实验设计(DOE)介绍ppt课件.ppt

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1、实验设计(DOE)介绍实验方法实验方法*实验是人类认识自然的重要工具.*自从人类自觉的利用实验手段后: .人类认识自然的速度加快, .人类认识自然的程度加深， .知识快速积累*正是由于人类借助了实验的手段，近代社会才得以飞速发展1.学习过程学习过程事件發生有人看見有人思考自然自然学习过程学习过程条件下偶然发生碰巧被看見少人思考难得理解不可控制大部分被忽視1,000,000,000次1,000,000次1,000次1次有人悟解1. 学习过程学习过程自然学习过程自然学习过程受偶然因素的影响，何时何地发生不可控制，即使被看见，都易被忽视，更难得有人去思考，能从中学到东西的机会极其微小，人类处于被动的

2、学习状态如青霉素，即是在很偶然的机会下才被发现的.受以上条件限制，人类进步缓慢. 自然自然学习过程学习过程1. 学习过程学习过程 实验的引用实验的引用没有思考没有思考, ,学习在此中断学习在此中断1. 学习过程学习过程学习方法的改进学习方法的改进开始注意开始注意，思考形状，思考形状与滚动的关系与滚动的关系? ?1. 学习过程学习过程学习方法的改进学习方法的改进圆形易于滚动而被运用与运动体中1. 学习过程学习过程实验定义实验定义* 产生一个环境学习* 实验是为了观察发现未知的效果,依据实验者 决定的实验条件,所进行的过程.1. 学习过程学习过程实验的一些特点实验的一些特点我们有意识的主动 的创造

3、机会发生重要现象我们知道事件发生的时间我们可以控制加速时间发生,从而使学习更快我们可以捆制发生场所,使其最便于观察研究1. 学习过程学习过程实验学习过程实验学习过程事件發生觀察思考悟解創造條件控制事件發生聰明的人等待事件的發生聰明思考總結為知識數次數次1次1次全體不聰明人享受成果應用1. 学习过程学习过程实验学习对人类社会科技进步和文明发展起了关键作用在工厂,少数技术精英，熟练掌握实验技术，有知识和强的分析能力，对工厂的工程改善可以起决定性作用2. 实验方法分类实验方法分类实验方法的种类实验方法的种类试对法试对法OFATDOE(实验设计实验设计)3. 试对法试对法当遇到问题时当遇到问题时，实验

4、者变化某个参数实验者变化某个参数, ,如果结果不好如果结果不好，则实验这个参数的另一个点或选择另一个参数实验则实验这个参数的另一个点或选择另一个参数实验，但一旦结果能够接受但一旦结果能够接受，则实验终止则实验终止，这个设定被应这个设定被应用用，以希望度过困难以希望度过困难试对法试对法，在问题出现后在问题出现后，以找到可以接受，以找到可以接受的结果为的结果为目的目的什么是试对法什么是试对法3. 试对法试对法熔接工程例例 子子 1. .依据经验依据经验, ,选择电流选择电流, ,电压电压, ,熔接时间熔接时间, ,. .选定一组参数组合熔接选定一组参数组合熔接. .如果熔接不完全如果熔接不完全，则

5、改变其中一个或几个参数再熔则改变其中一个或几个参数再熔 接，并检查确认接，并检查确认. .如果，如果，则确定为生产条件则确定为生产条件3. 试对法试对法试对法的特点试对法的特点也许是最为也许是最为广泛广泛被采用的实验方法被采用的实验方法实验者根据实验者根据经验经验或或随机随机的变动实验参数的变动实验参数根本原因根本原因不清不清不能正确不能正确总结规律总结规律知识知识不能累积不能累积, ,只能针对具体问题只能针对具体问题局限局限解决解决是一种找到快速解决问题的是一种找到快速解决问题的特殊方法特殊方法找出的方法多数找出的方法多数不是最佳不是最佳的的不能不能确定控制规格确定控制规格3. 试对法试对法

