田口方法与Minitab应用培训ppt课件

1、2022/7/151田口方法和Minitab运用Taguchi Design of Experiments and Minitab ApplicationRocLuo2021.03.01.2022/7/152产品全生命周期质量保证技术的特点田口方法的产生背景田口方法的特点、根本概念及其运用田口的产品设计的三个阶段正交实验法的概念和根本方法田口对产质量量引入了新的定义田口方法与传统设计的区别Minitab 中的田口设计实验静态田口设计例如插拨电开关机爆音问题参数优化例如小结Minitab中田口方法的优点主要内容.2022/7/153产品全生命周期质量保证技术的特点.2022/7/154产品全生命

2、周期质量保证技术的特点.2022/7/155DOE对企业的积极影响：雷达图.2022/7/156实验设计定义实验设计是对实验方案进展最优设计，以降低实验误差和消费费用，减少实验任务量，并对实验结果进展科学分析的一种方法。广义当需求探寻或验证产质量量或工艺或资源利用能否为最正确形状时，实验设计Design of Experiments是最科学、最经济的方法。狭义对实验设计的需求迫切性 20世纪90年代前，美国工厂中90不知道如何处理长期性质量问题公司利用的是工人的膂力而不是智慧 90的技术规范和容差是错的不知道对产品/工艺参数进展优化以为缺陷和偏向是不可防止的.2022/7/157实验设计的效果

3、在质量管理中所遇到的，不论是设计新产品，还是改革旧工艺、提高产质量量、减低本钱，大都需求做实验。一个好的实验设计方法，既可以减少实验次数，缩短实验时间和防止盲目性，又能迅速得到有效的结果如何安排实验，有一个方法问题不好的实验设计方法，即使做了大量的实验，也未必能到达预期的目的；一样原料更廉价的原料一样制程一样产品一样功能为什么良品率不一样？为什么可以做出低本钱高质量的产品？.2022/7/158田口实验设计与田口方法的产生背景田口实验设计田口设计 或正交表是一种设计实验的方法，这种设计通常只需求全因子组合的一部分。是一个部分因子矩阵，可确保对任一因子的各个程度进展平衡比较。在田口设计分析中，每

4、个因子 可以独立于其他一切因子进展评价。田口方法的产生背景正交设计是田口方法的主要工具，创建于50年代初;它是一种高效益的实验设计与最优化技术。在60年代，日本运用正交设计就已超越百万次。田口玄一博士引见：“日本人学质量管理，用一半时间学习正交设计。在日本，听说一个工程师假设不懂这方面知识，只能算半个工程师。二次大战后日本经济高速增长并超越美国的一个决议性(技术)要素是在于推行运用正交设计。其缘由是:美国对专业技术(系统设计)投入很多，日本那么较少，主要是向美国照搬照学；对通用技术(参数设计和容差设计)美国短少和落后，日本那么大大领先。美国研讨日本战后强盛的缘由后，以为日本制胜的法宝有两项：Q

5、FD(质量机能展开，自顾客要求不断谋划到相应的制造管理要求)田口方法(简单易学，沒有复杂的统计原理).2022/7/159田口方法的特点田口方法是日本质量管理专家田口玄一博士创建的一门崭新的质量管理技术,它立足于工程技术,着眼于经济效益,开辟了质量管理的新天地。与传统的质量管理相比,有以下特征:(1)工程特征 用工程的方法来研讨产质量量,把产品设计当成工程设计,把产品设计质量的好坏看成是工程设计质量,用产品给社会呵斥的经济损失来衡量产品的质量。(2)“源流管理实际 “源流管理的思想把质量管理向前推进了一步。以为开发设计阶段是源流、是上游,制造和检验阶段是下游。质量管理中,“抓好上游管理,下游管

