六西格玛实验设计

1、Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services六西格玛绿带培训教材实验设计简介Introduction to Experimentation2Copyright 2011 QualiSys Consultancy ServicesThe purpose of an experiment is to better understand the real world, not to understand the experimental data.进行一个实验的目的是为了更好的了解真实的世界，而不是了进行一个实验的目的是为了更好的了解真实的世界，而不是了解

2、实验数据。解实验数据。William DiamondIBM -已退休的统计员3Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services结束对本章的学习后，学员将能够：结束对本章的学习后，学员将能够：n解释什么是解释什么是DOEn理解为什么使用理解为什么使用DOEn解释一些解释一些DOE的术语的术语n描述描述DOE的基本步骤的基本步骤n描述有效实验设计的一些阻碍描述有效实验设计的一些阻碍n了解了解OFAT实验设计的局限性实验设计的局限性学习目的4Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn试验设计通过有目的地改变一个流

3、程试验设计通过有目的地改变一个流程(或活动或活动)的输入变量的输入变量(因子因子)，以观，以观察输出变量察输出变量(响应量响应量)的相应变化。的相应变化。n它是一种科学的方法，使研究者更好地了解一个流程它是一种科学的方法，使研究者更好地了解一个流程 并确定输入并确定输入(因子因子)是如何影响输出是如何影响输出(响应量响应量)。什么是实验设计5Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services或 因子因子(可控制的变量)X1X2:Xn响应变量响应变量(可测量的输出)Y 噪音噪音(非可控制变量) NID(0 , ) Y = Y + 什么是实验设计6Copyri

4、ght 2011 QualiSys Consultancy Servicesn试验设计是识别关键输入因子的最有效方法。试验设计是识别关键输入因子的最有效方法。n试验设计是帮助我们了解输入因子和响应变量关系的最高效途径。试验设计是帮助我们了解输入因子和响应变量关系的最高效途径。n试验设计是建立响应变量与输入因子之间的数学关系模型的方法。试验设计是建立响应变量与输入因子之间的数学关系模型的方法。n试验设计是确定优化输出并减少成本的输入设定值的途径。试验设计是确定优化输出并减少成本的输入设定值的途径。n试验设计是设定公差的科学方法。试验设计是设定公差的科学方法。为什么使用试验设计7Copyright

5、 2011 QualiSys Consultancy Services实验设计的益处如下实验设计的益处如下:n改善流程绩效水平；改善流程绩效水平；n降低成本；降低成本；n缩短产品开发时间和生产时间。缩短产品开发时间和生产时间。实验设计的益处8Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services基本术语n响应变量：所关注的可测量的输出结果，如良率、强度等。响应变量：所关注的可测量的输出结果，如良率、强度等。n因子：可控的变量，通过有意的变动，可确定其对响应变量的影因子：可控的变量，通过有意的变动，可确定其对响应变量的影响，响， 如温度、时间等。如温度、时间等。

6、n 水平：因子的取值或设定，如：水平：因子的取值或设定，如：举例：举例： 时间因子的水平时间因子的水平12小时小时时间因子的水平时间因子的水平23小时小时n 处理：某次实验的整套因子处理：某次实验的整套因子举例：举例： 处理处理1：时间：时间2小时，温度小时，温度175处理处理2：时间：时间3小时，温度小时，温度2259Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services基本术语n重复：指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。重复：指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。n复制：意谓每个数据值在重新设定测试组合之后收集。复制：

7、意谓每个数据值在重新设定测试组合之后收集。n随机化：适当安排实验次序，使每个实施被选出的机会都相等。随机化：适当安排实验次序，使每个实施被选出的机会都相等。10Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services1.陈述问题陈述问题2.设立目标设立目标3.确定输出变量确定输出变量4.识别输入因子识别输入因子(可控因子可控因子/噪声因子噪声因子)5.选定每个因子的水平选定每个因子的水平6.选择实验设计类型选择实验设计类型7.计划并为实施实验做准备计划并为实施实验做准备8.实施实验并记录数据实施实验并记录数据9.分析数据并得出结论分析数据并得出结论10.必要时进

8、行确认实验必要时进行确认实验实验设计步骤11Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn尽量使用连续数据作输出变量尽量使用连续数据作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计数型数据需要大样本量计数型数据需要大样本量n尽量使用可精确，稳定测量的输出变量尽量使用可精确，稳定测量的输出变量步骤3：确定响应变量12Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn通常可通过以下工具识别输入因子通常可通过以下工具识别输入因子:鱼骨图鱼骨图因果矩阵因果矩阵潜在失效模式及效果分析潜在失效模式及效果分析 步骤4