6、例例 子子 2汽车节油汽车节油某生买车后发现每升汽油只能跑某生买车后发现每升汽油只能跑20km20km，很不开心很不开心，決，決心心实验实验: :* *换用换用不同牌子不同牌子的轮胎的轮胎* *试试用不同牌子汽油用不同牌子汽油* *在不同的路用不同的在不同的路用不同的轮胎气压轮胎气压* *不同的路況控制不同的速度不同的路況控制不同的速度终于终于找到了毎找到了毎升汽油跑升汽油跑25km,25km,很満意但很満意但3. 试对法试对法例例 子子 2汽车节油汽车节油* *还能跑得更快吗还能跑得更快吗? ?* *是不是真的省钱了是不是真的省钱了? ?* *此条件下开车车损大吗此条件下开车车损大吗? ?*

7、 *安全吗安全吗? ?3. 试对法试对法试对法潜在问题试对法潜在问题? ? 可能存在大的可能存在大的危险危险，或在，或在危险边缘危险边缘也不知道也不知道? ? 可能是在可能是在低效率下低效率下工作工作? ? 可能是在高成本下工作可能是在高成本下工作? ? 可能可能设备设备工作在不工作在不稳定稳定区区? ? 可能可能设备处于设备处于高磨耗高磨耗状态状态工作工作虽然试对法也可解决问题虽然试对法也可解决问题, ,达到图纸要求达到图纸要求, ,但但3. 试对法试对法试对法潜在问题试对法潜在问题由于试对法可以快速找到解决问题的方法，但由于存在以上潜在问题，所以，工程师在试对法后要进一步采用更深入的后续实

8、验方法找到控制点和优化工程.此外，采用试对法，实验成本有时很高，数据难以分此外，采用试对法，实验成本有时很高，数据难以分析析不止哪些因素优先控制不止哪些因素优先控制，更易控制，更能有效控制更易控制，更能有效控制.4. OFAT 单要素实验法单要素实验法什么是什么是OFAT单要素实验法单要素实验法，在保持其他要素变量不变的情况，在保持其他要素变量不变的情况下，改变某个变量，观测输出下，改变某个变量，观测输出，从而找出该要素从而找出该要素对关键输出的影响规律对关键输出的影响规律. .4. OFAT例例 子子 速度辛烷值轮胎压力公里数/升5585302565658530235596963028558

9、53535294. OFATOFAT的特点的特点使分析变得容易如果采用连续变化，则可较好地取得控制点和确定控制范围.如果采用不连续的变量试验，则可得出基本正确的定性规律.是目前大学教育中最常用的试验方法是之前工程中最常用试验方法4. OFATOFAT的不足点的不足点* 试验时有时很难控制其它要素恒定不变，这时试验困难.* 试验次数多，数据多，会重复，反而解释困难.* 不能发现要素间的相互作用，当这种作用存在时，结果将 变得不可靠.* 要素多，有交互作用时，品质优化不可靠.* 要素多时，不能得出Y=F(X)的函数关系.* 不能进行成本，效率，品质同时考虑的优化.5. DOE （试验设计试验设计）

10、什么是什么是DOE 是一种试验策略是一种试验策略，在试验设计阶段在试验设计阶段，就引用一些简就引用一些简单的统计学方法进行单的统计学方法进行试验设计试验设计，对试验结果运用统计学对试验结果运用统计学的工具进行的工具进行分析分析，以最大限度的以最大限度的解释数据解释数据，获得有用的获得有用的信息信息，达到理解其内在达到理解其内在规律规律的目的的目的. . 所以我们必须把实际的问题转换为数学问题所以我们必须把实际的问题转换为数学问题. .5. DOE （试验设计试验设计）汽车节油实验设计汽车节油实验设计5. DOE （试验设计试验设计）汽车节油汽车节油DOEDOE结果结果5. DOE （试验设计试

11、验设计）通过刚才的例子通过刚才的例子, ,我们可初步了解到我们可初步了解到,DOE,DOE的优点的优点: :*可确定过程关键输出的主要影响因素*可确定各过程要素之间的影响*可以优化过程参数的设定的設定*相对与所取得的对过程的认识程度,这是一种最节约的实验5. DOE （试验设计试验设计）X1X1X2X2XnXn. . .Y Y产品产品或或过程过程输入变量输入变量（因子）（因子）输出变量输出变量（响应量）（响应量）影响因素影响因素要解决的问题要解决的问题Y=F(X)Y=F(X)DOEDOE如如: :( (降低降低) )不良率不良率 ( (提高提高) )硬度硬度( (保证保证)DCR)DCR (

