质量管理学-第五章----实验设计课件

第五章实验设计第五章 实验设计1 质量改进质量改进2 实验设计实验设计3 正交实验正交实验4 正交实验设计正交实验设计（单指标、同位级、无交互作用）（单指标、同位级、无交互作用）5 正交实验设计正交实验设计（单指标、同位级、有交互作用）（单指标、同位级、有交互作用）6 正交实验设计正交实验设计（多指标、同位级、无交互作用）（多指标、同位级、无交互作用）7 正交实验设计正交实验设计（单指标、不同位级、无交互作用）（单指标、不同位级、无交互作用）1 质量改进质量改进质量管理的基本特点！ISO90044 质量管理和质量体系要素 第四部分 质量改进指南GB/T190002000 质量管理体系 基础和术语持续改进增强满足要求的能力的 循环活动。2 实验设计一、实验设计的产生：英统计学家 费雪RAF等人1920提出；日田口玄一1952发展成正交实验法。A B C C A B B C A A B C A C B B A A C B C1000 A850 B870 C900B880C900A850C950A890B 1000+950+900 A=950 3 900+850+890 B=880 3 850+880+870 C=867 32 实验设计二、实验设计法的适用范围：1、多因素；2、周期长；3、因素间有交互作用；4、要求精度高。三、实验设计的术语：1、实验指标 实验的预期目的 衡量实验效果的特性值。2、实验顺序 随机安排。3、因素（因子）实验中要予以特别考察的有关项目。4、主效果 由于对一个因素所取的实验参数不同而产生的全部效果 中，不受其他因素影响的部分。5、交互作用 由于对一个因素所取的实验参数不同而产生的全部效果 中，受到其他因素的影响而使效果变化的部分。6、要因效果 一个因素引起的主效果与交互作用的总称。7、位级 实验过程中对每一影响因素的不连续取值的等级个数。8、水平 因素所取的每一位级的具体数值。健康饮食搭配亩产200KG亩产260KG亩产300KG亩产400KG10KG N肥8KG P肥8KG P10KG N例:考察N肥和P肥对某种作物产量的影响,选4块实验田实验(?)第一块:不施N肥和P肥,平均亩产200kg;第二块:只施10kg N肥,平均亩产300kg;第三块:只施8kg P肥,平均亩产260kg;第四块:同时施10kg N肥,8kg P肥,平均亩产400kg.亩 P 产N P1=0 P2=8 N1=0 200 260N2=10 300 400(400 200)(260 200)(300 200)=200 60 100=40(kg)NXP=40/2=20 A1 A2 因素因素 A1 A2 因素因素 A1 A2 因素因素 A1 A2 因素因素 A1 A2 因素因素 A1 A2 因素因素质质量量特特性性值值质质量量特特性性值值质质量量特特性性值值质质量量特特性性值值质质量量特特性性值值质质量量特特性性值值因素因素B1因素因素B2因素因素B1因素因素B2因素因素B1因素因素B2因素因素B1因素因素B2因素因素B2因素因素B1因素因素B2因素因素B12 实验设计四、实验设计的基本原则：1、重复实验原则 2、实验顺序随机化原则 3、分块实验原则（局部管理原则）3 正交实验设计一、正交实验设计的实质:7因素2水平 128次的实验 8次实验 16因素2水平6.5万次的实验 24次实验多快好省3 正交实验设计二、正交表（一）正交表的常用符号 1、具有单一位级的正交表 2、具有复合位级的正交表LX（MY）表中数码的列数表中数码的列数（最多因素数）（最多因素数）数值最大的数码数值最大的数码（最多位级数）（最多位级数）表中数码的行数表中数码的行数（应做实验次数）（应做实验次数）LX（mZMY）最多可安排（最多可安排（Y+Z）个）个因素，因素，Y个因素可取个因素可取M个位级，个位级，Z个因素可取个因素可取m个位级，个位级，共做共做X次实验次实验L8（27）L32（4924）（二）正交表的特性1231111221231224221列号Y实验号X1、整齐可比整齐可比性性 每一列中，不同每一列中，不同 字码出现的次数字码出现的次数 相等。相等。2、均衡分散均衡分散性性 任意两列中，同任意两列中，同 一行中的两个字一行中的两个字 码构成有效码构成有效 数字对，且每种数字对，且每种 数字对出现的数字对出现的 次数相等。次数相等。3 正交实验设计三、正交实验的几何说明129345678B3B2B1BA1 A2 A3AC1 C2 C3C3 正交实验设计三、正交实验的几何说明129345678B3B2B1BA1 A2 A3AC1 C2 C3C3 正交实验设计三、正交实验的几何说明129345678B3B2B1BA1 A2 A3AC1 C2 C3C3 正交实验设计三、正交实验的几何说明129345678B3B2B1BA1 A2 A3AC1 C2 C3C3 正交实验设计（一）、明确实验目的，确定考核指标；（二）、挑因素、选位级，定因素位级表；（三）、选择适宜的正交表（四）、确定实验方案（五）、DO（六）、实验结果分析 四、正交实验的步骤4 正交实验设计（单指标、同位级、无交互作用）例题例题某手表厂，为提高摆轮的关键件摆轴的热处理质某手表厂，为提高摆轮的关键件摆轴的热处理质量，在量，在QC小组的组织下，以正交实验为工具进行小组的组织下，以正交实验为工具进行Q攻关。