质量改进实验设计与田口方法.pptx

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1、第七章 质量改进、实验设计与田口方法1 质量改进2 实验设计3 正交实验4 正交实验设计（单指标、同位级、无交互作用）5 正交实验设计（单指标、同位级、有交互作用）6 正交实验设计（多指标、同位级、无交互作用）7 正交实验设计（单指标、不同位级、无交互作用）8 正交实验设计结果的方差分析9 田口方法简介第1页/共39页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。第2页/共39页第3页/共39页2 实验设计一、实验设计的产生：英统计学家 费雪RA

2、F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 C第4页/共39页1000 A850 B870 C900B880C900A850C950A890B 1000+950+900 A=950 3 900+850+890 B=880 3 850+880+870 C=867 3利用“拉丁方”思路设计的最简单的正交实验第5页/共39页2 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

3、机安排。第6页/共39页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。第7页/共39页 A1 A2 因素 A1 A2 因素 A1 A2 因素 A1 A2 因素 A1 A2 因素 A1 A2 因素质量特性值质量特性值质量特性值质量特性值质量特性值质量特性

4、值因素B1因素B2因素B1因素B2因素B1因素B2因素B1因素B2因素B2因素B1因素B2因素B1第8页/共39页2 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）第9页/共39页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次实验多快好省第10页/共39页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（最多因素数）数值最大的数码（最多位级数）表中数码的行数（应做实验次数）LX（mZMY

5、）最多可安排（Y+Z）个因素，Y个因素可取M个位级，Z个因素可取m个位级，共做X次实验L8（27）L32（4924）第11页/共39页（二）正交表的特性1231111221231224221列号Y实验号X1、整齐可比整齐可比性 每一列中，不同 字码出现的次数 相等。2、均衡分散均衡分散性 任意两列中，同 一行中的两个字 码构成有效 数字对，且每种 数字对出现的 次数相等。第12页/共39页3 正交实验设计三、正交实验的几何说明129345678B3B2B1BA1 A2 A3AC1 C2 C3C第13页/共39页3 正交实验设计三、正交实验的几何说明129345678B3B2B1BA1 A2 A

6、3AC1 C2 C3C第14页/共39页3 正交实验设计三、正交实验的几何说明129345678B3B2B1BA1 A2 A3AC1 C2 C3C第15页/共39页3 正交实验设计三、正交实验的几何说明129345678B3B2B1BA1 A2 A3AC1 C2 C3C第16页/共39页3 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）、实验结果分析中国型据因素、位级数，直接选用正交表。国际型还需考虑因素间的田口型 交互作用，进行表 头设计。中国型级差分析法，简单，适宜 生产现场用。国际型方差

7、分析法，复杂，适宜田口型 研究单位用。四、正交实验的步骤第17页/共39页4 正交实验设计（单指标、同位级、无交互作用）第18页/共39页例题某手表厂，为提高摆轮的关键件摆轴的热处理质量，在QC小组的组织下，以正交实验为工具进行Q攻关。（一）正确选题：（实验目标：废品率小）（二）挑因素，选水平：淬火温度A 淬火时间B 装炉量C 回火温度DA（0C）B（分分）C（克克）D（0C）16803810027105121203750717145因素水平（三）选正交表：L9（34）第19页/共39页（四）设计实验方案 L9（34）ABCD废品率废品率%111324.6221117.4331236.5412

8、213.3522332.1632125.6713136.9823223.6933314.8因素实验号（五）DO，记录实验结果：废品率（六）实验结果分析：直观第五号实验方案最好，废品率最小2.1%第20页/共39页(六)实验结果分析:求对应各因素各水平的实验结果的(平均值 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%111324.6221117.4331236.5412213.3522332.1

9、632125.6713136.9823223.6933314.8因素实验 4.6+3.3+6.94.9=3第21页/共39页(六)实验结果分析: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：C B A C B A D 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第22页/共39页5 正交实验设计（单指标、同位级、有交互作用）交互作用安排表 列号列号123456

10、7(1)325476(2)16745(3)7654(4)123(5)32(6)1(7)列号第23页/共39页 酸洗冷轧带钢生产工艺中非常重要的工序H2SO4CH4N2S洗涤剂第24页/共39页某零件在镀锌前需用酸洗工艺去锈,为了提高去锈的效率,缩短酸洗时间,需进行实验,以便寻找较好的酸洗液的配方,各因素存在交互作用。（克/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）第25页/共39页ABABCACBC时间时间1111111302111222323122112204122221255212

11、1213262122122572211221782212112026.7529.75 24.75 24.7523.7526.75min23.5020.50 25.50 25.5026.5023.50R3.259.250.750.752.753.25因素实验号第26页/共39页结果分析：直观法77号实验方案对应的工序条件较好；计算法水平取值：A A2 2 B B2 2 C C1 1 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

12、=18.5B2C2(25+20)/2=22.5 A B CH2SO4 CH4N2S 洗涤剂 200 4 70第27页/共39页6 正交实验设计（多指标、同位级、无交互作用）例：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：伸长率min、变形率min、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）（%）（%）12.913034.723.132539.733.353544.743.574049.7第28页/共39页L 16 (4 5 )列号列号12345因素因素ABDM第29

13、页/共39页ABDM111112122231333414445212362214723418243293134103243113312123421134142144231154324164413实验号因素第30页/共39页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

14、.7566493.6103.334044.7539492.7113.353039.7511422.7123.372534.7515452.9133.514039.7533492.7143.533534.7488492.3153.552549.7495492.3163.573044.7476423.3因素实验号第31页/共39页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

15、.13.4498494519513474448472.73.23.03.3R44 40 21933612.1 O.8 0.40.6伸长率 A2 B4 D2 M2变形率 D1 A1/B4 M1/M2/M3 A1 D1 B4 M3/M2屈曲 A1 B1 M3 D1重要程度排序指标因素实验号第32页/共39页7 正交实验设计（单指标、不同位级、无交互作用）例: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,为了提高提取率,用正交表来寻求酸分解的最优工艺条件。3个因素具4个水平，1个因素具2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

16、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）因素水平第33页/共39页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 因素第34页/共39页 因素因素水

17、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因素的显著次序：A D B C水平的最佳值：A3 D 2 B4 C1第35页/共39页R=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因素的显著次序：A D B C水平的最佳值：A3

18、 D 2 B4 C1酸浓度6单位,两次加,分解时间3小时,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11.98克第36页/共39页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 因素第37页/共39页小结质量改进正交实验设计原则正交表（代号、性质）设计实验（交互作用）实验结果分析（中国式、田口式）最佳生产条件的确定第38页/共39页感谢您的观看！第39页/共39页