12、(减少减少) )批锋批锋等等如如: : 温度温度, ,时间时间, , 压力压力, ,人员人员, , 不同的机器不同的机器, ,材料材料 等等5. DOE （试验设计试验设计）相关术语相关术语又叫输出变量又叫输出变量, ,即所关注的即所关注的可测量可测量的输出结果的输出结果. .相应量相应量(Y)(Y)Y Y的选定的选定: :* * 尽量使用连续数据做输出变量尽量使用连续数据做输出变量 - - 连续数据提供更多的信息连续数据提供更多的信息(DCR,(DCR,硬度硬度, ,批锋大小等批锋大小等) ) - - 计数型数据需要大量样本计数型数据需要大量样本( (合格合格, ,有无批锋有无批锋, ,有无

13、半田不良等有无半田不良等) )* * 尽量使用可精确尽量使用可精确, ,稳定测量的输出变量稳定测量的输出变量.(.(确认确认Y Y的的MSA)MSA)5. DOE （试验设计试验设计）相关术语相关术语因子因子(X)(X)又叫输入变量又叫输入变量/ /因素因素. .在过程中可改变其取值在过程中可改变其取值( (水平水平),),并因此对关并因此对关键输出有影响键输出有影响. .可控因子可控因子可以控制的因子可以控制的因子, ,即我们在工序的正常操作时能设定并维持在期即我们在工序的正常操作时能设定并维持在期望水平的因子望水平的因子噪声因子噪声因子在正常的操作期间变化的因子在正常的操作期间变化的因子,

14、 ,而且我们不能够控制他们而且我们不能够控制他们( (刀具的刀具的磨损磨损, ,早晚班作业环境早晚班作业环境, ,人员的情绪等人员的情绪等),),或者我们宁愿不控制他们或者我们宁愿不控制他们, ,因为这么做会很昂贵因为这么做会很昂贵( (恒定的温湿度恒定的温湿度, ,无尘等无尘等) )5. DOE （试验设计试验设计）相关术语相关术语因子的选定因子的选定: :不要选噪声因子作为输入变量做不要选噪声因子作为输入变量做DOEDOE识别因子的方法识别因子的方法: : - -鱼骨图鱼骨图 -头脑风暴法头脑风暴法 -FMEA-FMEA - -因果矩阵因果矩阵5. DOE （试验设计试验设计）相关术语相关

15、术语水平水平因子的取值或设定因子的取值或设定因子的水平可以是定量的因子的水平可以是定量的, ,也可以是定性的也可以是定性的: : 因子因子 水平水平定量定量 温度温度 100100200200 时间时间 2S 5S2S 5S定性定性 材料材料 A LOT B LOTA LOT B LOT 设备设备 A A设备设备 B B设备设备5. DOE （试验设计试验设计）什么是什么是DOE 试验设计是通过有目的地改变一个过程（或活动）试验设计是通过有目的地改变一个过程（或活动）的输入变量（因子），以观察输出变量（相应量）的相的输入变量（因子），以观察输出变量（相应量）的相应变化应变化. . 试验设计是一

16、种科学的方法，使研究者更好的了解试验设计是一种科学的方法，使研究者更好的了解一个过程，并确定输入（因子）是如何影响输出（相应一个过程，并确定输入（因子）是如何影响输出（相应量）量）5. DOE （试验设计试验设计）实例实例型名型名A A的的COIL,COIL,其其DCRDCR不稳定不稳定, ,我们想通过我们想通过DOEDOE实验知道卷线张力实验知道卷线张力, ,线材线线材线径与径与DCRDCR的关系的关系. .我们会设计以下我们会设计以下DOEDOE实验实验: :实验次数卷线张力(N)线材线径(mm)DCR150.28250.32380.28480.32Y(Y(输出变量输出变量) )是是: :

