田口方法及Minitab应用课件

田口DOE及MINITAB应用朱克龙2013年8月18日Taguchi Design of Experiments and Minitab Application1A田口DOE及MINITAB应用第2 页n产品全生命周期品全生命周期质量保量保证技技术的特点的特点n田口方法的田口方法的产生背景生背景n田口方法的特点、基本概念及其田口方法的特点、基本概念及其应用用n田口的田口的产品品设计的三个的三个阶段段n正交正交试验法的概念和基本方法法的概念和基本方法n田口田口对产品品质量引入了新的定量引入了新的定义n田口方法与田口方法与传统设计的区的区别nMinitab Minitab 中的田口中的田口设计试验n静静态田口田口设计示例示例n插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化示例示例n小小结MinitabMinitab中田口方法的中田口方法的优点点主要内容主要内容田口DOE及MINITAB应用第3 页产品全生命周期品全生命周期质量保量保证技技术的特点的特点田口DOE及MINITAB应用第4 页产品全生命周期品全生命周期质量保量保证技技术的特点的特点田口DOE及MINITAB应用第5 页DOE对企企业的的积极影响：雷达极影响：雷达图田口DOE及MINITAB应用第6 页试验设计定定义实验设计是是对实验方案方案进行最行最优设计，以降低以降低实验误差和生差和生产费用，减少用，减少实验工作量，工作量，并并对实验结果果进行科学分析的一种行科学分析的一种方法方法。（广。（广义）当当需需要要探探寻或或验证产品品质量量或或工工艺或或资源源利利用用是是否否为最最佳佳状状态时，实验设计（Design of ExperimentsDesign of Experiments）是最科学、最）是最科学、最经济的方法。（狭的方法。（狭义）对试验设计的需求迫切性的需求迫切性n20世纪90年代前，美国工厂中90不知道如何解决不知道如何解决长期性期性质量量问题n公司利用的是工人的体力而不是智慧n90的技的技术规范和容差是范和容差是错的的n不知道对产品/工工艺参数参数进行行优化化n认为缺陷和偏差是不可避免的缺陷和偏差是不可避免的田口DOE及MINITAB应用第7 页试验设计的效果的效果在在质量管理中所遇到的，不量管理中所遇到的，不论是是设计新新产品，品，还是改革旧工是改革旧工艺、提高、提高产品品质量、减低成本，大都需要做量、减低成本，大都需要做试验。一个好的一个好的试验设计方法方法，既可以减少减少试验次数次数，缩短短试验时间和避免盲目性避免盲目性，又能迅速得到有效的迅速得到有效的结果果如何安排如何安排试验，有一个方法，有一个方法问题不好的不好的试验设计方法方法，即使做了大量的即使做了大量的试验，也未必能达到，也未必能达到预期的目的期的目的；相同原料相同原料更便宜的原料更便宜的原料相同制程相同制程相同相同产品品相同功能相同功能为什么良品率不一什么良品率不一样？为什么可以做出低成本什么可以做出低成本高高质量的量的产品品？田口DOE及MINITAB应用第8 页田口田口实验设计与田口方法的与田口方法的产生背景生背景田口田口实验设计田口设计或正交表是一种设计试验的方法，这种设计通常只需要全因子组合的一部分。是一个部分因子矩是一个部分因子矩阵，可确保对任一因子的各个水平进行平衡比较。在田口设计分析中，每个因子可以独立于其他所有因子进行评估。田口方法的田口方法的产生背景生背景n正交设计是田口方法的主要工具，创立于50年代初;它是一种高效益的试验设计与最优化技术。在60年代，日本应用正交设计就已超过百万次。n田口玄一博士介绍：“日本人学质量管理，用一半时间学习正交设计”。n在日本，据说一个工程师如果不懂这方面知识，只能算半个工程师。n二次大战后日本日本经济高速增高速增长并超并超过美国的一个决定性美国的一个决定性(技技术)因素因素是在于推广推广应用正交用正交设计。其原因是:美国对专业技术(系统设计)投入很多，日本则较少，主要是向美国照搬照学；对通用技术(参数设计和容差设计)美国缺少和落后，日本则大大领先。