攻关。（一）正确选题（一）正确选题：（实验目标：废品率（实验目标：废品率小）小）（二）挑因素，选水平：（二）挑因素，选水平：淬火温度淬火温度A 淬火时间淬火时间B 装炉量装炉量C 回火温度回火温度DA（0C）B（分分）C（克克）D（0C）16803810027105121203750717145因素因素水平水平（三）选正交表：（三）选正交表：L9（34）（四）设计实验方案（四）设计实验方案 L9（34）ABCD废品率废品率%111324.6221117.4331236.5412213.3522332.1632125.6713136.9823223.6933314.8因素因素实验号实验号（五）（五）DO，记录实验结果：废品率，记录实验结果：废品率（六）实验结果分析：（六）实验结果分析：直观直观第五号实验方案最好，废品率最小第五号实验方案最好，废品率最小2.1%(六六)实验结果分析实验结果分析:求对应各因素各水平的实验结果的求对应各因素各水平的实验结果的(平均值平均值 极差极差)ABCD14.8 18.5 19.9 15.513.1 11.0 13.4 13.816.9 15.3 11.5 15.54.96.26.65.24.43.74.54.65.65.13.85.2R1.22.52.80.6ABCD废废品品率率%111324.6221117.4331236.5412213.3522332.1632125.6713136.9823223.6933314.8因素因素实验实验 4.6+3.3+6.94.9=3(六六)实验结果分析实验结果分析:目标值越小越好：目标值越小越好：A A B B C C D D 各因素对实验结果的影响的重要性程度：各因素对实验结果的影响的重要性程度：C B A D C B A DA淬火温度淬火温度 B淬火时间淬火时间 C 装炉量装炉量D回炉温度回炉温度1 1680381002 27105121203 37507171454.96.26.65.24.43.74.54.65.65.13.85.2R1.22.52.80.6 水平1 水平2 水平3实验指标680710750A淬火温度淬火温度 3 5 7B淬火时间淬火时间 8 12 17C 装炉量装炉量 100 120 145D回炉温度回炉温度1098765432104.94.45.66.23.75.16.64.53.85.24.65.21.22.52.80.65 正交实验设计正交实验设计（单指标、同位级、有交互作用）（单指标、同位级、有交互作用）交互作用安排表交互作用安排表 列号列号1234567(1)325476(2)16745(3)7654(4)123(5)32(6)1(7)列号列号 酸洗冷轧带钢生产工艺中非常重要的工序H2SO4CH4N2S洗涤剂洗涤剂某零件在镀锌前需用酸洗工艺去锈某零件在镀锌前需用酸洗工艺去锈,为了提高去锈为了提高去锈的效率的效率,缩短酸洗时间缩短酸洗时间,需进行实验需进行实验,以便寻找较好以便寻找较好的酸洗液的配方的酸洗液的配方,各因素存在交互作用。（克各因素存在交互作用。（克/升）升）因素因素水平水平ABCH2SO4CH4N2S洗涤剂洗涤剂1300127022004100列号列号1234567因素因素ABABCACBCL8（27）ABABCACBC时间时间11111113021112223231221122041222212552121213262122122572211221782212112026.7529.75 24.75 24.7523.7526.75min23.5020.50 25.50 25.5026.5023.50R3.259.250.750.752.753.25因素实验号结果分析：结果分析：直观法直观法77号实验方案对应的工序条件较好；号实验方案对应的工序条件较好；计算法计算法水平取值：水平取值：A A2 2 B B2 2 C C1 1 重要因素排序：重要因素排序：BBBBC/AAC/AACACAB/C B/C 因素水平搭配因素水平搭配平均酸洗时间（分）平均酸洗时间（分）B1C1（30+32）/2=31B1C2（32+25）/2=28.5B2C1(20+17)/2=18.5B2C2(25+20)/2=22.5 A B CH2SO4 CH4N2S 洗涤剂洗涤剂 200 4 706 正交实验设计（多指标、同位级、无交互作用）例：例：某厂研究橡胶最佳配方，选了四个相关因素，某厂研究橡胶最佳配方，选了四个相关因素，每个因素可有四种取值，需从三个方面考核：每个因素可有四种取值，需从三个方面考核：伸长率伸长率min、变形率、变形率min、屈曲次数、屈曲次数max。