。要因。例如：例如：涂布时，温度涂布时，温度(TempTemp)为为控制要因控制要因(令令为为)，其可能，其可能 的的加工加工范围为范围为280330280330时时，常，常将将其取成其取成3 3水平水平，其其代号代号及及水平水平值分別如下值分別如下：1 1280280，2 2300300，3 3330330。注意：注意：当当为连续为连续性要因，其性要因，其水平的间水平的间隔要大隔要大于于6 6倍倍标准标准 差差温度温度16/92精玛睿版权，未经同意，

27、禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用ABData-1LowLow3LowHigh4HighLow5HighHigh6B-LowB-HighA-Low34A-high56A-LowA-HighB-LowB-High4 4、交互作用、交互作用(定义之一定义之一)：用以下用以下2 2个变数个变数A A、B B。其分別可以其分別可以设定为低设定为低(LowLow)，高，高 (HighHigh)。假设会假设会有以下情形有以下情形产生，则称为没有产生，则称为没有交互作交互作 用用，亦即亦即2 2者相互者相互独立独立。17/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同

28、意，禁止复制和培训使用A-LowA-HighB-LowB-HighABData-2LowLow3LowHigh5HighLow6HighHigh4B-LowB-HighA-Low35A-high645 5、交互作用、交互作用(定义之二定义之二)：用以下用以下2 2个变数个变数A A、B B。其分別可以其分別可以设定为低设定为低(LowLow)，高，高 (HighHigh)。假设会假设会有以下情形有以下情形产生，则称为具有产生，则称为具有交互作交互作 用用，亦即亦即2 2者相互者相互依存依存。18/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用6 6、交互作

29、用的重点：、交互作用的重点：用已研究用已研究2 2个变数间个变数间依存程度依存程度的的大小。一般大小。一般变数都会变数都会有有一一 定程度定程度的的依存，因此可藉由它依存，因此可藉由它来判断来判断其大小。其大小。如果不知如果不知道道交互作用交互作用的的大小，而大小，而给予了错误的假设给予了错误的假设，则则可可 能能造成造成实验失败实验失败。研究交互作用研究交互作用将将使得使得实验规模无法减少实验规模无法减少，亦即，亦即实验次数将实验次数将 为为：变数变数要因要因 变数个数变数个数(例如：例如：22=4)22=4)。有有时为权衡时为权衡2 2者，因此者，因此采用部分采用部分研究交互作用的方式，亦

30、研究交互作用的方式，亦 即不研究高次即不研究高次项项的交互作用。的交互作用。19/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用7 7、实验的方式、实验的方式：7.1 7.1 试误法试误法(Try&ErrorTry&Error)：依据依据每次每次实验结果实验结果加入自己加入自己专业判专业判 断断，以，以决定决定下一次下一次实验实验的的参数组合参数组合。此一方法需要很。此一方法需要很强强的的 专业知识专业知识(亦即第六感要好亦即第六感要好)。7.2 7.2 单单要因要因实验实验方法：一次只方法：一次只改变改变一一个个要因，以要因，以寻求该寻求该要因的要因的

31、最佳最佳设定设定值。此一方法值。此一方法对于对于有有两个两个以上要因以上要因会会同同时影响时影响特特 性值的性值的话将会话将会有有问题问题。7.3 7.3 多要因多要因(多元配置多元配置)实验实验方法：方法：将将所有的要因做排列所有的要因做排列组合组合，因此每一因此每一种种可能的情形都可能的情形都将将被做被做实验实验，依据依据此找出最佳此找出最佳组组 合合。此一方法在要因。此一方法在要因个数个数很少很少时时可以可以进行进行，但是一般即使，但是一般即使 重要要因重要要因也也会会有十有十几个几个，如此，如此将将使得使得实验实验完成日期完成日期遥遥无遥遥无 期期。7.4 7.4 正正交表交表实验实验

32、方法：藉由各要因在方法：藉由各要因在实验实验中出現相同中出現相同次数次数，以，以 平衡平衡该该要因的要因的影响影响大小。此大小。此为为目前可以目前可以同时解决同时解决上述上述两两大大 缺点缺点的方法。的方法。20/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用8 8、正、正交表表示方式交表表示方式解释解释：8 8.1.1 正正交表交表的符号意义的符号意义：L L代表型代表型正正交表，交表，a a代表需要做代表需要做a a次次试验试验，b b代表代表b b水平水平，c c代表代表 可以可以摆放摆放c c个个要因要因，即：，即：L La a(b bc c)。例