17、-DCR-DCR因子因子( (输入变量输入变量) )是是: : - -卷线张力卷线张力 -线材线径线材线径因子水平是因子水平是: : - -卷线张力卷线张力:5N/8N:5N/8N - -线材线径线材线径:0.28mm/0.32mm:0.28mm/0.32mm2 2要素要素2 2水平水平5. DOE （试验设计试验设计）DOEDOE的类型的类型实验类型实验类型可控因子数可控因子数全因子实验法全因子实验法4 4个或更少个或更少部分因子法部分因子法5 5个或更多个或更多筛选法筛选法7 7个或更多个或更多中心合成法中心合成法3 3个或更多个或更多5. DOE （试验设计试验设计）全因子实验法全因子实

18、验法要运行所有因子和水准的所有组合要运行所有因子和水准的所有组合* * 有有K K个因子个因子, ,每个因子有每个因子有2 2个水准的全因子实验个水准的全因子实验, ,我们通常叫我们通常叫 2 2K K设计设计* * 实验次数为实验次数为 N= N= 2 2K K进行实验组合时进行实验组合时, ,通常通常 + + 表示高水平表示高水平 - - 表示底水平表示底水平5. DOE （试验设计试验设计）2 22 2 全要素全要素实验实验2 2 要素要素2 2 水平水平4 4 次实验次实验标准实验序列设计标准实验序列设计5. DOE （试验设计试验设计）2 23 3 全要素全要素实验实验3 3 要素要

19、素2 2 水平水平8 8 次实验次实验BC标准实验序列设计标准实验序列设计5. DOE （试验设计试验设计）* * 有有K K个因子个因子, ,每个因子有每个因子有3 3个水准的全因子实验个水准的全因子实验, ,我们通常叫我们通常叫 3 3K K设计设计* * 实验次数为实验次数为 N= N= 3 3K K进行实验组合时进行实验组合时, ,通常用通常用-1,0,+1-1,0,+1表示表示3 3个水平个水平 5. DOE （试验设计试验设计）AB1-1-12-103-1140-150060171-18109112 2 要素要素3 3 水平水平9 9 次实验次实验3 32 2 全要素全要素实验实验

20、标准实验序列设计标准实验序列设计5. DOE （试验设计试验设计）水平的数目水平的数目: :* * 当因子为定量型时当因子为定量型时, ,通常选择通常选择2 2到到3 3个水平个水平. .* * 2 2水平只能平估线形效果水平只能平估线形效果* * 3 3水平实验次数多水平实验次数多, ,但可以分析二次效果但可以分析二次效果Y YX X- -+ +2 2水平水平Y YX X-1-10 03 3水平水平+1+15. DOE （试验设计试验设计）通常的做法通常的做法: :* * 最初时将因子设在最初时将因子设在2 2水平水平, ,同时研究大量因子同时研究大量因子* * 当确定重要因子后当确定重要因

21、子后, ,接着用接着用3 3水平进行进一步水平进行进一步 的实验的实验, ,以得到更多的信息以得到更多的信息5. DOE （试验设计试验设计）如果一个要素对过程输出的效果与另一个要素的水平有关时如果一个要素对过程输出的效果与另一个要素的水平有关时, ,我们称这两个要素对该输出有交互作用我们称这两个要素对该输出有交互作用交互作用交互作用例如例如: :线材的线径比较小时线材的线径比较小时( (低水平低水平),),张力变化对张力变化对DCRDCR影响不大影响不大, , 当线材的线径比较大时当线材的线径比较大时( (高水平高水平),),张力变化对张力变化对DCRDCR的影响比较大的影响比较大. .线径

22、和张力对线径和张力对DCRDCR有交互作用有交互作用5. DOE （试验设计试验设计）2 23 3全要素实验全要素实验( (交互作用交互作用) )ABCABACBCABC1-+-2+-+3-+-+-+4+-+-5-+-+6+-+-+-7-+-+-8+主效果主效果二次交互作用二次交互作用三次交互作用三次交互作用标准实验序列设计标准实验序列设计5. DOE （试验设计试验设计）练习练习: :用用MINTABMINTAB设计以下实验设计以下实验: :1)1) 2 23 3全要素实验全要素实验2)2) 3 33 3全要素实验全要素实验5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析1.1.分析平均值

