Taguchi田口实验设计培训

Introduction to Design ofExperiments (DOE)-Taguchi实验设计介绍-田方法适用于Minitab 15中文版杨海峰浙江九洲药业股份有限公司2010.01.15试验设计是一种研究与处理多因子试验的科学方法。和传统的 分析方法采用多次单因子试验相比，试验设计方法允许在同一 试验中包含多个变量，大大提高试验效率并降低成本。InputsProcessOutputs输入过程输出Xi 温度 -X2 时间 .收率 Xx3 PHProcessx4 压力生产过程杂质 丫2 -X5原料配比.以上反应共有5个关键因子（变量），假定每个因子有两个水平（取值）o传统方法逬行试验需要逬行25 = 3续。而试验设计方法只需要逬行8次试验就可以得出较高置信度的结论!传统试验析方法和试验设计比较传统试验方法：-将应影响输出的众多输入变量（因子）在同一时间只允许有 个变量变化，其他相对固定。-试验周期长，浪费时间，可能导致试验成本大幅提高，并拖 延产品上市时间。-试验方法粗糙，因为无法考察因子间的交互影响，得到的结 论可能和实际不符-导致质次价高。试验设计：-试验次数少，成本低，时间快。-能考察因子间的交互影响。明确给出哪个因子是关键的，哪 个是非关键的。-让我们更了解自己的工艺和如何进行优化控制。-较高的置信度。传统试验方法_多次单因子试验(2)传统试验方法_多次单因子试验(1)以烤箱烤蛋糕为例:Eh假定烤箱温度和烘烤时间是两个关键输入因子。 烤好的蛋糕厚度作为关键输出结果来衡量。试验方案如下:定烘烤时间,试验不同烘烤温度的影响。-再固定烘烤温度,试验不同烘烤时间的影响。-最终确定最佳烘烤时间和温度。实例：烤蛋糕先固定烘烤肘间为30分钟，实验不同烘烤温度下的蛋糕厚度121020 1111160180200220240温度（C）传统试验方法_多次单因子试验(5)7传统试验方法_多次单因子试验(5)实例：烤蛋糕先固定烘烤温度为200C,实验不同烘烤时间下的蛋糕厚度10EO-赵ttoffl优化的时间为30 mins1207.5156030时间(mins)#传统试验方法_多次单因子试验(5)9传统试验方法_多次单因子试验(5)实例：烤蛋糕最终看起来最佳烘烤温度为200C,最佳烘烤时间为30分钟!#传统试验方法_多次单因子试验(5)实际上：最佳烘烤温度和烘烤时间都和我们前面推测的不同!为什么我们没能找到“真正的”最优化点?11为什么我们没能找到“真正的”最优化HRs因为传统试验方法没有考察各因子间的交互影响，导 致试验结果和实际存在偏差。各因子间存在交互影响，日常实践中有很多例子：-众所周知：农产品施0巴时，氮肥.磷肥.钾肥施用量之间就 有明显的交互影响。-刚才提到的烤蛋糕问题。-合金配方中多种元素含量配比导致的合金性能差别。-合成反应中温度、压力、时间、物料配比、催化剂等等之间 也往往存在非常显著的交互影响。传统试验方法无法解决这一难题!常用的试验设计方法 Ph.m rn .u .ilV全因子试验设计 分部试验设计 筛选试验设计 中心复合试验设计 田试验设计QXBehnken试验设计事实上，每种试验设计都各有优缺点，适用于不同的 应用领域。13田正交实验设计法简介 Taguchi(田口)实验设计是利用正交表来挑选实验条件和安排实验的实验方法.此实验设计方法最早是由日本质量管理专家田口玄一 (Genechi Taguchi)提出，由it又深化菠農出参数优 化设计，公差设计和稳健设计(Robust Design).日本人认为不懂田正交实验设计的工程师，就不能 被称为合格的工程师，可见其广泛应用的程度。田方法在日本“质量立国”的战略中起到巨大的作15用，被用到从造航天器到烤面包寻找最佳配方的角角落落，使用它的公司也因此获得从几万元至上亿元的 收益。细节可参考质量工程师手册一书。Taguchi方法的基本概念(1) 质量损失函数(Quality Loss Function)-田方法认为，质量的定义是产品由于质量的缺陷对带来的 损失其损失可以用一个质量损失函数来表示：L= K (y-m)2L为损失y为特定的质量特征的实际值m为质量特征的目标值K为损失函数的比例常数-田给质量下了如下定义：“所谓质量就是产品出厂后给社会带来的损失” O 质量好，社会损失小；质量差，社会损失大。Taguchi方法的基本概念(2)rh.irm.H (-ulK.ilW正交表：正交表是正交实验设计的基本工具是在运用组合数学理论的正交拉丁方的基础上构造的一种规格化的表格其符号为-(Ji)-其中：-L-正交表的代号-n-正交表的行数，即实验次数-J-正交表中的数码丿即因素的位级数-i-正交表的列数，即实验因素的个数-个4(27)的结构为：列号 实验号12345671111221222122111312222214221212251121122621112217121111182221212Taguchi方法的基本概念(3)信噪比(Signal to Noise Ratio):信噪比和稳健(Robustness)的概念紧密相关稳健的概念追求产品或流程的表现在受到因素 的波动时候的稳定性.这个比用S/N来表示，S/N可以是: 望目值-某个目标值 望大值-比如合格率 望小值-比如维修时间个接触器的使用寿命的实验设计示例（四因子两水平）Y二寿命（衡量指标为：次）因子： 人=触片形状（标准，长）B =支撑长度（全长,-25mm间隙）C =材料厚度（0012英尺,0.011英尺）D =方向（标准，横向）在Minitab中，统计DOE田:创建田口设计19#田口设计-设计设计类型& 2水平设计1(2至31个因子）3水平设计）(2至13个因子）广4水平设计 2至5个因子）广5水平设计0(2至6个因子）f混合水平设计QM） 2至26个因子）田口设计列*2ISL12L16L32按设计键4*24 4 4* * * *2 2 2因子数：| 4二|显示可用设i+（Y）.1设讦.