六西格玛培训资料-改进完全要因实验30003.pptx
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1、完全要因实验完全要因实验(Full Factorial Designs)Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-2Rev 2.0MeasureDefineAnalyzeImproveControl方法论方法论q Improve 概要概要q DOE 介绍介绍q 完全要因实验完全要因实验q 对策方案选定对策方案选定Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-3Rev 2.0qq 学习目的学习目的学习目的学习目的1.完全要因实验的理解完全要因实验的理解 -完
2、全要因实验的定义和特征完全要因实验的定义和特征 -主效果与交互作用的计算方法及分析主效果与交互作用的计算方法及分析 -最佳条件导出方法最佳条件导出方法2.利用利用Minitab的完全要因实验的设计及分析理解的完全要因实验的设计及分析理解 什么是完全要因实验什么是完全要因实验Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-4Rev 2.0什么是完全要因实验什么是完全要因实验q 定义定义 对因子的全部水准组合,任意抽样实验 Kn 要因实验是对K水准、n个因子的所有水准组合,(Kn)进行实验 -22要因实验是2水准、2个因子组成 -2
3、3 要因实验是2水准、3个因子组成 适合于特性化/最佳化阶段 对主效果和交互作用的效果都能进行评价。所规定的实验领域内的全部过程(Point)中可以推定输出(反应)值。.通过反复实验可以求出实验误差。q 特性特性Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-5Rev 2.0qq2 22 2 设计的标准排列设计的标准排列设计的标准排列设计的标准排列因子的低水准表示为“-”或或“-1”高水准表示为“+”或 “+1”22 要因实验的标准排列如下。反应温度反应温度 浓度浓度 -1 -1 +1 -1 -1 +1 +1 +1 什么是完全要
4、因实验什么是完全要因实验Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-6Rev 2.0qq 2 23 3 设计的标准排列设计的标准排列设计的标准排列设计的标准排列22 要因实验要因实验23 要因实验要因实验23 要因实验包含着 22 要因实验。什么是完全要因实验什么是完全要因实验Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-7Rev 2.0qq 主效果主效果主效果主效果浓度的效果浓度的效果=(对应对应+的数合计的数合计)-(对应对应-的数合计的数合计)/(+(
5、-)符号数符号数)=(52+83)-(60+72)/2 =3/2=1.5-1 反应温度反应温度 +1+1浓度浓度-160527283 浓度随着浓度变化增加(低浓度随着浓度变化增加(低 -高),数率平均也增加高),数率平均也增加 1.5 左右。左右。反应温度反应温度 浓度浓度 -1 -1 +1 -1-1 +1+1 +1 数率数率60725283主效果主效果(Main Effect)意味着根据因子水准变化的反应值平均变化。即,显示因子对反应值有多大影响。Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-8Rev 2.0 主效果主效果
6、Plot反应温度对数率影响大,但浓度对此几乎没有影响。但此因子间交互作用,可能是歪曲的判断结果,所以没有交互作用的前提下才能说这结论是准确。Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-9Rev 2.0交互作用交互作用(Interaction Effect)除了各因子的个别效果之外,因子组合特别效果有无?交互作用:因2因子以上特定因子水准组合而出现的效果。交互作用存在与否 -一个因子的效果随着另一个因子水准的变化而变化时,存在交互作用效果。q交互作用交互作用Proprietary to Samsung Electronics
7、CompanyImprove-完全要因实验-10Rev 2.0-1 反应温度反应温度 +1+1浓度浓度-160527283 =-8 =+11反应温度是高水反应温度是高水准准(+1)时时:随着浓度由低水准转为高水准时,数率增加 11反应温度是低水反应温度是低水准准(-1)时时:随着浓度由低水准转为高水准,数率减少8浓度的效果随着温度水准而不同,所以存在温度与浓度的交浓度的效果随着温度水准而不同,所以存在温度与浓度的交互作用。互作用。交互作用交互作用(Interaction Effect)Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实
8、验-11Rev 2.0因反应温度与浓度之间有交互作用,所以不仅看主效果Plot,应根据交互作用效果Plot判断数率的变化。交互作用效果交互作用效果交互作用效果交互作用效果 Plot Plot交互作用交互作用(Interaction Effect)Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-12Rev 2.0 交互作用的有交互作用的有无无 B=+1B=-1 无交互作用状态无交互作用状态数数率率 -1 +1 A+1-1-1+1有交互作用有交互作用 -1 +1 A数数率率+1-1-1+1 B=+1B=-1交互作用非常大交互作用非常
