《DOE实验验证》课件

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,/10/29,.,*,试 验 设 计,Design Of Experiment,编制,:,陈丰林,确认,:,张伟,核准,:,吴少杰,日期,:2009/07/20,试 验 设 计 Design Of Experime,课程目录,DOE,的意义,DOE,的定义,DOE,对象分类,基本术语,直交表,DOE,望大特性实例,课程目录DOE的意义,为什么要做,DOE,？,1.,这里有,9,个球，其中有且只有一个球质量为,9,克,其它,8,个都为,10,克。给你一架天平，请找出重为,9,克的那个球。,请问，你至少要称几次,?,为什么要做DOE？1.这里有9个球，其中有且只有一个球质量,输入,可控制的因子,(,输入变量,),输出,不可控制的因子,(,杂音变量,),(,输出变量,),Process,資源,產品,实验设计的意义,输入 可控制的因子(输入变量)输出不可控制的因子(杂音变,实验设计的意义,:,应用数理统计学的基本知识，讨论如何合理地安排试验、取得数据，然后进行综合科学分析，从而尽快获得最优组合方案。,在工序开发应用实验设计方法能得出以下成果：,1.,提高产量；,2.,减少变异性，与额定值或目标值更为一致；,3.,减少开发时间；,4.,减少总成本；,实验设计的意义,1,实验设计的意义:实验设计的意义1,DOE,阶段一,:,筛选试验,阶段二,:,优化试验,确定出关键,x,最佳取值,寻找到所有可能影响,y,的关键,x,利用,SPC,控制这些关键的,X,实验设计的意义,2,DOE阶段一:筛选试验阶段二:优化试验确定出关键x最佳取值寻,实验设计是对实验方案进行最优设计，以降低实验误差和生产费用，减少实验工作量，并对实验结果进行科学分析的一种方法。（广义）,当需要探寻或验证产品质量或工艺或资源利用是否为最佳状态时，实验设计（,Design of Experiments,）是最科学、最经济的方法。（狭义）,DOE,的定义,实验设计是对实验方案进行最优设计，以降低实验误差和生产费用，,DOE,的分类,全因子试验设计(,Full Factorial Design),部分因子试验设计(,Fraction Factorial Design,),响应曲面方法（,Response Surface Methodology）,田口试验设计（,Robust Parameter Design）,混料设计（,Mixture Design）,调优运算(,Evolutionary Operation),DOE的分类全因子试验设计(Full Factorial D,品质特性的种类,品质特性可分为,二,类,计量特性：能以连续尺度量测。,计数特性：不能以连续尺度量测，但能按不连,续,分级尺度分类。常依主观而判定，如好、更好、最好。,品质特性的种类品质特性可分为二类,过程参数设计,优化,选择最佳的参数组合使产品,对杂音最不敏感,；,应用直交表,进行原因检测和平均值的处理；,应用直交表使变异最小；,最低成本,田口是运用最多的好方法,过程参数设计优化选择最佳的参数组合使产品对杂音最不敏感；田口,计量特性的种类,望目：此特性具有一特定的目标值,(,愈近目标值愈好,),，例如尺寸、换档压力、间隙、粘度等。,望小：目标的极端值是,(,值愈小愈好,),，例如磨耗、收缩、劣化、杂音水准等,望大：目标值为无限大,(,值愈大愈好,),，例如强度、寿命、燃料效率等。,计量特性的种类望目：此特性具有一特定的目标值(愈近目标值愈好,计量特性的种类,全因子实验法,这种实验方法，所有可能的组合都必须加以深究。,但相当耗费时间、金钱，例如,7,因子，,2,水准共须做,128,次实验。,13,因子，,3,水准就必须做了,1,594,323,次实验，如果每个实验花,3,分钟，每天,8,小时，一年,250,个工作天，共须做,40,年的时间。,计量特性的种类全因子实验法,基本术语响应,我们假定过程的结果当中，,y1，y2，y3,是我们关心的输出变量，这些我们常常称之为响应（,response）,过程,x1,x2,x3,u1,u2,y1,y2,y3,基本术语响应我们假定过程的结果当中，y1，y2，y3,基本术语可控因子,我们将影响响应的那些变量称为实验问题中的因子。其中,x1,x2,x3,是人们在实验中可以控制的因子，我们称为可控因子（,controlled factor）,过程,x1,x2,x3,u1,u2,y1,y2,y3,可控因子是输入变量，是影响过程最终结果的,基本术语可控因子我们将影响响应的那些变量称为实验问题中的,基本术语不可控因子,在影响过程和结果的因子中除了控制因子还包括一些非可控因子（,uncontrolled factor）：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把它们控制在某个精确值上。,过程,x1,x2,x3,u1,u2,y1,y2,y3,这些经常被叫做杂音,基本术语不可控因子在影响过程和结果的因子中除了控制因子还,举生活中与工作中的例子来说明,煤气做菜？,输入，输出？,因子？,可控因子？,噪音？,电池片反面焊接？,输入，输出？,因子？,可控因子？,噪音？,举生活中与工作中的例子来说明煤气做菜？电池片反面焊接？,基本术语水平和处理,为了研究因子对响应的影响，需要用到因子的两个或者更多不同的取值，这些取值称为因子的水平（,level）。