美美国研究日本国研究日本战后后强盛的原因后，盛的原因后，认为日本制日本制胜的法宝的法宝有两有两项：nQFD(质量机能展开，自顾客要求一直策划到相应的制造管理要求)n田口方法(简单易学，沒有复杂的统计原理)田口DOE及MINITAB应用第9 页田口方法的特点田口方法的特点田口方法田口方法是日本质量管理专家田口玄一博士创立的一门崭新的质量管理技量管理技术,它立足于工程技工程技术,着眼于经济效益效益,开辟了质量管理的新天地量管理的新天地。与传统的质量管理相比,有以下特色有以下特色：(1)工程特色用工程的方法来研究产品质量,把产品设计当成工程设计,把产品设计质量的好坏看成是工程设计质量,用产品给社会造成的经济损失来衡量产品的质量。(2)“源流源流”管理理管理理论“源流”管理的思想把质量管理向前推进了一步。认为开开发设计阶段是源流、是上游段是源流、是上游,制造和制造和检验阶段是下游段是下游。质量管理中,“抓好上游管理抓好上游管理,下游管理就很容易下游管理就很容易。”若设计质量水平不高,生产制造中很难造出高质量的产品,即所谓“先天不足,后患无穷”。(3)产品开品开发的三次的三次设计法法产品开发设计(包括生产工艺设计)可以分为三个阶段进行,即系系统设计参数参数设计容差容差设计。田口DOE及MINITAB应用第10 页田口方法的基本概念田口方法的基本概念-01设计/产品/制程品品质特性（响特性（响应值）控制因子（控制因子（输入入变量）量）噪声因子（不可控因子）噪声因子（不可控因子）信号因子信号因子XYUM对于一个于一个设计、产品或者制程，我品或者制程，我们可用其参数可用其参数图来表示。如来表示。如图所示，其中所示，其中y y表示此表示此过程程输出的出的产品或品或制程的品制程的品质特性特性(响响应值)。影响。影响y y的参数可分的参数可分为信号因子信号因子(M)(M)、控制因子、控制因子(X)(X)和噪音因子和噪音因子(u)(u)三三类。下面将。下面将对这三三类参数参数详细探探讨。信号因子信号因子(M)(M)，是由产品使用人或操作人设定的参数，用以表示产品反应所应有的值。举例来说，一台电扇的转速，即为使用人期望应有风量的信号因子。汽车前轮的操纵的角度，即为使用人期望该车行车转弯半径的信号因子。又例如数字通讯系统中发送的0与1，复印机影印时的原始文件等，也皆为信号因子。设计、产品或制程的品或制程的图解解田口DOE及MINITAB应用第11 页正交正交试验法法是研究与处理多因素试验的一种科学方法，它是在实践经验与理论认识的基础上，利用正利用正交表交表来科学、合理安排和分析众多因素的试验方法。选择三个或两个不同的水平三个或两个不同的水平影响因素全面试验次数正交试验次数434910310=59049727=128920世世纪40年代，田口玄一博士使用年代，田口玄一博士使用设计好的正交表安排好的正交表安排实验2.正交表是按正交性排列好的用于安排多因素实验的表格1.正交试验设计就是使用正交表（OrthogonalArray）来安排实验的方法。3.稳健性参数设计使用田口设计（正交表），使您可以通通过很少几次运行很少几次运行便可分析便可分析许多因子多因子。田口田口设计是平衡的是平衡的，也就是说，试验中不对因子进行或多或少的加权，因此，可以相互独立地可以相互独立地对因子因子进行行分析分析。田口方法的基本概念田口方法的基本概念-02田口DOE及MINITAB应用第12 页正交表意味着正交表意味着设计是平衡的，即各个因子水平被是平衡的，即各个因子水平被赋予相等的予相等的权重重。田口方法的基本概念田口方法的基本概念-03田口DOE及MINITAB应用第13 页田口方法的田口方法的应用用技技术开开发产品品设计制程制程设计生生产管制管制生生产线外外品品质工程工程系系统设计参数参数设计允差允差设计测量器具的系量器具的系统校正校正生生产线上上品品质工程工程利用利用计量量值的控制的控制制程的制程的诊断与断与调节反反馈系系统的的设计与管制与管制预防保养防保养规格、安全与格、安全与检查设计田口DOE及MINITAB应用第14 页一一则发人深省的新人深省的新闻报道道1979年4月17日，日本朝日新闻报道：对日本索尼工厂生产的彩色电视机与美国加州索尼工厂生产的彩色电视机进行报导，美国索尼工厂生产线全由日本引进，产品检验、上市、上市都是合格品，而日本产品有0.3%不合格。