6、理就很容易。假设设计质量程度不高,消费制造中很难造出高质量的产品,即所谓“先天缺乏,后患无穷。(3)产品开发的三次设计法 产品开发设计(包括消费工艺设计)可以分为三个阶段进展,即系统设计参数设计容差设计。.2022/7/1510田口方法的根本概念-01设计/产品/制程质量特性呼应值控制因子输入变量噪声因子不可控因子信号因子XYUM对于一个设计、产品或者制程，我们可用其参数图来表示。如下图，其中y表示此过程输出的产品或制程的质量特性(呼应值)。影响y的参数可分为信号因子(M)、控制因子(X)和噪音因子(u)三类。下面将对这三类参数详细讨论。信号因子(M)，是由产品运用人或操作人设定的参数，用以表

7、示产品反响所应有的值。举例来说，一台电扇的转速，即为运用人期望应有风量的信号因子。汽车前轮的支配的角度，即为运用人期望该车行车转弯半径的信号因子。又例如数字通讯系统中发送的0与1，复印机影印时的原始文件等，也皆为信号因子。设计、产品或制程的图解.2022/7/1511田口方法的根本概念-02正交实验法是研讨与处置多要素实验的一种科学方法，它是在实际阅历与实际认识的根底上，利用正交表来科学、合理安排和分析众多要素的实验方法。选择三个或两个不同的程度影响要素 全面实验次数 正交实验次数4 34 9 310= 590497 27=128 920世纪40年代，田口玄一博士运用设计好的正交表安排实验2.

8、 正交表是按正交性陈列好的用于安排多要素实验的表格1. 正交实验设计就是运用正交表Orthogonal Array来安排实验的方法。3.稳健性参数设计运用田口设计正交表，使您可以经过很少几次运转 便可分析许多因子。田口设计是平衡的，也就是说，实验中不对因子进展或多或少的加权，因此，可以相互独立地对因子进展分析。 .2022/7/1512田口方法的根本概念-03正交表意味着设计是平衡的，即各个因子程度被赋予相等的权重。.2022/7/1513田口方法的运用技术开发产品设计制程设计消费控制消费线外质量工程系统设计参数设计允差设计丈量器具的系统校正消费线上质量工程利用计量值的控制制程的诊断与调理反响

9、系统的设计与控制预防保养规格、平安与检查设计.2022/7/1514一那么发人深省的新闻报道1979年4月17日，日本报道：对日本索尼工厂消费的彩色电视机与美国加州索尼工厂消费的彩色电视机进展报导，美国索尼工厂消费线全由日本引进，产品检验、上市都是合格品，而日本产品有0.3%不合格。然而，美国制造的索尼电视机并不受美国人欢迎。由于美国消费的电视机虽然检验严厉，然而只是保证了个个产品应经过合格的下限，质量平平；而日本消费的电视机那么添加了稳健设计的关键的参数容差设计思想，使产品从颜色、明晰度、抗干扰才干等诸多目的上保证有99.7%的产品是令顾客称心的高质量产品。.2022/7/1515一那么发人

10、深省的新闻报道田口方法是最常运用在参数设计和允差设计，以使制造出来的产品本钱最低、变异最小。.2022/7/1516田口对产质量量引入了新的定义损失函数损失函数系数超出容差的质量本钱损失A0 消费者允许容差(产品容差、功能界限0知某损失A，求允许容差公式所谓质量就是产品上市后给与社会的损失，但是由于功能本身所产生的损失除外；1、定义中的“社会系指消费者以外的一切人，即使用者以及其他第三者；2、定义中“给与社会的损失系包括： 由于产品功能动摇所呵斥的损失 由于产品弊害工程所呵斥的损失3、定义中“给与社会的损失，不包括功能本身所产生的损失。 关于功能本身给社会以怎样的损失，以及如何减少其损失，这不

11、是质量管理的问题。.2022/7/1517质量损失函数例如平均质量损失：K的决议方法：1、根据功能界限 0和相应的损失A0确定k2、根据容差和相应的损失A确定k 例1：某电视机电源电路的直流输出电压Y的目的值m = 115V , 功能界限0 = 25V ， 丧失功能的损失A0 = 300 元。1、求损失函数中的系数k ;2、知不合格时的损失A = 1 元，求容差；3、假设某产品的直流输出电压y = 112 V, 问此产品该不该上市；例2：加工某装配件共20件，其尺寸与目的尺寸的偏向mm为0.3 0.6 -0.5 -0.2 0 1 1.2 0.8 -0.6 0.90 0.2 0.8 1.1 -0

