Design of Experiments

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1、试验设计与分析DesignandAnalysisofExperiments讲师：何建军第一部分DAOE基础知识内容提要一、试验的定义4主效应二、试验设计和分析的含义5交互作用三、试验设计和分析的历史6试验单元和发展7试验环境四、试验设计和分析的作用8模型和误差五、试验设计和分析DOE有六、试验设计分类关术语七、试验设计运用步骤•1因子（可控因子、非可控因子）八、DOE基本原则（重复、随机化和分组）•2水平/处理•3响应3一、试验的定义•人们通常通过一系列试验，在试验中有目的地改变输入变量，从而研究和识别引起一个过程或系统输出变化的原因。•在质量管理中所

2、遇到的，不论是设计新产品，还是改革旧工艺、提高产品质量、减低成本，大都需要做试验。4Y=f(x)的思想供货商原材料过程产品客户InputProcessOutputCustomerSupplierCTICTPCTQVOCxxy最佳组合5一个实际的试验案例一个喷漆工厂，针对喷漆后烤漆过程所使用的烘烤时间及温度，各使用单因子多次实验法进行试验，以了解哪一种条件下附着力最好。先决条件：试验因素：1、底材要一样；1、烘烤温度；2、油漆要一样；2、烘烤时间；3、溶剂要一样；4、粘度要一样；6附着力-温度的关系10080附着力60402006070809010011

3、0120130140150温度℃结论：温度在130度及140度最理想7附着力-时间的关系100附着力80604020时间0102030405060708090分结论：时间在40分到60分最理想8二、试验设计和分析的含义•一种安排试验和分析试验数据的方法。试验设计主要是对试验进行合理的安排，以较小的试验规模（试验次数）、较短的试验周期和较低的试验成本，通过合理的试验数据分析，获得理想的试验结果和正确的试验结论。如何设计试验和分析试验数据，有一个方法问题！不好的试验设计方法，即使做了大量的试验，也未必能达到预期的目的；一个好的试验设计方法，既可以减少实验次

4、数，缩短试验时间和避免盲目性，又能迅速得到有效的结果。9二、试验设计和分析的含义•任何试验问题都有两个方面：试验设计和试验数据（统计）分析。这两者是有联系的，因为试验数据（统计）分析以试验的设计方法为基础。本课程主要关注试验中的两大课题：试验设计和试验数据分析。10二、试验设计和分析的含义可控制因素生產生產//制造制造過程過程不可控制因素11试验设计实例针对上面提到的喷漆试验实例，将时间及温度以外的各条件予以固定，并将温度及时间按以下方法安排试验。试验顺序温度（℃）时间（分钟）11305021404031304041405051404061304071

5、405081305012三、试验设计的历史和发展•DAOE起源于上世纪20年代，是英国统计学家R.A.Fisher创立；•最初在农田试验方面取得重要成果；后较广泛应用于生物学、医学等领域的科学研究；•二战后在工业中得到推广和应用；•日本学者田口玄一首先将DAOE应用于产品设计开发，从而使得有效推广。13四、试验设计和分析的作用•试验设计和分析是科学和工程界改善产品，优化过程的科学的、重要的工具。在工业界，试验设计广泛运用于产品设计和过程设计，在产品设计和过程设计的早期运用试验设计和分析有如下作用：•1.提高过程的产能和质量；•2.将质量特性集中于目标值

6、，减少变差；•3.降低开发时间；•4.降低总成本；14四、试验设计和分析的作用对于过程设计和改进，试验设计和分析一般有以下作用：1)确定哪些因子X是引起响应Y变化的主要因子;2)确定如何设定因子X的组合，以确保响应Y接近目标值；3)确定如何设定因子X的组合，以使响应Y的变差最小；4)确定如何设定因子X的组合，以使得非可控因子对响应的影响最小；15四、试验设计和分析的作用通过实验，控制其不良的影响程度，建立一个稳健（robust）过程通过实验进行优化设计16五、试验设计DOE有关术语1因子（可控因子、非可5交互作用控因子）6试验单元2水平/处理7试验环境

7、3响应8模型和误差4主效应术语1——可控因子controlledfactor•我们将影响响应的那些变量称为实验问题中的因子(factor)。其中x1,x2,x3是人们在实验中可以控制的因子，我们称可控因子（controlledfactor）x1y1x2过程y2x3y3u1u218术语1——非可控因子uncontrolledfactor•在影响响应的因子中除了可控因子外，还包括一些非可控因子(uncontrolledfactor)：u1,u2……,他们通常包括环境、操作员、材料批次等，对于这些变量我们通常很难或者不能经济地把它们控制在某个精确值上。x1y

8、1x2过程y2x3y3u1u219DOE术语2——水平和处理•为了研究因子对响应的影响，需要用