9、：识别输入因子13Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn可控可控 (控制控制) 因子因子 是我们在是我们在 工序的正常操作时能设定并且维持在期工序的正常操作时能设定并且维持在期望水平的因子。望水平的因子。n噪音因子噪音因子 是在正常的操作期间变化的因子，而且我们不能够控制是在正常的操作期间变化的因子，而且我们不能够控制它们；或者我们宁愿不控制它们，因为这么做会很昂贵。它们；或者我们宁愿不控制它们，因为这么做会很昂贵。可控因子与噪声因子14Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn因子水平可以是定

10、量的，也可是定性的。因子水平可以是定量的，也可是定性的。n定量举例定量举例温度：温度：100 和和 120 压力：压力： 20 psi 和和 25 psi 旋转度：旋转度： 3000RPM vs. 3500RPM n定性举例定性举例机器机器A和机器和机器B曲线曲线A、B、C材料类型：新和旧材料类型：新和旧步骤5: 选择输入因子的水平15Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services因子水平的选择是基于实验目的。因子水平的选择是基于实验目的。n目标目标 1 : 从大量的变量中确定出重要的少数输入因子（筛选）从大量的变量中确定出重要的少数输入因子（筛选）将

11、当前能力的极限值设定为将当前能力的极限值设定为“大胆大胆”水准；水准；n目标目标 2: 了解因素关系及交互作用了解因素关系及交互作用一旦确定重要的输入因子，通过减小水平间距来确定输入因子一旦确定重要的输入因子，通过减小水平间距来确定输入因子间的交互作用间的交互作用n目标目标 3: 确定一组输入变量的操作窗口（流程最优化）确定一组输入变量的操作窗口（流程最优化）水平设定进一步接近水平设定进一步接近步骤5: 选择输入因子的水平16Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services实验的常用类型实验的常用类型目的目的可控因子个数可控因子个数全因子实验全因子实验n

12、 发现提供最好结果的因子发现提供最好结果的因子 和水平和水平n 建立数学模型建立数学模型(可评价所有交互作用可评价所有交互作用)4或更少或更少部分因子实验部分因子实验n 发现提供最好结果的因子和发现提供最好结果的因子和 水平水平n 建立数学模型建立数学模型(评价部分交互作用评价部分交互作用)5个或更多个或更多步骤6：选择DOE类型17Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services实验的常用类型实验的常用类型目的目的可控因子个数可控因子个数筛选实验筛选实验n 通过测试大量的因子来发现关键通过测试大量的因子来发现关键的因子的因子 (不评价交互作用不评价交互

13、作用)7个或更多个或更多响应曲面法响应曲面法n 最优化最优化n 当存在非线性影响时建立数学模当存在非线性影响时建立数学模型（经常使用向应面方法）型（经常使用向应面方法）3或更多或更多步骤6：选择DOE类型18Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services步骤7：实施实验的计划实施实验的计划应解决以下问题实施实验的计划应解决以下问题:n费用如何？费用如何？n我们已经与内部客户讨论过吗？我们已经与内部客户讨论过吗？n需要多长时间？需要多长时间？n有必要做试运行吗？有必要做试运行吗？n我们需要提案及许可吗？我们需要提案及许可吗？n谁来进行实验？谁来进行实验？

14、19Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services步骤8和9：实施实验,获取数据并分析数据n获取数据获取数据确认数据收集与数据值确认数据收集与数据值确认特别情况不会产生影响确认特别情况不会产生影响n用用Minitab分析数据分析数据n我们将在接下来的课程里讲解我们将在接下来的课程里讲解20Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services实施实验的阻碍n问题不清问题不清n目标不明目标不明n集体讨论不充分集体讨论不充分n实验结果不清实验结果不清n实验设计费用过高实验设计费用过高n实验设计实验设计 耗时过长耗时过长n对

15、实验设计策略缺乏理解对实验设计策略缺乏理解n实验初期缺乏信心实验初期缺乏信心n缺乏管理支持缺乏管理支持n过于迫切的需要结果过于迫切的需要结果n缺乏足够的指导缺乏足够的指导 / 支持支持21Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn通常固定所有其他因子不变，而只变动一个因子进行实验；然后变动第通常固定所有其他因子不变，而只变动一个因子进行实验；然后变动第二个因子二个因子(固定其他因子固定其他因子)，以此类推。，以此类推。n这样确定的这样确定的“最优点最优点”常常有误导性。常常有误导性。单次单因子（OFAT）方法22Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services因子B因子A关注区域关注区域单因子实验 vs 实验设计23Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services步骤1因子A因子B保持因子B不变，就因子A进行实验预估的最