12、.5 -0.2 0 0.3 0.8 1.3用户运用的允许范围相当于功能界限为0 = 3mm, 否那么将装配不上，此呵斥的损失为A0 = 180 元，求这批产品的平均质量损失。.2022/7/1518技术规格限与目的值田口提出的“质量损失函数的概念，是评价产质量量的另一个重要方面。.2022/7/1519田口方法与传统设计的区别.2022/7/1520产品设计的三个阶段 田口原一博士被以为是稳健性参数设计的最先提出者，该设计是用于产品或过程设计的工程方法，关注的是使变异性和/或对噪声的敏感度最小化。只需运用得当，田口设计 可成为一种高效有力的方法，用于设计能在各种条件下以最优形状一致运转的产品。

13、 在稳健性参数设计中，主要目的是在调整或坚持目的过程的同时，找出使呼应变异最小化的因子设置。确定影响变异的因子之后，可以尝试找出将减小变异、使产品对不可控噪声因子 的变化不敏感或同时到达这两种效果的可控制因子 的设置。.2022/7/1521参数设计的根本思想产质量量特性y是随机变量，所以损失函数L(y)也是随机的；对随机变量评定的最好方法是用其平均值数学期望。损失函数L(y)的均值EL = EL(y)称为平均损失E(L) = E( y m )2 = E(y Ey) + ( Ey m )2=E(y Ey)2 + ( Ey m )2 = 2+ 22 =E(y Ey)2 ，它是y与本人均值的偏向的

14、平方，y的方差；2 = ( Ey m )2 ，它是y的均值对目的值的偏向的平方；减少平均损失的两步法1.减少动摇，把y的规范差 降低2.减少偏向，使y的均值向目的值靠拢.2022/7/1522参数设计的根本思想：例子处理思绪：不是去改动环境重新设计和建造新窑，而是改动产品消费的某些参数，这些参数的改动可使产品更具抗干扰的才干，从而减少环境温度差别对产质量量的影响。稳健设计不是去控制动摇源，而是设法降低动摇源的影响；.2022/7/1523Minitab 中的田口设计实验运用 Minitab 之前，需求确定最适宜您实验的田口设计 。在田口设计中，是以所选控制因子程度组合来丈量呼应的。每个控制因子

15、程度组合称为一个运转，每个度量称为一个观测值。田口设计提供每个实验检验运转的规范。田口设计也称为正交表，是一个部分因子矩阵，可确保对任一因子的各个程度进展平衡比较。在田口设计分析中，每个因子 可以独立于其他一切因子进展评价。选择设计时，需求确定相关控制因子 的数量确定每个因子的程度数确定可以执行的运转 数确定其他要素如本钱、时间或设备可用性对设计选择的影响Minitab田口正交表.2022/7/1524Minitab 中的田口设计实验续执行田口设计实验 能够包括以下步骤：1开场运用 Minitab 之前，需求先完成一切预实验方案。例如，需求为内侧阵列选择控制因子 ，为外侧阵列选择噪声因子。控制

16、因子是可以进展控制以优化过程的因子。噪声因子 是可以影响系统性能但在预期的产品运用过程中不受控制的因子。请留意，虽然在过程或产品运用中不能控制噪声因子，但是为了进展实验必需可以控制噪声因子。2运用创建田口设计生成田口设计正交表。或者运用自定义田口设计根据任务表中已有的数据创建设计。运用“自定义田口设计，可以指定哪些列是因子和信号因子。然后，便可以轻松地分析设计并生成图。 3创建设计后，可以运用修正设计来重命名因子、更改因子程度、向静态设计中添加信号因子、忽略现有信号因子将设计作为静态设计处置以及为现有信号因子添加新程度。 4创建设计后，可以运用显示设计来更改 Minitab 在任务表中表示因子