23、分析平均值发现影响输出发现影响输出平均值平均值的因子的因子, ,建立建立Y-hatY-hat模型模型2.2.分析标准偏差分析标准偏差发现影响输出发现影响输出变异变异的因子的因子, ,建立建立S-hatS-hat模型模型以上两种情形以上两种情形, ,我们都用到以下两中分析方法我们都用到以下两中分析方法: : - -响应表响应表和和图图 -系数的系数的P P值值5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析例子例子 研究研究: : 滚动成型机的成型作业滚动成型机的成型作业, , 目的目的: : 使作业输出使作业输出”寸法寸法S”S”稳定稳定, ,且达到目标值且达到目标值. . 经研究讨论经研究

24、讨论, ,选定以下要素及水平选定以下要素及水平: :Factor level+-ACamp PositionP1P2BAngle90105CPressureLowHigh+ + 表示高水平表示高水平 - - 表示底水平表示底水平5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析运行以下全要素实验并得到实验数据运行以下全要素实验并得到实验数据ABCsamples1samples2samples31-19.1819.0219.092+-19.1519.419.623-+-19.4118.8219.144+-19.8918.9419.45-+18.7318.6318.796+-+19.1718.76

25、18.947-+18.418.7319.048+18.5419.4618.978 8个实验组个实验组合中的每合中的每个因子被个因子被设置设置, ,每种每种组合条件组合条件下分别取下分别取得得3 3个个S S值值5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析实验数据的获取实验数据的获取1.1.重复重复: : 在不重新组合实验设定的情况下在不重新组合实验设定的情况下, ,连续进行实验并收集数据连续进行实验并收集数据. .2.2.复制复制: : 每个数据值在重新设定实验组合之后收集每个数据值在重新设定实验组合之后收集. .例如，在條件組合下，連續進行次試驗，再變換條件為組合，再連續進行次試驗例如

26、，在條件組合下，連續進行次試驗，再變換條件為組合，再連續進行次試驗例如，先進行从條件組合的八組試驗后，再重複進行條件組合的八組試驗例如，先進行从條件組合的八組試驗后，再重複進行條件組合的八組試驗目的目的: :常被用于評價短時作用，這樣使減少偶然的燥音要素的影響増加試驗可靠性常被用于評價短時作用，這樣使減少偶然的燥音要素的影響増加試驗可靠性 目的，常被用于評價長期作用，這也是増加推理空間的一種方法目的，常被用于評價長期作用，這也是増加推理空間的一種方法5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (平均值平均值) )ABCsamples1samples2samples3Avg.1-19.

27、1819.0219.0919.10 2+-19.1519.419.6219.39 3-+-19.4118.8219.1419.12 4+-19.8918.9419.419.41 5-+18.7318.6318.7918.72 6+-+19.1718.7618.9418.96 7-+18.418.7319.0418.72 8+18.5419.4618.9718.99 为了识别影响为了识别影响S S平均值平均值的因的因子子, ,我们首先计算每个实验我们首先计算每个实验组合的组合的平均值平均值5. DOE （试验设计试验设计）ABCAvg.1-19.10 2+-19.39 3-+-19.12 4+-

28、19.41 5-+18.72 6+-+18.96 7-+18.72 8+18.99 评价因子评价因子C C的主效果的主效果( (既因子既因子C C对输出值对输出值S S的影响作用的影响作用) )Avg. (at c-)=(19.10+19.39+19.12+19.41)/4=19.26Avg. (at c+)=(18.72+18.96+18.72+18.99)/4=18.85对于对于C C因子因子, ,如果输出值如果输出值S S的平均值在的平均值在C-C-水平与水平与C+C+水平不同时水平不同时, ,则说明对输出的平均值有影响则说明对输出的平均值有影响数据分析数据分析( (平均值平均值) )5