然而，美国制造的索尼电视机并不受美国人欢迎。因为美国生产的电视机虽然检验严格，然而只是保证了个个产品应通过合格的下限，质量平平；而日本生产的电视机则增加了增加了稳健健设计的关的关键的参数容差的参数容差设计思想思想，使产品从色彩、清晰度、抗干扰能力等诸多指标上保证有99.7%的产品是令顾客满意的高质量产品。田口DOE及MINITAB应用第15 页田口方法是最常田口方法是最常应用在参数用在参数设计和允差和允差设计，以使制造出，以使制造出来的来的产品成本最低、品成本最低、变异最小。异最小。一一则发人深省的新人深省的新闻报道道田口DOE及MINITAB应用第16 页田口田口对产品品质量引入了新的定量引入了新的定义损失失函函数数损失函数系数超出容差的质量成本损失A0消费者允许容差(产品容差、功能界限）0已知某损失A，求允许容差公式所所谓质量就是量就是产品上市后品上市后给与社会的与社会的损失，但是由于功能本身所失，但是由于功能本身所产生的生的损失除外失除外；1、定定义中的中的“社会社会”系指生系指生产者以外的所有人，即使用者以及其他第三者；者以外的所有人，即使用者以及其他第三者；2、定定义中中“给与社会的与社会的损失失”系包括：系包括：由于产品功能波动所造成的损失由于产品弊害项目所造成的损失3、定定义中中“给与社会的与社会的损失失”，不包括功能本身所，不包括功能本身所产生的生的损失。失。关于功能本身关于功能本身给社会以怎社会以怎样的的损失，以及如何减少其失，以及如何减少其损失，失，这不是不是质量管理的量管理的问题。田口DOE及MINITAB应用第17 页质量量损失函数示例失函数示例平均平均质量量损失：失：K K的决定方法：的决定方法：1 1、根据功能界限、根据功能界限 0和相和相应的的损失失A A0 0确定确定k k2 2、根据容差、根据容差和相和相应的的损失失A A确定确定k k 例例1 1：某：某电视机机电源源电路的直流路的直流输出出电压Y Y的目的目标值m=115V,m=115V,功能界功能界限0=25V =25V，丧失功能的失功能的损失失A A0 0=300 =300 元。元。1 1、求、求损失函数中的系数失函数中的系数k;k;2 2、已知不合格、已知不合格时的的损失失A=1 A=1 元，求容差元，求容差；3 3、若某、若某产品的直流品的直流输出出电压y=112 V,y=112 V,问此此产品品该不不该上市；上市；例例2：加工某装配件共：加工某装配件共20件，其尺寸与目件，其尺寸与目标尺寸的偏差（尺寸的偏差（mm）为0.30.6-0.5-0.2011.20.8-0.60.900.20.81.1-0.5-0.200.30.81.3用用户使用的容使用的容许范范围（相当于功能界限）（相当于功能界限）为0=3mm,否否则将装配不上，此造成的将装配不上，此造成的损失失为A A0 0=180元，求元，求这批批产品的平均品的平均质量量损失。失。田口DOE及MINITAB应用第18 页技技术规格限与目格限与目标值田口提出的田口提出的“质量量损失函数失函数”的概念，是的概念，是评价价产品品质量的另一个重要方面。量的另一个重要方面。田口DOE及MINITAB应用第19 页田口方法与田口方法与传统设计的区的区别田口DOE及MINITAB应用第20 页产品品设计的三个的三个阶段段田口原一博士被认为是稳健性参数健性参数设计的最先提出者，该设计是用于产品或过程设计的工程方法，关注的是使关注的是使变异性和异性和/或或对噪声的敏感度最小化噪声的敏感度最小化。只要使用得当，田口只要使用得当，田口设计可成可成为一种高效有力的方法一种高效有力的方法，用于设计能在各种条件下以最优状态一致运行的产品。在稳健性参数设计中，主要目标是在调整（或保持）目标过程的同时，找出使响应变异最小化的因子设置。确定影响变异的因子之后，可以尝试找出将减小变异、使产品对不可控（噪声）因子的变化不敏感或同时达到这两种效果的可控制因子的设置。