,各因子选定了各自的水平之后，其组合被称为一个处理（,treatment）,或者一次实验（,trail）,70度,90度,温度,level1,level2,基本术语水平和处理为了研究因子对响应的影响，需要用到因子,基本术语主效应,举一个简单的例子在农田实验中，考虑两个因子，每个因子都设置了两个水平：,A,因子：浇水 水少 水多,B,因子：施肥 肥少 肥多,实验结果如下（响应是产量（,kg）：,B/A,水少,水多,肥少,100,120,肥多,130,170,基本术语主效应举一个简单的例子在农田实验中，考虑两个因子,基本术语主效应,由于,A,处于低水平（水少）时，得到的产量平均值为（100+130）/2=115,kg；,由于,A,处于高水平（水多）时，得到的产量平均值是（120+170）/2=145,kg，,分析：产量从115,kg,提高到145,kg,完全是因子,A,的作用（因为分析过程中没有考虑因子,B,），这时我们称因子,A,的主效应为：,145-115=30,kg,请问因子,B,的主效应是？呢,基本术语主效应由于A处于低水平（水少）时，得到的产量平均,基本术语交互作用,在前面的资料中我们发现：,当因子,B,处于低水平的时候（肥少），因子,A,从低水平变到高水平是从100到120，增加20,kg,；,当因子,B,处于高水平的时候（肥多），因子,A,从低水平变到高水平是从130到170，增加40,kg；,分析：显然同样,a,因子的变动在不同的,b,状态下，变化量不同，所以因子,a,和因子,b,之间存在交互作用。,交互作用的定义：如果,A,的效应依赖于因子,B,所处的水平，则称,A,和,B,之间有交互作用。,基本术语交互作用在前面的资料中我们发现：交互作用的定义：,基本术语交互作用,交互作用图示,A,低,高,产量,100,170,150,130,120,110,B,肥多,肥少,基本术语交互作用交互作用图示A低高产量100170150,正交表,(Orthogonal Array),正交表特点：,每一列都是自我平衡，即每一列中各水准出现的频率相同。,每两列间都是互相平衡，即在某一列中出现某水准的所有实验组，在另一列中出现各水准的频率相同。,正交表,(,直交表,),直交表用于实验计划，它允许每一个因素的效果可以在数学上独立予以评估。,可以有效降低实验次数，进而节省时间、金钱而且又可以得到相当好的结果,。,正交表(Orthogonal Array)正交表特点：正交表,正交表,(,直交性,),在实验计划中最主要的一个特性，便是,实验结果的再现性,；另外，当我们希望能在各种相异的条件，以最有效的方式,比较因素水准,时，都只有在直交性实验计画方法中才能达到,利用直交表进行实验，在实验结果的可靠度及高再现性上，都具有高效益。不管制程条件如何变化，在不同条件下，获得好的再现性之效果是相同的。,假如我们的实验计划均为直交，则我们在响应表中比较,A1,和,A2,时，我们将可确定,A1,中,B,效果与,A2,中的,B,效果应为相同，且当因素以直交方式变动时，其它的效应将不会混合于各因素的水准内。,正交表(直交性)在实验计划中最主要的一个特性，便是实验结果的,次数,A,B,AB,C,AC,BC,ABC,结果,1,2,3,4,5,6,7,1,1,1,1,1,1,1,1,Y1,2,1,1,1,2,2,2,2,Y2,3,1,2,2,1,1,2,2,Y3,4,1,2,2,2,2,1,1,Y4,5,2,1,2,1,2,1,2,Y5,6,2,1,2,2,1,2,1,Y6,7,2,2,1,1,2,2,1,Y7,8,2,2,1,2,1,1,2,Y8,三因子两水平的全因子实验,次数ABABCACBCABC结果12345671111111,实验编号,A,B,C,结果,1,1,1,1,Y1,2,1,1,2,Y2,3,1,2,1,Y3,4,1,2,2,Y4,实验编号,A,B,C,结果,1,1,1,1,Y1,2,1,2,2,Y2,3,2,1,2,Y3,4,2,2,1,Y4,假设实验执行所需花费的成本相当高，在此情况下不管任何理由，我们希望只做四次实验，以代替全因素实验。请问下列二表，你会选择那一项,直交表,L,4,2,3,的由来,实验编号ABC结果1111Y12112Y23121Y3412,直交表,L,4,2,3,的由来,实验编号,A,B,C,1,1,1,1,2,1,2,2,3,2,1,2,4,2,2,1,直交表L423的由来实验编号ABC1111212232124,直交表,L,8,2,7,的由来,次数,A,B,C,D,E,F,G,1,2,3,4,5,6,7,1,1,1,1,1,1,1,1,2,1,1,1,2,2,2,2,3,1,2,2,1,1,2,2,4,1,2,2,2,2,1,1,5,2,1,2,1,2,1,2,6,2,1,2,2,1,2,1,7,2,2,1,1,2,2,1,8,2,2,1,2,1,1,2,直交表L827的由来次数ABCDEFG12345671111,其它常用的直交表,L,4,2,3,L,8,2,7,L,16,2,15,L,32,2,31,L,64,2,63,L,9,3,4,L,27,3,13,L,81,3,40,L,18,(2,1,3,7,),其它常用的直交表L423L934L18(2137),直交表的数据分析,田口,分析,1,、,决定每个因素的平均响应值。,2,、,估计每个因素及交互作用之主效果。接着比较各主效果，找出较强之主效果。,3,、,完成响应表,和,交互作用,图,只需点绘较强之主效与交互作用，因为较弱效果的因素水准，对推动力的影响极微，可以忽略不计。,4,、,最佳化及最佳条件的估计,5,、,确认实验,直交表的数据分析田口分析1、决定每个因素的平均响应值。只需,游艇的真空控制阀门组合的推动力,目标：推动力,(,望大特性,),交互作用：,BC,控制因素,水准一,水准二,A:,原材料,M-270,M-290,B:,停留时间,2.7