29、. DOE （试验设计试验设计）levelABC-18.9219.0419.26+19.1919.0618.850.270.02-0.41以同样的方法以同样的方法, ,计算计算A,BA,B的主效果响应表的主效果响应表: :每个因子在每个因子在低低水平时的平均输出水平时的平均输出每个因子在每个因子在高高水平时的平均输出水平时的平均输出= = 高高水平平均输出水平平均输出 - - 低低水平平均输出水平平均输出对输出影响最对输出影响最大大也是强影响因也是强影响因子子数据分析数据分析( (平均值平均值) )5. DOE （试验设计试验设计）PressureAngleClamp 1-1 1-1 1-11

30、9.2519.1519.0518.9518.85DimMain Effects Plot (data means) for Dim线越陡线越陡, ,表表明该因素明该因素对输出的对输出的影响越大影响越大因子主效果图因子主效果图数据分析数据分析( (平均值平均值) )5. DOE （试验设计试验设计）ABCABACBCABCAvg.1-+-19.10 2+-+19.39 3-+-+-+19.12 4+-+-19.41 5-+-+18.72 6+-+-+-18.96 7-+-+-18.72 8+18.99 levelABCABACBCABC-18.9219.0419.2619.0519.0619.0

31、519.05+19.1919.0618.8519.0519.0419.0519.060.270.02-0.410.00 -0.02 0.00 0.01 用同样的方法可计算得到二用同样的方法可计算得到二/ /三次交互作用的响应表三次交互作用的响应表数据分析数据分析( (平均值平均值) )5. DOE （试验设计试验设计）1-11-119.3019.0518.8019.3019.0518.80ClampAnglePressure1-11-1Interaction Plot (data means) for Dim两因子交互作用图两因子交互作用图* *两线平行两线平行或大致平或大致平行行, ,不存在

32、不存在交互作用交互作用* *两线不平两线不平行或交叉行或交叉, ,存在交互存在交互作用作用数据分析数据分析( (平均值平均值) )5. DOE （试验设计试验设计）构造一个预测等式构造一个预测等式Y=Y+(A/2)A+(B/2)B+(C/2)C+(AB/2)AB+Y=Y+(A/2)A+(B/2)B+(C/2)C+(AB/2)AB+Y=Y=预测响应值预测响应值Y=Y=所有数据的平均值所有数据的平均值(A/2)=(A/2)=因子因子A A的的1/21/2效果效果数据分析数据分析( (平均值平均值) )5. DOE （试验设计试验设计）例子的例子的Y HatY Hat模型模型等式中只包含被认为重要的

33、因子等式中只包含被认为重要的因子Y=19.05+0.14A-0.21CY=19.05+0.14A-0.21C数据分析数据分析( (平均值平均值) )5. DOE （试验设计试验设计）MINTABMINTAB分析分析数据分析数据分析( (平均值平均值) )Estimated Effects and Coefficients for Dim (coded units)Estimated Effects and Coefficients for Dim (coded units)Term Effect Coef SE CoefTerm Effect Coef SE Coef T P T PConst

34、ant 19.0508 0.06199 307.33 0.000Constant 19.0508 0.06199 307.33 0.000Clamp 0.2717 0.1358 0.06199 2.19 0.044Clamp 0.2717 0.1358 0.06199 2.19 0.044Angle 0.0217 0.0108 0.06199 0.17 0.863Angle 0.0217 0.0108 0.06199 0.17 0.863Pressure -0.4083 -0.2042 0.06199 -3.29 0.005Pressure -0.4083 -0.2042 0.06199 -3

35、.29 0.005ClampClamp* *Angle 0.0050 0.0025 0.06199 0.04 0.968Angle 0.0050 0.0025 0.06199 0.04 0.968ClampClamp* *Pressure -0.0183 -0.0092 0.06199 -0.15 0.884Pressure -0.0183 -0.0092 0.06199 -0.15 0.884AngleAngle* *Pressure -0.0017 -0.0008 0.06199 -0.01 0.989Pressure -0.0017 -0.0008 0.06199 -0.01 0.989