田口DOE及MINITAB应用第21 页参数参数设计的基本思想的基本思想产品品质量特性量特性y是随机是随机变量，所以量，所以损失函数失函数L(y)也是随机的；也是随机的；对随机随机变量量评定的最好方法是用其平均定的最好方法是用其平均值（数学期望）。（数学期望）。损失函数失函数L(y)的均的均值EL=EL(y)称称为平均平均损失失E(L)=E(ym)2=E(yEy)+(Eym)2=E(yEy)2+(Eym)2=2+22=E(yEy)2，它是y与自己均值的偏差的平方，y的方差；2=(Eym)2，它是y的均值对目标值的偏差的平方；减少平均减少平均损失的两步法失的两步法1.1.减少波减少波动，把，把y y的的标准差准差 降低降低2.2.减少偏差减少偏差，使使y y的均的均值向目向目标值靠靠拢田口DOE及MINITAB应用第22 页参数参数设计的基本思想：例子的基本思想：例子解决思路：解决思路：不是去改不是去改变环境（重新境（重新设计和建造新窑），而是改和建造新窑），而是改变产品生品生产的某些参数，的某些参数，这些参数的改些参数的改变可使可使产品更具抗干品更具抗干扰的的能力，从而减少能力，从而减少环境温度差异境温度差异对产品品质量的影响。量的影响。稳健健设计不是去控制波不是去控制波动源，而是源，而是设法降低波法降低波动源的影响；源的影响；田口DOE及MINITAB应用第23 页Minitab中的田口中的田口设计试验使用使用Minitab之前，需要确定最适合您之前，需要确定最适合您试验的田口的田口设计。在田口设计中，是以所选控制因子水平组合来测量响应的。每个控制因子水平每个控制因子水平组合称合称为一个运行一个运行，每个度量称为一个观测值。田口设计提供每个试验检验运行的规范。田口设计也称为正交表，是一个部分因子矩阵，可确保对任一因子的各个水平进行平衡比较。在田口设计分析中，每个因子可以独立于其他所有因子进行评估。选择设计时，需要：，需要：l确定相关控制因子的数量l确定每个因子的水平数l确定可以执行的运行数l确定其他因素（如成本、时间或设施可用性）对设计选择的影响Minitab田口正交表田口正交表田口DOE及MINITAB应用第24 页执行田口行田口设计试验可能包括以下步可能包括以下步骤：1开始使用Minitab之前，需要先完成所有预试验计划。例如，需要为内内侧阵列列选择控制因子控制因子，为外外侧阵列列选择噪声因子噪声因子。控制因子控制因子是可以进行控制以优化过程的因子。噪声因子噪声因子是可以影响系统性能但在预期的产品使用过程中不受控制的因子。请注意，虽然在过程或产品使用中不能控制噪声因子，但是为了进行试验必须能够控制噪声因子。2使用创建田口设计生成田口设计（正交表）。或者使用自定义田口设计根据工作表中已有的数据创建设计。使用“自定义田口设计”，可以指定哪些列是因子和信号因子。然后，便可以轻松地分析设计并生成图。3创建设计后，可以使用修改设计来重命名因子、更改因子水平、向静态设计中添加信号因子、忽略现有信号因子（将设计作为静态设计处理）以及为现有信号因子添加新水平。4创建设计后，可以使用显示设计来更改Minitab在工作表中表示因子所用的单位（已编码或未编码）。5执行试验并收集响应数据。然后在Minitab工作表中输入数据。请参见收集和输入数据。6使用“分析田口设计”分析试验数据。请参见分析田口设计。7使用“预测结果”预测所选新因子设置的信噪比和响应特征。请参见预测结果。Minitab中的田口中的田口设计试验（续）田口DOE及MINITAB应用第25 页Minitab中的田口中的田口设计试验（续）田口DOE及MINITAB应用第26 页静静态田口田口设计示例示例-01背景：背景：您是高尔夫球制造商，现在正在进行一项旨在使球的飞行距离最大化的新设计。您确定了四个控制因子四个控制因子，每个因子有两个水平：核心材料（液体与钨）核心直径（118与156）波纹数（392与422）表层厚度（0.03与0.06）您还想检验核心材料与核心直径之核心材料与核心直径之间的交互作用的交互作用。响应为球的飞行距离（以英尺计）。噪声因子噪声因子为两种类型的高尔夫球棍：长打棒和5号铁头球棒。您测量每种球棍打出球的距离，在工作表中形成两个噪声因子列。由于您的目标是使飞行距离最大化，因此选择望大信噪比望大信噪比。