33、如：例如：L L9 9(3 34 4)表示：表示：L L代表型代表型正正交表，交表，9 9代表需要做代表需要做9 9次次试验试验，3 3代表代表3 3水平水平，4 4代表可以代表可以摆放摆放4 4个个要因要因，即：，即：L L9 9(3 34 4)。常用的正交表种类有：常用的正交表种类有：2 2水平水平系列：系列：L L4 4(2(23 3)、L L8 8(2(27 7)、L L1616(2(21515)、L L3232(2(23131)、L L6464 例：例：L L4 4(2(23 3)表示做表示做4 4次次试验试验、3 3因子因子(因子指控制因素，其因子因子指控制因素，其因子 数数=n-

34、1=n-1，n n为试验次数为试验次数)、2 2水平水平。3 3水平水平系列：系列：L L9 9(3 34 4)、L L2727(3 31313)、L L8181(3 34040)例：例：L L9 9(3(34 4)表示表示9 9次次试验试验、4 4因子因子(因子指控制因素，其因子因子指控制因素，其因子数数 =(n-1)/2=(n-1)/2，n n为试验次数为试验次数)、3 3水平水平。混合型混合型系列系列：L L1212(2(21111)、L L1818(2(21 13 37 7)、L L3636(2(23 33 31313)例：例：L L1818(2(21 13 37 7)表示表示1818

35、次次试验试验、2 2水平水平1 1因子、因子、3 3水平水平7 7因子。因子。21/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用9 9、因子因子名称解释名称解释：9.1 9.1 控制因子：在控制因子：在工序过程工序过程中，中，会影响产品质量特性的参数会影响产品质量特性的参数，其其参数参数可自由控制的可自由控制的参数称为参数称为控制因子。例：材料控制因子。例：材料种种 类类 。9.2 9.2 误差误差因子：在因子：在工序过程工序过程中，中，会影响产品质量特性的参数会影响产品质量特性的参数，其其参数参数不能或不太能不能或不太能改变改变的的参数称为误差参数称为

36、误差因子。例：外界因子。例：外界 的溫度的溫度 。9.3 9.3 调和调和因子：在因子：在工序过程工序过程中，中，会影响产品质量特性的参数会影响产品质量特性的参数，其其参数参数不能或不太能不能或不太能改变质量特性的变差改变质量特性的变差的的参数称为调和参数称为调和 因子。因子。9.4 9.4 信号信号因子：如同控制因子，但在工程上是容易作因子：如同控制因子，但在工程上是容易作调整调整，且，且 和和输出间输出间有其理想的有其理想的线性关系线性关系。22/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用1010、静态、静态特性分析：特性分析：10.1 10.1

37、望小特性：望小特性：测量结果测量结果越小越好。越小越好。例如例如：不良率、表面不良率、表面粗糙粗糙度、噪音度、噪音 。10.2 10.2 望大特性：望大特性：测量结果测量结果越大越好。越大越好。例如例如：强度：强度、寿命寿命 。10.3 10.3 望目特性：望目特性：测量结果测量结果有一特定有一特定目标目标，越接近，越接近目标目标 越好。越好。例如例如：输出电流：输出电流、输出电压输出电压、硬度、硬度、浓度浓度 。10.4 10.4 零零点点望目特性：望目特性：测量结果测量结果有其正有其正负负之值，其以越之值，其以越 接近零越好。接近零越好。例如例如：弯曲：弯曲、位置的偏移、位置的偏移 。23

38、/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用1111、动态特性：、动态特性：对于一个系统对于一个系统而言，希望而言，希望通过调整设计参数来通过调整设计参数来改善改善系统系统 的效率的效率()()及此效率及此效率()()的的稳定稳定性。效率性。效率()()可可定义为定义为此此系系 统统所所产生产生的的输出输出(y)(y)与输入与输入的的信号信号因子因子(M)(M)之比，理想之比，理想 上，上，我们我们希望此效率越大越好，而且希望此效率越大越好，而且维持维持定值，定值，换换句句话话 说说，也就是，也就是y y与与MM成正比，而且其中效率成正比，而且其中效率