36、ClampClamp* *AngleAngle* *Pressure 0.0083 0.0042 0.06199 0.07 0.947Pressure 0.0083 0.0042 0.06199 0.07 0.947因子的系数因子的系数P0.05P0.05主要影响因子主要影响因子Y=19.058+0.1358A-0.20CY=19.058+0.1358A-0.20C5. DOE （试验设计试验设计）MINTABMINTAB分析分析(Pareto(Pareto图图) )数据分析数据分析( (平均值平均值) )3210CABACABCABBCPareto Chart of the Standard

37、ized Effects(response is Dim, Alpha = .10)A: ClampB: AngleC: PressureA,CA,C超过红线超过红线, ,为为主要影响因子主要影响因子. .5. DOE （试验设计试验设计）MINTABMINTAB分析分析( (正态图正态图) )数据分析数据分析( (平均值平均值) )A,CA,C远离远离, ,为主为主要影响因子要影响因子. .210-1-2-31.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5Standardized EffectNormal ScoreCANormal Probability Plot of the Stand

38、ardized Effects(response is Dim, Alpha = .10)A: ClampB: AngleC: Pressure5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (标准偏差标准偏差) )ABCABACBCABCSample1Sample2Sample3STDEV1-+-19.18 19.02 19.09 0.080 2+-+19.15 19.40 19.62 0.235 3-+-+-+19.41 18.52 19.14 0.456 4+-+-19.89 18.94 19.40 0.475 5-+-+18.73 18.63 18.79 0.081 6+-+-+

39、-19.17 18.76 18.94 0.206 7-+-+-18.40 18.73 19.04 0.320 8+18.54 19.46 18.97 0.460 为了识别影响为了识别影响S S平均值平均值变异变异的因子的因子, ,我们首先计算每个我们首先计算每个实验组合的实验组合的标准偏差标准偏差5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (标准偏差标准偏差) )用分析平均值同样的方法分析标准偏差用分析平均值同样的方法分析标准偏差, ,得到以下响应表得到以下响应表levelABCABACBCABC-0.1940.150.2710.2640.2780.2640.27+0.3440.38

40、80.2670.2740.260.2740.2680.150 0.237 -0.005 0.010 -0.018 0.010 -0.002 5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (标准偏差标准偏差) )因子主效果图因子主效果图PressureAngleClamp 1-1 1-1 1-10.390.330.270.210.15C11Main Effects Plot (data means) for C115. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (标准偏差标准偏差) )1-11-10.50.30.10.50.30.1ClampAnglePressure1-11-1I

41、nteraction Plot (data means) for C11两因子交互作用图两因子交互作用图5. DOE （试验设计试验设计）构造一个预测等式构造一个预测等式S=S+(A/2)A+(B/2)B+(C/2)C+(AB/2)AB+S=S+(A/2)A+(B/2)B+(C/2)C+(AB/2)AB+S=S=预测的标准偏差预测的标准偏差S=S=整个实验的全部标准偏差的平均值整个实验的全部标准偏差的平均值(A/2)=(A/2)=因子因子A A的的1/21/2效果效果数据分析数据分析( (平均值平均值) )5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (标准偏差标准偏差) )例子的例子

42、的S HatS Hat模型模型等式中只包含被认为重要的因子等式中只包含被认为重要的因子S=0.269+0.075A+0.1185BS=0.269+0.075A+0.1185B5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (标准偏差标准偏差) )MINITABMINITAB分析分析Estimated Effects and Coefficients for C11 (coded Estimated Effects and Coefficients for C11 (coded units)units)Term Effect CoefTerm Effect CoefConstant 0.2

43、69064 Constant 0.269064 Clamp 0.149907 0.074954Clamp 0.149907 0.074954Angle 0.237276 0.118638Angle 0.237276 0.118638Pressure -0.004771 -0.002386Pressure -0.004771 -0.002386ClampClamp* *Angle 0.010093 0.005046Angle 0.010093 0.005046ClampClamp* *Pressure -0.017431 -0.008716Pressure -0.017431 -0.008716