因素因素水平水平促进剂量促进剂量氧化锌量氧化锌量促进剂比例促进剂比例促进剂比例促进剂比例ABDM（克）（克）（克）（克）（%）（%）12.913034.723.132539.733.353544.743.574049.7L 16 (4 5 )列号列号12345因素因素ABDMABDM111112122231333414445212362214723418243293134103243113312123421134142144231154324164413实验号因素ABDM伸长率伸长率%变形率变形率%屈曲屈曲(万次万次)12.913034.7545405.022.932539.7490463.932.953544.7515454.442.974049.7505454.753.112544.7492463.263.133049.7485452.573.154034.7499491.783.173539.7480452.993.313549.7566493.6103.334044.7539492.7113.353039.7511422.7123.372534.7515452.9133.514039.7533492.7143.533534.7488492.3153.552549.7495492.3163.573044.7476423.3因素实验号结果计算表结果计算表伸长率伸长率(%)变形率变形率(%)屈曲屈曲(万次万次)ABDMABDMABDM514534504512444642464.53.63.43.0489501498504464747462.42.93.12.8533505512506464647463.02.83.13.4498494519513474448472.73.23.03.3R44 40 21933612.1 O.8 0.40.6伸长率伸长率 A2 B4 D2 M2变形率变形率 D1 A1/B4 M1/M2/M3 A1 D1 B4 M3/M2屈曲屈曲 A1 B1 M3 D1重要程度排序重要程度排序指标因素实验号7 正交实验设计（单指标、不同位级、无交互作用）例例:某化工厂为了摸索从矿石中提取稀土元素的工艺方案某化工厂为了摸索从矿石中提取稀土元素的工艺方案,从以往的实践中知道酸分解是关键工序从以往的实践中知道酸分解是关键工序,为了提高提取率为了提高提取率,用正交表来寻求酸分解的最优工艺条件。用正交表来寻求酸分解的最优工艺条件。3个因素具个因素具4个水平，个水平，1个因素具个因素具2个水平。个水平。酸浓度酸浓度分解时间分解时间 分解温度分解温度 加酸方式加酸方式84小时小时90 0C一次加入一次加入41小时小时100 0C两次加入两次加入62小时小时120 0C103小时小时130 0CL16（43 26）因素因素水平水平酸浓度酸浓度分解时间分解时间分解浓度分解浓度加酸方法加酸方法提取率提取率（克）（克）111119.08212219.10313328.96414429.41521229.36622128.45723418.19824319.08931319.081032419.6411331210.721234229.851341429.141442329.241543218.861644119.26实验号 因素 因素因素水平水平ABCD酸浓度酸浓度分解时间分解时间 分解温度分解温度 加酸方式加酸方式9.149.179.369.048.779.119.269.399.829.189.099.129.409.10R1.050.290.270.35因素的因素的显显著次序：著次序：A D B C水平的最佳水平的最佳值值：A3 D 2 B4 C10.5M1.3M0.9M0.7M1.8M老李家身高老李家 老张家平均级差 老张家1.0M1.1M1.3M0.4MR=r R dR=ra Ra da=4 1.05 0.45=0.945R=rb Rb db=4 0.29 0.45=0.261R=r c Rc dc=4 0.27 0.45=0.243R=r d Rd dd=8 0.35 0.34=0.337因素的因素的显显著次序：著次序：A D B C水平的最佳水平的最佳值值：A3 D 2 B4 C1酸酸浓浓度度6单单位位,两次加两次加,分解分解时间时间3小小时时,分解温度分解温度(900C)。折算折算系数系数d0.71 0.52 0.45 0.40 0.37 0.35 0.34 0.32 0.31相同相同水平水平次数次数r2345678910稀土提取率达稀土提取率达11.98克克酸浓度酸浓度分解时间分解时间分解浓度分解浓度加酸方法加酸方法提取率提取率（克）（克）111119.08212219.10313328.96414429.41521229.36622128.45723418.19824319.08931319.081032419.6411331210.721234229.851341429.141442329.241543218.861644119.26实验号 因素写在最后写在最后成功的基成功的基础在于好的学在于好的学习习惯The foundation of success lies in good habits51谢谢聆听 学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard,Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal