1、1,DOE,及,Minitab,初,级,知識,介绍,(,下,),常用实验设计方法实例,2,主要内容,全因子实验设计,分部因子实验设计,筛选实验设计,-,Plackett-Bruman,中心复合实验设计,(,确认是否非线性）,Box-Behnken（,非线性研究）,静态田口实验设计,3,全因子实验设计,特点：,所有因子和水平的完全组合，结论最真实可靠。,试验次数为,N=,e,k,水平为底，因子数为幂的指数,目的：,寻找最有利于输出的因子水平。,可建立评估所有交互影响的数学模型。,应用范围：,一般,4,个因子以内,4,三因素两水平全因子实验案例,滑轨滚珠成型过程改善案例,某公司专业生产精密滑轨，公
2、司应市场需求开辟的一种滑轨却在市场上出现很大问题，不少客户投诉该公司此款滑轨的滑动力不够稳定，有局部产品超过规格。公司根据市场反响，紧急组织人员进行分析改进。改善小组经过调查分析，决定通过试验设计进行改善。,建立试验目标,本试验的目标是将外滑轨的内部尺寸保证在目标以内并使偏差最小。（内外轨的尺寸配合决定滑动力的大小,）。,5,实验设计方案表,6,可控因素表,7,噪声因素表,8,实验表,全因子试验表,水平设置表,9,主因子效应分析表,因素,C,对输出变量均值的影响最大。因素,A,的影响也较大。因素,B,对输出变量均值的影响很大。,10,因子交互作用分析表,所有因子的交互作用对输出均值的影响均不大
3、。,11,Y,预,测方程,预测方程即回归分析中建立的回归方程，利用它可以预测各因素取何值时，输出变量的值最优，本例中，最优目标中的值为,19.05,，公差范围为：,19.05+0.15mm,，可以根据各因素及其交互作用对输出变量均值的影响建立预测方程。预测方程的通用格式如下：,为的预测值,A/2,为,A,因素对输出变量影响的一半,在建立预测方程时，为了方便计算，一般只将对输出变量有重要影响的因子纳入方程中，,只有,C,因素和,A,因素对输出有变量的均值有重要影响，故将,A,和,C,纳入预测得：,=19.05+(0.27/2)A+(-0.41/2)C,=19.05+0.14A-0.21C,12
4、,确定影响偏差的因素,将本例数据进行分析以确定影响输出变量变异的因素。首先计算每个试验组合中取得的,3,个样品的标准差。,13,S,预测方程,=0.269+0.075A+0.119B,只有,B,因素和,C,因素对输出变量的均值有重要影响，故只将,A,因素和,B,因素纳入预测方程；,标准差极差表,14,Minitab,操作演示,用于单因素不同水平数据的方差分析仅用于数据堆叠在一行的状况,用于单因素不同水平数据的方差分析，不同水平的数据存于不同的栏,用于双因素数据的方差分析,用于多因素多水平数据的方差分析（各因素水平数相同）,用于多因素多水平数据的方差分析（各因素水平数不同）,用于完全堆叠数据（多
5、因素多水平数据的方差分析）,15,主效应影响图,16,标准差影,响主效应图,17,交互作用影响图,18,Minitab,分析,方差分析,19,20,回归分析,21,调优运算,22,分布因子实验,特点：,同时可评估许多因素，因为大大减少了试验组合，可同时的因素数大增。,息量比全因子试验少，精度比全因子试验差,目的：,寻找最有利于输出的因子水平.,建立可评估局部交互影响的数学模型。,后续试验设计确定关键的影响因素。,应用范围,：,一般,515,因子,23,因素间的混淆（交错）概念,Run,A,B,C,AB,AC,BC,ABC,2,1,-1,-1,-1,-1,1,1,3,-1,1,-1,-1,1,-
6、1,1,5,-1,-1,1,1,-1,-1,1,8,1,1,1,1,1,1,1,Run,A,B,C,AB,AC,BC,ABC,1,-1,-1,-1,1,1,1,-1,2,1,-1,-1,-1,-1,1,1,3,-1,1,-1,-1,1,-1,1,4,1,1,-1,1,-1,-1,-1,5,-1,-1,1,1,-1,-1,1,6,1,-1,1,-1,1,-1,-1,7,-1,1,1,-1,-1,1,-1,8,1,1,1,1,1,1,1,2,3,全因子试验设计表,基准：,ABC=-1,以最强交互作用分为,2,局部,基准：,ABC=1,Run,A,B,C,AB,AC,BC,ABC,1,-1,-1,-
7、1,1,1,1,-1,4,1,1,-1,1,-1,-1,-1,6,1,-1,1,-1,1,-1,-1,7,-1,1,1,-1,-1,1,-1,24,1,、因为,ABC,列全部为“,+1”,，所以无法评估其影响。,2,、仔细观察可以发现：,A,和,BC,；,B,和,AC,；,C,和,AB,列的符号完全相同，这意味着进行因素影响分析时：,A,因素影响,=BC,交互作用影响,B,因素影响,=AC,交互作用影响,C,因素影响,=AB,交互作用影响,同理，对于基准,ABC=-1,的第一组，因素间的交错如下,交错,BCACAB,影响,ABC,只要不是全因子试验设计,因素及其交互作用的之间的混淆就一