门 丿帮助1确定（Q）|职消选正交表厂为动态特征添加信号因子）帮肋I确定肋21用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l#用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l田口设计-因子冈按因子键 输入因子 的名称和 水平囚子名称水平值列水平A皂片老状标進长:工B支舷度全长23间隙2三C材料厚度0.012英尺0.011英尺4工口D标進横习了工L3分配因子G劉页f逋定表的现无许箱计诊选交互作衍（S）交互作用（!） |帮助|确定取消|jC1-TC2-TC3-TC4-TC总片形状支撑长度材料厚度方向1标准全长0. 012英尺标准2标准全长0. 011英尺横向3标准.25帧间隙0.012英尺横向4标准.25帧间隙0. 011英尺标准5长全长0.012英尺横向e长全长0. 011英尺标准1长.25帧间隙0.012英尺标准8长25帧间隙0.011英尺横向9-Worksheet 1 设计方案完成-H!5 o rksheetJL拿+12Cl-TC2-TC3-TC4-TC5C6迥TC8融片形狀支挣长度材料厚度方向Repl蚀2 |63871Rep 3标准全长0.012英尺标准5609356978标准全长0.011英尺横向62147593917521334561标准.25mm间隙0. 012英尺横向576786257461408标准25帧间隙0.011英尺标准834697429162951长全长0. 012英尺横向563486386763541长全长0. 011英尺标准708527373394016长2 5mm间隙0.012英尺标准6379260988638718长25jnin可隙0. 011英尺橫向7363563867831199入收集的三次重复实验的数据i n录,23用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l分析：统计DOE 田口分析田设计分析田口设计区I#用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*lC5ReplC6ReP2CTRep3响应数据位于I：Repl-Rep3#用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l#用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l形.|分析I项帮助I分析團形).I选项0)I存储0)I确定 I 取消 I分析田口设计-图形#用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l选信噪比、均值和标准差C1C2C3C4材料厚度方向选择 |生成複型中主效应和交互作用的国V信噪比)0均值他)17交互作用国Q显示交互作用国矩阵区)使用作为矩阵的行和列交互作用的全部因子或指定行的因子CR):I指定列的因子C):|在单独示因上显示毎个交互作用(X)帮助I确定职消25用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l信噪比选项中选“望大”(寿命越长越好)#用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l交互影响项分析中选中所有的可用项:分析B8 口设计27用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l#用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*lC5ReplC6Rep2C7矗13响应数据位于広):ReplRep3帮助 |團形；分祈1分析图形|选项的.1确定 1荊向蒜方5CDABACADBCBDCD#用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l29用Minitab进行Taguchi实验的实例(3)Ih.M rn .u.il*l均值主效应图数粼半均(fi标准差主效应图散撫平沟值佢片形状支柠长反7200069000660006S00060000I.25iwn何 K?/72000-69000-66000-6 3000-60000-0. 012)* 尺0.0“灭尺烛片形状支丼丘度10000-8000-6000-1000-25-mfn| 原材 W P/A:./10000-8000-6000-1000-0.012； M0.011 尺信嗓比主效应图数粼平均值SSBFS触片形状芟挣氏歧.26 何 0).!M flffft/ . 0 X2 0.“此尺对分析的结果来看，当需要提 高接触器的寿命时，各因素的 设置为较长的长度，25毫米的 支撑间隙，0.11英尺的材料厚 度和标准方向。#用Minitab进行Taguchi实验的实例* r ： I ： ：. 1.1平行线意味着没有交互影响，交叉则有交互影响。均值交互作用图数据平均值72000 -6600060000 -.25mm何隙杯准-7200066000-60000触片形状A/7支搏长度/材料厚度方向-72000-66000一6000072000 -66000 -60000 -长标准0. 01 2英尺0. 011英尺触片形状标准 -长支撐长度全长25mm间隙材料厚度 一 0. 012英尺 0.011 英尺方向 标准 横向31问22