p步步骤1:陈述述实际问题使球的飞行距离最大化的新设计。p步步骤2:陈述重要的因子和水平述重要的因子和水平控制因子：核心材料（液体与钨）；核心直径（118与156）；波纹数（392与422）；表层厚度（0.03与0.06）噪声因子：长打棒和5号铁头球棒田口DOE及MINITAB应用第27 页p步步骤3:设计试验田口正交表田口正交表Minitab中:统计DOE田口创建田口设计(步步骤图）最后点最后点击确定确定，生成田口正交表生成田口正交表静静态田口田口设计示例示例-02田口DOE及MINITAB应用第28 页p步步骤3：试验设计（续）-Minitab输出正交表出正交表在在Minitab“田口田口设计”主主对话框框上点上点击“确定确定”，生成如生成如下下实验表格表格p步步骤4:做做实验/收集数据收集数据数据在Minitab的高尔夫.mtw文件中。在Minitab主界面，从从文件文件打开工作表打开工作表Minitab软件所存放的路径打开上表件所存放的路径打开上表）以上为两种不同的棒打出的结果，即噪声因子1、2的值在工作表中对数据进行布局，以使每行都包含内内侧阵列中的控制因子列中的控制因子以及外外侧阵列中噪声因子列中噪声因子的一次完整运行所得到的响应值。可以输入的最大响应列数为50。可以输入的最小响应列数取决于您的设计。仅在以下条件下才能在以下条件下才能输入一个响入一个响应列列：在其他所有情况下，必在其他所有情况下，必须至少至少输入入2个响个响应列列设计中包含仿行(在同一试验条件下的多次执行被视为单独的运行，称为仿行)。在每次运行时测量多个噪声因子然后再创建设计，以使其在每个因子设置组合中具有多个运行。然后，可以在单个响应列中输入噪声因子。（有关更多说明，请参见Minitab帮助中的内容）您使用“望大”或“望小”信噪比并且不分析或存储标准差。静静态田口田口设计示例示例-03田口DOE及MINITAB应用第29 页1打开工作表“高尔夫球.MTW”。已为您保存了设计和响应数据。（在Minitab主界面，从文件打开工作表Minitab软件所存放的路径打开上表）2选择统计DOE田口田口分析田口分析田口设计。3在响响应数据位于数据位于中，输入长打棒和铁头球棒。4单击分析分析。5在显示响示响应表表为与拟合合线性模型性模型为下，选中信噪比信噪比和均均值。单击确定确定。6单击项。7使用箭头按钮或通过双击将项AB移至所所选项中中。单击确定确定。8单击选项。9在信噪比下，选择望大望大。在每个对话框中单击确定确定。步步骤5:分析静分析静态田口田口设计静静态田口田口设计示例示例-04田口DOE及MINITAB应用第30 页步步骤5:5:分析静分析静态田口田口设计（续）（步骤流程图）最后点最后点击确定确定，生成田口分析，生成田口分析结果果图、表表静静态田口田口设计示例示例-05田口DOE及MINITAB应用第31 页步步骤5:分析静分析静态田口田口设计（续）（会（会话窗口的窗口的输出）出）解解释结果果每个线性模型分析都提供每个因子低水平的系数、其p值以及方差分析表。使用使用这些些结果可以确定因子是否与响果可以确定因子是否与响应数据数据显著相关以及每个因子在模型中的相著相关以及每个因子在模型中的相对重要性重要性。按绝对值排列的系数系数顺序序表示每个因子对响应的相对重要性；系数最大的因子影响也最大。方差分析表中的方差分析表中的连续平方和和平方和和调整平方和也表示每个因子的相整平方和也表示每个因子的相对重要性；平方和最重要性；平方和最大的因子影响也最大大的因子影响也最大。这些结果反映了响响应表中的因子秩表中的因子秩。在此示例中，为信噪比和均值生成了结果。对于信噪比，所有因子和于信噪比，所有因子和交互作用交互作用项在在a水平水平为0.10时都是都是显著著的的。对于均于均值，核心材，核心材料料(p=0.045)、核心直、核心直径径(p=0.024)以及材料以及材料与直径的交互作用与直径的交互作用(p=0.06)的的p值小于小于0.10，因此它，因此它们都是都是显著的著的。但由于交互作用中涉及两个因子，因此需要先了解交互作用，然后才能分别考虑每个因子的效应。