8、定存在,要求清楚区分因素的主要影响和交互作用影响,特别是,2,因素交互作用的场合，选择试验类型,(,分辨率）时须特别留意。,25,可用分部试验设计表,26,分部实验分辨率的定义,试验设计的分辨率分为,3,类，描述如下表：,试验分辨率,特点,分辨率,=III,1,、主要影响之间未混淆,2,、主要影响与,2,因素交互作用影响混淆,3,、二因素交互作用影响与其它二因素交互作用影响混淆,分辨率,=,1,、主要影响之间未混淆,2,、主要影响与,2,因素交互作用影响未混淆,3,、二因素交互作用影响与其它二因素交互作用影响混淆,分辨率,=,1,、主要影响未混淆,2,、主要影响与,2,因素交互作用影响未混淆,
9、3,、二因素交互作用影响之间未混淆,3,、二因素交互作用影响与,3,因素交互作用影响混淆,27,分部实验分辨率的选择,1,、分辨率,III,级试验设计：如果确信没有,2,因素交互作用对试验指标有重要影响，可选择分辨,III,级设计。,2,、分辨率,：适用于疑心存在,2,因素交互作用对试验指标的重要影响，所以不想使主要影响和,2,因素交互作用影响相混淆，但对,2,因素交互作用之间的混淆不予评估的试验。,3,、分辨率,：适用于需要评估主要影响和,2,因素交互作用影响的试验。,28,分辨率,级分部试验设计例,本节将以四因素,2,水平分部试验设计案例来阐述分试验设计的方案选择及试验和分析流程,.,某公
11、口径,5.8,10,D,：注塑机吨位,750,950,实验设计选择：,小组经过讲座后认为因素,A,和,B,的交互作用,AB,以及因素,A,和,D,的交互,作用,AD,对输出变量（塑胶轮的强度）有重要影响，除了,AD,和,AB,，他们判断没有其它因素的交互作用对输出结果有影响，人们决定选择分部试验设计。,分辨率,级的试验设计在本例中只需,8,次试验组合，比全因子设计减少一半，且可以区分主要影响与,2,因素交互作用影响，故小组决定进行分辨率为,级的分部因子试验设计。,2,IV,(4-1),30,Minitab,演示,31,筛选试验,-plackett-Burman,特点：,分辨率水平为,III,级
12、,各因素的水平数限制为两个,无法区分因素间交互作用影响,目的：,常被用于在改善阶段的初期或分析阶段后期主要用于从大量因素中筛选出关键的少数因素,应用范围：,因素数范围为,2-47,个，一般,7,个以上。,32,筛选试验流程实例,A,公司是来料加工,PCBA,的专业,OEM,厂商,。改善小组经过大量调查，认定波峰炉过程的焊接品质是影响品质本钱的关键。于是决定寻找影响波峰炉焊接的关键因素，以便进行后续的改善。因为因素太多，无法直接分析，小组决定通过筛选试验设计来寻找影响,PCBA,焊接品质的关键因素。,DOE,试验方案表,工程负责人：文静部门：工程部,工程名：波峰炉焊接过程改善日期：,2002
15、EFGH,11+-+-+,21-+-+,31-+-+,41+-+-,51+-+-+-,61-+-+-,71+-+-+,81+-+-+-,91-,101-+-+,111-+-+-,121+-+-+,35,试验结论试验结论,通过本次试验改善小组得出以下结论：,1,、影响波峰炉焊接,FPY,的关键因素为：锡炉温度、松香比重、预热温度和锡条型号。,2,、将各试验因素设置在如下水平时焊接,FPY,最优,因子,水平,1,、传送带角度,15,2,、传送带速度,1.4m/min,3,、锡面高度,60mm,4,、锡炉温度,255,5,、松香温度,80,6,
16、、松香比重,0.820g/ml,7,、预热温度,100,8,、锡条型号,2-200,3,、波峰炉焊接,FPY,最优预测值为,99.22%,。,36,Mintab,演示,37,中心复合实验设计,特点：,1.,是全因子试验和分布因子试验的拓展，通过对,2,水平试验增加一个设计点（相当于增加了一个水平），从而可以对评价指标（输出变量）和因素间的非线性关系进行评估。,2.,实验因素均为为计量型数据。,目的：对因素部确定的非线性进行评估。,应用范围：,29,各因素,一般实施步骤：,（,1,）先进行,2,水平全因子或分部试验设计。,（,2,）再加上中心点进行非线性测试。,（,3,）如果发现非线性影响为显著影响，则加上轴向点进行补充,试验以得到非线性预测方程。,38,立方点,-,中心点,-,轴向点,(0,，,+a),(0,，,-a),(+a,，,0),(-a,，,0),(-1,，,+1),(-1,，,-1),(+1,，,-1),(+1,，,+1),(0,，,0),39,中心复合设计例,以,3,因素中心复合设计为例来讲述中心复合设计的流程及策略。,建立试验目标,本试验的目标为确定塑胶件注塑工序的射出压