39、()()越大越好。越大越好。因此此因此此质量质量特性的理想值不是特性的理想值不是一个一个固定值，是固定值，是动态动态的，的，故此故此称为动态称为动态特性。特性。动态动态特性的特性的种类种类：零零点点比例式：比例式：y=My=M；基准基准点点比例式：比例式：y-yy-ys s=(M-Ms)=(M-Ms)；一次式一次式：y=+My=+M 24/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用MMS/NS/N1212、动态、动态特性分析：特性分析：12.1 12.1 零零点点比例式：比例式：测量测量值在值在信号信号因子因子为为零零时时，其，其测量测量 值亦值亦为为

40、零。即此零。即此线性关系会通过原点的线性关系会通过原点的特性。特性。25/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用MMS/NS/N1212、动态、动态特性分析特性分析(续续)：12.2 12.2 基准点基准点比例式：比例式：测量测量值在值在信号信号因子因子为为某一特性值某一特性值 (Ms)(Ms)时时，其，其测量测量值值输出输出亦亦为为某一特性值某一特性值(Ys)(Ys)为为理理 想。即此想。即此MsMs为为校正校正的基准的基准。26/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用MMS/NS/N1212、动态、

41、动态特性分析特性分析(续续)：12.3 12.3 一次式：其一次式：其测量测量值非零值非零点点比例式、比例式、基准点基准点比例式比例式 时时，使用此一特性。，使用此一特性。27/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用12.4 12.4 S/NS/N比比的的解析：解析：信号杂音信号杂音比（比（signalsignaltotonoisenoiseratio)ratio)。其其为为分析分析试验结果的试验结果的共通共通语言语言。其其为为子子数与对数的关系数与对数的关系。10101 1=10=10 10102 2=100=100 10103 3=1000=1

42、000 其其单位为单位为分貝分貝(db)(db)。其值越大越好。其值越大越好。安定性（安定性（稳健稳健性）的性）的评价标准。评价标准。28/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用12.5 12.5 最佳最佳组合组合：为为其其依据试验结果依据试验结果所所计算计算出出的的S/NS/N比，所排列出最佳化比，所排列出最佳化 的过程参数为的过程参数为最佳最佳组合组合。12.6 12.6 最适组合最适组合：其其依据依据最佳最佳组合的组合的排列，排列，考虑考虑其成本因素，而排列出最其成本因素，而排列出最 理想化理想化的过程参数为的过程参数为最佳最佳组合组合。29

43、/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用 对对“正交试验设计的基本方法正交试验设计的基本方法”的理解：的理解：是指那些适于解决各因素的水平数都相等，因素间的交互作用是指那些适于解决各因素的水平数都相等，因素间的交互作用 均可忽略的试验问题和方法。而交互作用指的是因素间的联合均可忽略的试验问题和方法。而交互作用指的是因素间的联合 搭配试验指标的影响作用。搭配试验指标的影响作用。正交实验设计正交实验设计(DOE)(DOE)的基本步骤：的基本步骤：、分析问题，明确实验设计的目的和确定试验指标；、分析问题，明确实验设计的目的和确定试验指标；、确定试验因素并

44、选取适当水平；、确定试验因素并选取适当水平；、选择合适的正交表，进行表头设计；、选择合适的正交表，进行表头设计；、制订试验计划、制订试验计划(试验方案试验方案)；、进行试验，测定试验结果；、进行试验，测定试验结果；、对试验结果进行统计分析，得出因子的主次关系和较优、对试验结果进行统计分析，得出因子的主次关系和较优 水平组合。水平组合。三、实验设计三、实验设计(DOE)(DOE)的基本方法的基本方法30/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用1)1)、实验设计、实验设计(DOE)(DOE)的基本方法：的基本方法：1 1、分析问题，明确实验设计的目的和

