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DOE实验设计的实施步骤详解
2019-08-06

 

实验设计(DOE)作为一种强大的统计学工具,被广泛用于产品设计、工艺改进、质量改进等方面,帮助制造业和服务业的人员寻找最优的设计方案、最佳的工艺参数组合、最可信的现场问题的根本原因和主要原因。

 

正确实施DOE,有利于利用经济而有效的方法改进过程能力和产品质量,减少变差、降低成本。本文主要想简要分享DOE的正确实施步骤。

 

1 前提

1.1实验设计不仅仅是一种统计技术;

1.2有效的试验需要好的计划、纪律、对问题的了解和统计方法

2实验设计步骤

2.1定义试验目标

2.2选择输出和输入因素

2.3确定所需的试验资源

2.4选择设计矩阵和分析方法

2.5进行试验并记录数据

2.6分析数据, 作出结论并验证试验

3步骤详解

3.1定义试验目标考虑

3.1.1问题到底是什么平均值漂移?厚度偏差过大?不合格率太高?……

3.1.2我们想通过实验得到什么什么因素对输出有最大影响?输入因素怎样影响输出? 怎么样设置输入因素以得到最好的输出? 怎么样设置输入因素以确定输出是在可接受的水平? 怎么样设置输入因素才能使输出对非受控因素不敏感?

3.1.3试验目标最大化输出?最小化输出?将输出调整到目标值?最小化偏差?实验是否紧急?

3.2选择输出和输入因素考虑

3.2.1问题的关键输出变量是什么?

3.2.2数据是计量型的还是计数型的?

3.2.3输出变量的预测差异是多少?

3.2.4怎样测量输出变量?

3.2.5测量系统是否准确和精确?

3.2.6主要输入因素它们是怎样被确定的?我们有遗漏一些重要因素吗? 我们是否包括了太多的重要因素?这些因素是否是定量的?怎样测量这些因素?可以控制它们吗?它们的可能设置范围是多少?试验的设置范围是什么?因素间有交互作用吗?

3.3确定所需的试验资源考虑

3.3.1需要什么样的样本?

3.3.2收集样本需要多长时间?

3.3.3收集样本需要什么资源?

3.3.4测量方法是否破坏性的? 

3.3.5我们能有多少样本?

3.3.6区组和随机化试验次数对试验有什么影响?

3.4选择实验矩阵和分析方法考虑

3.4.1获取所需信息的最有效途径是什么?

3.4.2可以用什么试验矩阵达到目的?

3.4.3哪个试验矩阵最适合?

3.4.4是否有必要将某些因素区组?

3.4.5试验次序可以随机化吗?

3.4.6应该使用哪些分析工具?

3.5进行实验并记录数据考虑

3.5.1在试验时出现误差是正常的,但任何误差都有可能导致试验失败。

3.5.2确保设备操作正常/因素设置正确/正确清楚标识样本。

3.5.3试验者应该在场,不能假设一切都会按计划进行而没突发状况。

3.6分析数据, 作出结论并验证试验考虑

3.6.1利用软件进行有效的数据分析。

3.6.2试验者应该理解软件所用的分析方法和方法的原理。

3.6.3利用合适的分析技术来验证模型。

3.6.4进行验证试验。

4实验设计的成功因素

4.1确认结果根据设计模型,对输出进行一次实验验证

4.2选择合适的设计策略

 

4.3增长知识达到最佳水平的策略

4.3.1第一次实验使用25%的预算经费

4.3.2策划进行几次实验

4.3.3实验是连续进行的

从许多因子开始,寻求几个重要因子

寻求重要因子之间的交互影响,寻求响应曲线

寻求每个因子的最佳设定值,建立变量之间的关系

4.4选择因子指导

4.4.1利用工程知识来选择因子和设定值

4.4.2选择较多的因子比遗漏重要的因子要好

4.4.3尽量选择会影响响应或涉及到实验目标的因子。

4.4.4选择涉及问题不同特征的因子(独立性)

4.4.5关于因子的水平,通常采用两个水平就足够了,除非希望作出曲线

4.5结论

4.5.1在实验期间获得的结果要形成文件

4.5.2要用过程术语表达结果,不能用统计术语表达

4.5.3给出建议

4.5.4结果和建议必须有数据支持

4.6验证结论

4.6.1验证实验结论的两种基本方法

验证试验—用建议的设定值进行几次补充实验,看是否能达到希望的响应结果。

实施建议的过程更改—更改过程并利用SPC方法跟踪结果,以保证达到和维持希望的响应。

4.6.2持续监视过程以保证耐久性

4.6.3实验室和生产环境的差异,或是设备的差异都可能影响到结果,这通常称为量产的差异。

4.6.4在花费时间和费用进行实验得出的结论之前,希望验证此结论。必须验证之后才能实施结论。

4.7DOE常规期间的考虑

4.7.1实验要简化

4.7.2实验后设备恢复到原始状态(这对生产设备很重要)

4.7.3检查过程没有偏离

4.7.4检查每次实验的可行性,若次数遗漏或发生变更,就可能丧失希望的设计特性,分析工作可能更复杂或不准确。

4.7.5若可能,重复遗漏的次数。

4.7.6初始实验只使用部分预算(一般20%~40%)。

4.7.7按计划进行实验。

4.7.8给意外事件预留时间。

4.7.9从受影响供方采购,指定人员职责和评审其结果。

 

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