实验设计与质量改进

《实验设计与质量改进》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第九章实验设计与质量改进第一节实验设计概述第二节全因子实验第三部部分因子实验和RSM简介第四节田口方法第一节实验设计概述一、实验设计概念实验设计(DOE─DesignofExperiments)：是用于产品和工艺参数稳健性设计及工艺过程的优化的方法，主要解决多因素条件实验的问题。目的：合理安排实验；科学的分析实验结果；以较小的实验规模（实验次数）、较短的实验周期和较低的实验成本，获得理想的实验结果和正确的结论（最佳参数组合）。一个完整的实验包括：实验设计；实验实施；实验结果分析。实验设计与统计过程控制的区别：实验设计：是主动解决问题的工具；统计过程控制：是一种被动

2、的工具。实验设计方法：西方经典实验方法：比较实验、全因子实验、部分因子实验、响应曲面模型、最优化实验等日本质量专家田口玄一的实验方法：田口方法应用：复杂的电子、机械产品合理选择元器件或零部件的参数；改善产品功能目标值的稳定性；提高产品的固有质量水平；降低产品成本。稳健设计也称鲁棒设计(RobustDesign)：是使所设计的产品（或工艺）无论在制造和使用中当结构参数发生变差，或是在规定寿命内结构发生老化和变质（在一是范围内）时都能保持产品性能稳定的一种设计方法。稳健设计是提高和改进产品质量的一种有效的工程方法。产品质量的稳健性(robustness)是指产品（或系

3、统）的质量特性对设计参数和噪声因素变差影响的不敏感性，即稳健产品对制造工艺、环境和使用条件和材质的差异以及材料的老化、零部件的磨损和腐蚀（在一定范围内）等的影响是不敏感的。二、实验设计的提出和发展20世纪20年代，英国学者费舍尔最早提出，为使农业实验合理化，提出一种用于安排实验和分析实验数据的数理统计方法。早期：用于生物学、医学等领域；二战后：在工业中得到推广和应用；20世纪50年代，日本学者田口玄一提出了稳健性设计理论和质量损失观，把质量和经济统一，为质量波动的定量统计分析提出了一套全新的方法即著名的田口方法。三、实验设计的基本概念和基本原则1.实验设计的基本概

4、念实验设计的目标是要找出一组x1,x2,…xp参数的组合，一方面使实验输出最优，同时使不可控因素对过程输出影响不敏感。质量特征值Y是影响因素x的函数：Y=f(x)+εε─残差，由其他变异造成的f(x)所无法解释的误差，ε～N(0,)实际工程中要直接建立质量特征值与影响因素之间的关系式很难。实验设计就是采用科学的方法研究质量特征值和影响因素之间的关系，并根据实验设计建立的模型，确定X1,X2,…,Xp的最佳值，从而使得质量特征值Y尽量与设计目标相吻合。通过实验设计，能实现对实验的合理安排，科学分析实验结果，以较小的实验规模(次数)，较短的实验周期及较低的实验成本，获

5、得理想的实验结果及正确结论。书上P210：例9-1，例9-22.基本概念(1)响应变量(响应输出):衡量实验结果好坏的指标根据响应变量是否可用数值表示：定量的响应变量定性的响应变量根据同一实验响应变量的个数：单响应变量多响应变量(2)因子(因素)：影响响应变量的因素定量因子定性因子可控因子不可控因子一般记为：A，B，C，…..等(3)因子水平：实验中因子所处的各个状态一般记为：A1,A2,A3…B1,B2,B3…举例：某化学工程中，为了提高合成树脂的抗拉强度，决定进行实验。通过考查：添加剂种类和添加量影响较大，希望通过实验找出这两种重要影响因素的最佳组合。添加剂种

6、类A：水平：A1(甲)、A2(乙)─定性因子添加量B：水平：B1(4%)、B2(6%)、B3(8%)─定量因子因果图：抗拉强度添加剂种类A添加量B响应变量实验步骤：实验分两步进行，先确定一个因子的最佳水平，然后再确是另一个因子的最佳水平。先将B因子的某一水平（如B1：4%）固定，对A因子的各水平实验。假设结果A2为最佳，固定A2，再对B因子的各水平实验，结果为B2(6%)为最佳。使抗拉强度最大的最佳因子组合为A2B2。这种实验方式每次只对一个因子进行实验，所以称为单一因子实验法。因子之间常有交互作用存在，用单一因子实验法设计有多个因子的实验是不可靠的，常会导出错误

7、的结论。单一因子实验法不是理想的实验法。两个因子之间的交互作用称为二因子交互作用；三个因子之间的交互作用称为三因子交互作用。上例中：因子A、B的交互作用记为：A×BB1B2B3A1253530A2304035AB抗拉强度数据：B1B2B3···403020···A2A1因子交互作用图没有交互作用添加量抗拉强度B1B2B3A1253530A2403020AB抗拉强度数据：B1B2B3······A2A1403020因子交互作用图有交互作用添加量抗拉强度3.实验设计的基本原则（费歇尔三原则）(1)重复性原则基本实验应该重复进行若干次，目的是获得较精确的实验结果。(2

8、)随机化原