44、AngleAngle* *Pressure 0.009744 0.004872Pressure 0.009744 0.004872ClampClamp* *AngleAngle* *Pressure -0.002295 -0.001147Pressure -0.002295 -0.001147因子的系数因子的系数系数最大系数最大为主要影响因子为主要影响因子Y=0.269+0.07A+0.118BY=0.269+0.07A+0.118B5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (标准偏差标准偏差) )MINTABMINTAB分析分析(Pareto(Pareto图图) )0.20.10

45、.0BAACABBCCABCPareto Chart of the Effects(response is C11, Alpha = .10)A: ClampB: AngleC: PressureA,BA,B超过红线超过红线, ,为为主要影响因子主要影响因子. .5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (标准偏差标准偏差) )MINTABMINTAB分析分析( (正态图正态图) )0.20.10.01.51.00.50.0-0.5-1.0-1.5EffectNormal ScoreABNormal Probability Plot of the Effects(response

46、is C11, Alpha = .10)A: ClampB: AngleC: PressureA,CA,C远离远离, ,为主为主要影响因子要影响因子. .5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (优化优化) )我们已经完成了对影响平均值和影响变异的因子的分析我们已经完成了对影响平均值和影响变异的因子的分析, ,接下来要对因子进行优化接下来要对因子进行优化, ,以达到我们当初实验的目的以达到我们当初实验的目的: :使作业输出使作业输出”寸法寸法S”S”稳定稳定, ,且达到目标值且达到目标值. .第一步第一步: : 使用标准偏差分析以减少变异使用标准偏差分析以减少变异第二步第二步:

47、: 使用平均值分析以调整工序或产品达到使用平均值分析以调整工序或产品达到 目标值目标值, ,而不增加变异而不增加变异5. DOE （试验设计试验设计）数据分析数据分析( (优化优化) )ClampAnglePressure-1 1-1 1-1 118.8518.9519.0519.1519.25DimMain Effects Plot (data means) for DimClampAnglePressure-1 1-1 1-1 10.150.210.270.330.39C11Main Effects Plot (data means) for stdev1.1.因子因子A,BA,B都设定在

48、其都设定在其(-1)(-1)水平水平, ,以保证过程变异最小以保证过程变异最小. . 2. 2.调整因子调整因子C C水平水平, ,以平均值达到目标值以平均值达到目标值. .5. DOE （试验设计试验设计）运行实验的注意点运行实验的注意点不可控变量不可控变量( (例如环境条件例如环境条件) )在实验期间能对输出响应产生变化在实验期间能对输出响应产生变化, ,如果一如果一个背景变量和实验中的某个因子以同样的方式改变个背景变量和实验中的某个因子以同样的方式改变, ,那么我们将错误的那么我们将错误的判断因子产生的影响判断因子产生的影响压力输出1-1.42-1.63-14-0.95+1.16+0.7

49、7+0.68+0.5Avg.=1.23Avg.=0.73早上运行早上运行1-41-4实验实验下午运行下午运行5-85-8实验实验温度较低温度较低温度较高温度较高差异是由于压力的改变还差异是由于压力的改变还是温度的改变是温度的改变?5. DOE （试验设计试验设计）运行实验的注意点运行实验的注意点减弱背景变量影响的一个策略是减弱背景变量影响的一个策略是随机化随机化运行实验运行实验. .ABC1-1-1-121-1-13-11-1411-15-1-1161-117-1118111ABC1-1-1-1811161-117-1115-1-1121-1-1411-13-11-1标准顺序标准顺序随机化顺序

50、随机化顺序* *随机化运行实验的顺随机化运行实验的顺序将使背景变量的影响序将使背景变量的影响达到平衡达到平衡. .* *通常最好的策略是通常最好的策略是: :把把背景变量当成噪音因子背景变量当成噪音因子, ,达到充分的减少噪音达到充分的减少噪音. .6. 部分因子实验部分因子实验* * 在研究初期在研究初期, ,具有潜在影响的因子很多具有潜在影响的因子很多. .* * 随着因子数的增加随着因子数的增加,2K,2K因子设计中所需的实验次数呈指数增加因子设计中所需的实验次数呈指数增加. .因子数因子数6. 部分因子实验部分因子实验部分因子实验能够大大减少实验次数部分因子实验能够大大减少实验次数因子