45、确定试验指标：、分析问题，明确实验设计的目的和确定试验指标：在一项试验中，用来衡量在一项试验中，用来衡量试验效果试验效果的指标，称为的指标，称为试验指标试验指标，有时简称指标，也称有时简称指标，也称试验结果试验结果，通常用，通常用y y来表示。它类似数来表示。它类似数 学中的因变量或目标函数。学中的因变量或目标函数。试验指标用数量表示的，称为试验指标用数量表示的，称为定量指标定量指标，如：温度、压，如：温度、压 力、硬度、强度、寿命、成本等。不能直接用数量表示力、硬度、强度、寿命、成本等。不能直接用数量表示 的指标，称为的指标，称为定性指标定性指标，如：产品的外观质量可作为定，如：产品的外观质

46、量可作为定 性指标。定性指标可以转化为定量指标。性指标。定性指标可以转化为定量指标。试验指标是由试验指标是由试验目的试验目的确定的。因此，要进行一项试确定的。因此，要进行一项试 验，首先必须验，首先必须明确试验目的，确定试验指标明确试验目的，确定试验指标。31/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用 磁鼓电机是录象机磁鼓组件的关键部件之一。某厂以磁鼓电机是录象机磁鼓组件的关键部件之一。某厂以国外同类产品的水平为依据，对电机质量进行调查，发现国外同类产品的水平为依据，对电机质量进行调查，发现力矩不合格达力矩不合格达43%43%，因此，为了提高电机的输

47、出力矩，需，因此，为了提高电机的输出力矩，需要进行试验。要进行试验。就以上试验而言，试验目的就是就以上试验而言，试验目的就是提高磁鼓电机的输出提高磁鼓电机的输出 力矩。力矩。因此因此输出力矩输出力矩就是本试验的试验指标，该指标越就是本试验的试验指标，该指标越 大表明试验条件越好，并且是一个定量指标。大表明试验条件越好，并且是一个定量指标。案案 例例 一一32/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用2 2、确定试验因素并选取适当水平：、确定试验因素并选取适当水平：试验中，凡试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因对试验指标可能产生影响的原因，称为，称为

48、因素因素，也称也称因子因子或元，类似数学中的自变量。需要在试验中考虑或元，类似数学中的自变量。需要在试验中考虑 研究的因素，称为研究的因素，称为试验因素试验因素，有时也称为因素，通常用大，有时也称为因素，通常用大 写字母写字母A A、B B、C C等表示。等表示。如本案例中，充磁量、定位角度、定子线圈匝数都是如本案例中，充磁量、定位角度、定子线圈匝数都是 试验因素，它们分别以试验因素，它们分别以A A、B B、C C表示。表示。因素在试验中所处的各种状态，或所取的不同值，称为因因素在试验中所处的各种状态，或所取的不同值，称为因 素水平素水平，也简称为，也简称为水平水平，通常用下标，通常用下标1

49、 1、2 2、3 3表示。表示。若一个因素选取若一个因素选取K K种状态或取种状态或取K K个值个值，就称该因素为，就称该因素为K K水平水平 因素因素，因素水平有的可以取得具体值；有的只能取大致范，因素水平有的可以取得具体值；有的只能取大致范 围或某个模糊概念，如：软、硬、大、小、好、较好等；围或某个模糊概念，如：软、硬、大、小、好、较好等；也有用型式、特征表示的，如：轮胎的种类和花纹，汽车也有用型式、特征表示的，如：轮胎的种类和花纹，汽车 的不同档位等。的不同档位等。33/92精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用精玛睿版权，未经同意，禁止复制和培训使用2.1 2.1 上述案例上述案例技

50、术分析技术分析：2.1.1 2.1.1 影响输出力矩的因素为：影响输出力矩的因素为：、充磁量；、充磁量；、定位角度；、定位角度；、定子线圈匝数。、定子线圈匝数。2.1.2 2.1.2 为讨论方便，把这为讨论方便，把这3 3个因素分别命名为：个因素分别命名为：、充磁量、充磁量 A A；、定位角度、定位角度 B B；、定子线圈匝数、定子线圈匝数 C C。即：即：A A、B B、C C 为因子。为因子。2.1.3 2.1.3 根据经验，可以确定出各因素的变化范围为：根据经验，可以确定出各因素的变化范围为：A A 充磁量充磁量(T)(T)：900900100100-4-413001300100100-