9、大数数率率 -1 +1 A+1-1-1+1 B=+1B=-1没有交互作用时,对应相对因子各水准的输出变量变化是平行。有交互作用时,对应相对因子各水准的输出变量变化是交叉或不平行。交互作用交互作用(Interaction Effect)Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-13Rev 2.0完全要因实验的例完全要因实验的例通过测定和分析阶段,得知影响半导体制造通过测定和分析阶段,得知影响半导体制造A 工程数率工程数率(输出变量输出变量)的因子的因子(输入变量输入变量)是温度是温度,浓度及压力。浓度及压力。q1阶段阶段:问
10、题记述问题记述Process Engineer知道对半导体数率的温度,浓度及压力的效果。q2阶段阶段:设定因子及水准,用设定因子及水准,用Minitab作成实验作成实验DATA SHEET 因子及水准因子及水准 反应温度():160(-1),180 (+1)B 浓度(%):20%(-1),40%(+1)C 压力(psi):5 psi(-1),10 psi(+1)用用Minitab作成实验作成实验DATA SHEET 生成23 要因模型的设计。:2 X 2 X 2=8 个runs的完全要因实验。Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完
11、全要因实验-14Rev 2.0因子数因子数显示可能的实验设计显示可能的实验设计Menu利用利用Minitab的完全要因实验的完全要因实验Click 用Minitab作成实验DATA SHEET StatDOEFactorialCreate Factorial DesignStep 1Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-15Rev 2.0确认可能的实验设计及根据被选取设计的实验数确认可能的实验设计及根据被选取设计的实验数 上表只能看出可能的实验设计。上表只能看出可能的实验设计。在这个例中要做在这个例中要做3因子完全要因
12、实验因子完全要因实验(Full Factorial Design),所以对应因子所以对应因子 3的的实验数为实验数为8 Click因子数因子数实验数实验数Step 2Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-16Rev 2.0 有有8个个runs的的3变量完全变量完全要因实验。要因实验。不存在不存在Block化要因化要因ClickClick中心点数中心点数反复数反复数Block数数实验设计的选择实验设计的选择Step 3Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全
13、要因实验-17Rev 2.0为实验顺序的为实验顺序的Random化选择化选择ClickClick 需要Random化时,Minitab再排列实验的标准顺序。Option 选择选择Step 4Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-18Rev 2.0指定实验因子的名称和水准,指定实验因子的名称和水准,使模型具体化。使模型具体化。ClickClick指定指定Factor的名称及水准的名称及水准Step 5Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-19Re
14、v 2.0分析结果中,选择愿意输出分析结果中,选择愿意输出的部分。的部分。ClickClick指定分析结果输出方法指定分析结果输出方法Step 6Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-20Rev 2.0Create Factorial Design 实行结果实行结果ClickFactorial DesignFull Factorial DesignFactors:3 Base Design:3,8 Runs:8 Replicates:1 Blocks:none Center pts(total):0All terms
15、are free from aliasing(Session窗的内容窗的内容)(Worksheet的内容的内容)Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-21Rev 2.0q3阶段阶段:实施实验输入实施实验输入DATAProprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-22Rev 2.0q4 阶段阶段:关于完全模型关于完全模型(Full Model)的的ANOVA表作成表作成利用利用Minitab的分析的分析输入分析的反应变量输入分析的反应变量ClickClic
16、kStat DOE Analyze Factorial DesignStep 1Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-23Rev 2.0Normal&Pareto Plot的选择的选择画画Plot时使用的时使用的留意水准留意水准ClickGraph 选择选择Step 2ClickProprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-24Rev 2.0Analyze Factorial Design 实行结果(输出图表的选择输出图表的选择)Proprietary