静静态田口田口设计示例示例-06田口DOE及MINITAB应用第32 页步步骤5:5:分析静分析静态田口田口设计（续）（图形窗口的形窗口的输出出1）结果解果解释：Minitab基于Delta值分配秩；将秩1分配给最大的Delta值，将秩2分配给第二大的Delta值，依此类推。使用响使用响应表中的水平平均表中的水平平均值可以确定每个因子的哪个水平可提供最佳可以确定每个因子的哪个水平可提供最佳结果。果。在此示例中，秩表明核心直径对信噪比和均值的影响最大。对于信噪比，表层厚度的影响次之，然后是核心材料和波纹。对于均值，核心材料的影响次之，然后是波纹和表层厚度对于此示例，由于目标是增加球的飞行距离，因此您需要的是能产生最高均值的因子水平。在田口在田口试验中，始中，始终都需要使信噪比最大化都需要使信噪比最大化。响应表中的水平平均值表明，当核心材料为液体、核心直径为118、有392个波纹以及表层厚度为0.06时，信噪比和均值达到最大。检查主效应图和交互作用图可以确证这些结果。交互作用图表明，球核使用液体时，飞行距离在核心直径为118时达到最大。静静态田口田口设计示例示例-07田口DOE及MINITAB应用第33 页步步骤5:分析静分析静态田口田口设计（续）（图形窗口的形窗口的输出出2）静静态田口田口设计示例示例-08田口DOE及MINITAB应用第34 页步步骤6:预测田口田口结果果材料液体直径118波纹392厚度0.06然后，可能需要使用“预测结果”来查看这些因子设置的预测信噪比和均值。根据这些结果，应将因子设置为：假设您要预测高尔夫球试验的结果。您确定了您认为会影响高尔夫球飞行距离的四个可控因子：核心材料、核心直径、波纹数和表层厚度。由于您要使信噪比和均值最大化，因此选择了以下因子设置：液体核心、核心直径118、392个波纹以及表层厚度0.06。具体具体操作步操作步骤如下：如下：1打开工作表“高尔夫球2.MTW”。已为您保存了设计和响应信息。2选择统计DOE田口田口预测田口田口结果果。3取消选中标准差准差和标准差的自然准差的自然对数数。4单击项。确保项A、B、C、D和AB都位于所所选项框中。单击确定确定。4单击水平。水平。5在指定新因子水平的方法指定新因子水平的方法下，选择从列表中从列表中选择水平水平。6在水平水平下，单击第一行并根据下表选择因子水平。然后，使用键沿该列下移并选择其余的因子水平.7在每个对话框中单击确定确定。静静态田口田口设计示例示例-09田口DOE及MINITAB应用第35 页步步骤6:预测田口田口结果果（续）（步（步骤流程流程图）最后点最后点击确定确定，生成，生成预测结果果静静态田口田口设计示例示例-10田口DOE及MINITAB应用第36 页步步骤6:预测田口田口结果果（续）（会（会话窗口的窗口的输出）出）解解释结果果对于您选择的因子设置，信噪比信噪比预测为53.6844，均，均值（球的平均（球的平均飞行距离）行距离）预测为276码。然后，您可以使用这些因子设置来运行试验，以检验模型的准确性。静静态田口田口设计示例示例-11田口DOE及MINITAB应用第37 页插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例项目背景目背景：DVP3258/94在生产中静噪三极管使用了粤晶高科供应的三极管，此管的Vbe导通门限电压较高,未工作在深度饱和状态,，静噪不彻底，导致插拨电开关机爆音，需对此问题进行分析改善。步步骤二：二：选择因子与水平（因子与水平（陈述重要的因子和水平）述重要的因子和水平）采用特性要因图对因子进行分析找出有关因子14个步步骤一：一：陈述述实际问题使插拨电开关机爆音降低。田口DOE及MINITAB应用第38 页步步骤二：二：选择因子与水平（因子与水平（续）采用QFD对因子进行分析，找出关键因子2个，分别是R107和Q15的Vbe.