17、 to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-25Rev 2.0在留意水准10%离上面的正态线越远效果越有影响。在本例中反应温度,反应温度*压力的交互作用效果有影响。利用Graph,认定 哪些项按误差项Pulling为好的参考资料。Analyze Factorial Design 实行结果 4 1 阶段阶段:通过图表确认无影响的因子。通过图表确认无影响的因子。Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-26Rev 2.0基准线计算是知道留意水准时在Minitab自动计算。得出与前
18、面的 Normality Probability Plot相同结果。Graph比基准线往右,被判断为效果有影响。在选定按误差项Pulling的项时,一般来讲把最高差的交互作用 ABC Pulling,在 此例中,因BC的交互作用为的交互作用为0,所以,值得把此两个项按误差项Pulling。基准线基准线Analyze Factorial Design 实行结果Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-27Rev 2.0没有F和P值!4-2 阶段阶段.Analyze Factorial Design 实行结果作成的实行结果作成
19、的ANOVA表表有有P值时根据值时根据P值选择无影响的效果,但在这例中利用前值选择无影响的效果,但在这例中利用前Graph分析分析的结果。的结果。为什么没有P值?Analyze Factorial Design 实行结果Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-28Rev 2.0q5阶段阶段:消除无影响的项,作成关于缩小模型消除无影响的项,作成关于缩小模型(Reduced Model)的的 ANOVA表。表。在分析项在分析项(Selected Terms)中中 没有没有ABC项和项和BC项,是因为项,是因为 把此把此两项,
20、按误差项两项,按误差项Pulling的缘故。的缘故。ClickStep 1 Stat DOE Analyze Factorial DesignClick 在4-1 阶段的Graph中消除效果小的项,重新实行AnalyzeProprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-29Rev 2.0(关于缩小模型的关于缩小模型的ANOVA表表)Fractional Factorial Fit:数率数率 versus 反应温度反应温度,浓度浓度,压力压力Estimated Effects and Coefficients for 数率数率 (c
21、oded units)Term Effect Coef SE Coef T PConstant 64.250 0.1768 363.45 0.000反应温度反应温度 23.000 11.500 0.1768 65.05 0.000浓度浓度 -5.000 -2.500 0.1768 -14.14 0.005压力压力 1.500 0.750 0.1768 4.24 0.051反应温度反应温度*浓度浓度 1.500 0.750 0.1768 4.24 0.051反应温度反应温度*压力压力 10.000 5.000 0.1768 28.28 0.001Analysis of Variance for
22、数率数率 (coded units)Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F PMain Effects 3 1112.50 1112.50 370.833 1E+03 0.0012-Way Interactions 2 204.50 204.50 102.250 409.00 0.002Residual Error 2 0.50 0.50 0.250Total 7 1317.50Step 2在ANOVA表中看p值时,消除没有影响的效果(p值 0.05),(“Selected Terms”中不包括无影响的项)从新实行Analyze Stat DOE Analyze Fa
23、ctorial DesignProprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-30Rev 2.0 实行实行Analyze Factorial Design时,为了残差分析把时,为了残差分析把 Residuals 和和 Fits 储存在储存在Work sheet.ClickStep 3ClickProprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-31Rev 2.0(再缩小的再缩小的ANOVA表表)把压力因子放在模型的理由是什么把压力因子放在模型的理由是什么把压力因子放在模
24、型的理由是什么把压力因子放在模型的理由是什么?Proprietary to Samsung Electronics CompanyImprove-完全要因实验-32Rev 2.0q6阶段阶段:分析残差图分析残差图(Residual Plots)确认模型的适合性确认模型的适合性Stat Regression Residual Plots点以0(横线)为中心,任意分布吗?有脱离USL,LSL的点吗?是不是正态分布Graph上的点表示残差(Residual).假如残差随正态分布没有管理脱离以0为中心任意分布,就判断其分析结果得出的模型(数学式)是适合的。Proprietary to Samsung
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