质量机能展开插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第39 页步步骤二：二：选择因子与水平（因子与水平（续）1）如下图所示，R107的下限范围不宜太小，阻值太小会在开机的瞬间烧坏Q14，根据Q14规格书得到流过R107的电流不能大于80mA，Ib=5V-Ube/80mA=54欧，系统中只有68欧，因此下限定为68欧；2)如下图所示，实际测试中R104中A点的拔插电瞬间电压约等于5.1V，按照产品规格要求，B点的拔插电瞬间电压不允许超过100mV，因此Uab5.1-0.1=5V，Q15的IcUab/R104=5/470=10.6mA,因此Q15饱和导通Ic最少需要10.6mA。IbIc/1mA(根据规格书得到)，所以得到R1075V-Ube/1mA4.3K，得到R107的上限值,系统中没有此规格电阻,因此上限定为3.9K；3）R107的中间值采用1K.4)联系供应商得知Q15三极管Vbe的上下限规格及中间值为0.65V,0.95V,0.7VR107R107的三水平的三水平：6868、1K1K、3.9K3.9KQ15 VbeQ15 Vbe的三水平的三水平：0.65V0.65V、0.7V0.7V、0.95V0.95V插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第40 页步步骤三：三：设计试验田口正交表田口正交表根据2因子及3水平，决定采用L9的试验Minitab中:统计DOE田口创建田口设计(步步骤图）最后点最后点击确定确定，生成田，生成田口正交表口正交表插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第41 页步步骤三：三：设计试验（续）-Minitab输出正交表出正交表在在Minitab“田口田口设计”主主对话框框上点上点击“确定确定”，生成如生成如下下实验表格表格步步骤四四:做做实验/收集数据收集数据按照试验计划实施,测得得B点在开机和关机点在开机和关机时的的输出出电压,见上表上表插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第42 页1选择统计DOE田口田口分析田口分析田口设计。2在响响应数据位于数据位于中，输入开机（平均值）。3单击分析分析。4在显示响示响应表表为与拟合合线性模型性模型为下，选中信噪比信噪比和均均值。单击确定确定。5单击项。6使用箭头按钮或通过双击将项A、B 移至所所选项中中。单击确定确定。7单击分析分析图形形，选择四合一四合一。单击确定确定。8单击选项。9在信噪比下，选择望小望小。在每个对话框中单击确定确定。步步骤五五:分析田口分析田口设计-开机（平均值）备注：关机（平均值）的分析，只需在第2点中的输入改为关机（平均值）2在响响应数据位于数据位于中，输入关机（平均值）。插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第43 页（步骤流程图）步步骤五五:分析田口分析田口设计（续）-开机（平均值）最后点最后点击确定确定，生，生成田口分析成田口分析结果果图、表、表插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第44 页步步骤五五:分析田口分析田口设计（续）-开机（平均值）从方差分析的主效应来看,P值回回归回回归插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第45 页步步骤五五:分析田口分析田口设计-开机（平均值）模型有效性分析模型有效性分析从残差从残差图分析分析,数据没有明数据没有明显的的规律性律性,数据呈正数据呈正态分布分布,选定模型有效定模型有效.（图形窗口的形窗口的输出出四合一残四合一残值图）插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第46 页步步骤五五:分析田口分析田口设计-开机（平均值）/关机（平均值）（图形窗口的形窗口的输出出主效主效应图）通过开机的主效应图分析,R107的的斜率很大,对开机噪音的影响是开机噪音的影响是显著的,1K时的的输出出电压最小（信噪最小（信噪比最大）比最大）;Q105Vbe对开机噪音的开机噪音的影响不明影响不明显.通过关机的主效应图分析,R107和Q105Vbe对关机噪音的影响均关机噪音的影响均是显著的,R107在在1K和和Q105Vbe在0.65V时输出出电压最小（信噪比最最小（信噪比最大）大）.田口方法任何时候都是信噪比信噪比越大越好越大越好插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第47 页步步骤五五:分析田口分析田口设计-开机（平均值）/关机（平均值）（图形窗口的形窗口的输出出交互作用交互作用图）从因子的交互作用图来分析：R107与Q105对开机噪音开机噪音没有明显的交互作用,但但对于关机噪音于关机噪音,因子之因子之间有明有明显的交互作用的交互作用,对响应变量有显著影响.插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第48 页步步骤六：六：结论综合上述分析得出初步结论如下:R107对开关机爆音的影响是显著的,Q105Vbe对开关机爆音的影响不明显.R107在1K左右时,B点的输出电压最小,在68欧姆和3.9K时输出电压均明显上升.Q105Vbe在0.95V时,B点输出电压会略有超出规格要求,在0.65V和0.70V时符合要求.根据前次试验结果,R107取值在1K左右时可以使B点输出电压最小,为了取得更准确的结果,需要对这个值进行优化,根据电阻规格,上规格取470欧姆,下规格取1.8K欧姆进行相同的试验,试验方案如下表,同样是9次试验（即只改变R107因子水平）步步骤七：因子七：因子优化与确化与确认按照试验计划实施,测得得B点在开机和关机点在开机和关机时的的输出出电压,见左表左表插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第49 页步步骤七：因子七：因子优化与确化与确认-开机/关机（图形窗口的形窗口的输出出交互作用交互作用图）从主效应图分析,R107在470,1K,1.8K时B点输出电压虽然均在规格要求内(100mV),但在1K时输出出电压最低（信噪比最大）最低（信噪比最大）,因此在这个电路中,R107的最的最优值是是1K.（主效（主效应图）主主观听音确听音确认,电视机音量设定为90：1.R107取值3.9K,插拨电源插头均有很大噪音;2.R107取取值1K,插插拨电源插源插头基基本没有噪音本没有噪音.插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第50 页步步骤八：八：项目目总结通过特性要因图和QFD的使用,找出了对开关机爆音影响最大的关键因子;通过两轮的试验设计,找出了影响最大的因子及因子的最优值,R107=1K欧姆时电路输出的噪音最小,达到了此项目实施的目的.通过此次项目的实施,对DOE有了一个较全面的了解,对DOE的作用也有了较深的认识,就是通过重复的试验,分析,找出因子的最佳值,得到最佳的设计方案.通过此次实际的操作,对DOE的实施方法也已明确,总结出基本的实施流程如下：插插拨电开关机爆音开关机爆音问题参数参数优化化-示例示例田口DOE及MINITAB应用第51 页小小结Minitab中田口方法的中田口方法的优点点在在Minitab软件中，田口方法与其它件中，田口方法与其它试验方法相比具有如下方法相比具有如下优点：点：1、使用正交表，确保了各因子水平被、使用正交表，确保了各因子水平被赋予相等的予相等的权重；重；2、田口正交表有更多的、田口正交表有更多的组合合选择，可以根据，可以根据实际需要需要选择更适用的正交表；更适用的正交表；3、引入信噪比分析，而信噪比与、引入信噪比分析，而信噪比与质量成本密切相关；量成本密切相关；4、均、均值与信噪比响与信噪比响应表中有表中有试验因子的因子的Delta自自动排序排序计算算结果，因子的重要果，因子的重要性一目了然性一目了然.5、在田口、在田口试验中，始中，始终都需要使信噪比最大化，且当信噪比每增加都需要使信噪比最大化，且当信噪比每增加3dB,则单位成本位成本损失将减少一半。失将减少一半。经济效效应也一目了然，不再是抽象的数字也一目了然，不再是抽象的数字结果。果。田口DOE及MINITAB应用第52 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