17、所用的单位已编码或未编码。 5执行实验并搜集呼应数据。然后在 Minitab 任务表中输入数据。请参见搜集和输入数据。6运用“分析田口设计分析实验数据。请参见分析田口设计。7运用“预测结果预测所选新因子设置的信噪比和呼应特征。请参见预测结果 。.2022/7/1525Minitab 中的田口设计实验续.2022/7/1526静态田口设计例如-01背景：您是高尔夫球制造商，如今正在进展一项旨在使球的飞行间隔最大化的新设计。您确定了四个控制因子，每个因子有两个程度：中心资料液体与钨 中心直径118 与 156波纹数392 与 422 表层厚度0.03 与0.06您还想检验中心资料与中心直径之间的交

18、互作用 。 呼应为球的飞行间隔以英尺计。噪声因子为两种类型的高尔夫球棍：长打棒和 5 号铁头球棒。您丈量每种球棍打出球的间隔，在任务表中构成两个噪声因子列。由于您的目的是使飞行间隔最大化，因此选择望大信噪比 。步骤1: 陈说实践问题 使球的飞行间隔最大化的新设计。步骤2: 陈说重要的因子和程度 控制因子：中心资料液体与钨；中心直径118 与 156；波纹数392 与 422；表层厚度0.03 与0.06 噪声因子：长打棒和 5 号铁头球棒 .2022/7/1527静态田口设计例如-02步骤3: 设计实验田口正交表 Minitab中: 统计DOE田口创建田口设计(步骤图 最后点击确定，生成田口正

19、交表 .2022/7/1528静态田口设计例如-03步骤3：实验设计续-Minitab输出正交表 在Minitab“田口设计主对话框上点击“确定，生成如 下实验表格步骤4:做实验/搜集数据 数据在Minitab的 高尔夫.mtw文件中。在Minitab主界面，从文件翻开任务表Minitab软件所存放的途径翻开上表以上为两种不同的棒打出的结果，即噪声因子1、2的值在任务表中对数据进展规划，以使每行都包含内侧阵列中的控制因子 以及外侧阵列中噪声因子 的一次完好运转所得到的呼应值。可以输入的最大呼应列数为 50。可以输入的最小呼应列数取决于您的设计。仅在以下条件下才干输入一个呼应列：在其他一切情况下

20、，必需至少输入 2 个呼应列设计中包含仿行 (在同一实验条件下的多次执行被视为单独的运转，称为仿行)。 在每次运转时丈量多个噪声因子然后再创建设计，以使其在每个因子设置组合中具有多个运转。然后，可以在单个呼应列中输入噪声因子。有关更多阐明，请参见Minitab协助中的内容您运用“望大或“望小信噪比并且不分析或存储规范差。.2022/7/1529静态田口设计例如-041 翻开任务表“高尔夫球.MTW。已为您保管了设计和呼应数据。在Minitab主界面，从文件翻开任务表Minitab软件所存放的途径翻开上表2 选择统计 DOE 田口 分析田口设计。3 在呼应数据位于中，输入长打棒 和铁头球棒。4

21、单击分析。5 在显示呼应表为与拟合线性模型为下，选中信噪比和均值。单击确定。6 单击项。 7 运用箭头按钮或经过双击将项 AB 移至所选项中。单击确定。8 单击选项。 9 在信噪比下，选择望大。在每个对话框中单击确定。步骤5:分析静态田口设计 .2022/7/1530静态田口设计例如-05步骤5:分析静态田口设计续 步骤流程图最后点击确定，生成田口分析结果图、表.2022/7/1531静态田口设计例如-06步骤5:分析静态田口设计续 会话窗口的输出解释结果每个线性模型分析都提供每个因子低程度的系数、其 p 值以及方差分析表。运用这些结果可以确定因子能否与呼应数据显著相关以及每个因子在模型中的相

22、对重要性。按绝对值陈列的系数顺序表示每个因子对呼应的相对重要性；系数最大的因子影响也最大。方差分析表中的延续平方和和调整平方和也表示每个因子的相对重要性；平方和最大的因子影响也最大。这些结果反映了呼应表中的因子秩。 在此例如中，为信噪比和均值生成了结果。对于信噪比，一切因子和交互作用项在 a 程度为 0.10 时都是显著 的。对于均值，中心资料 (p=0.045)、中心直径 (p=0.024) 以及资料与直径的交互作用 (p=0.06) 的 p 值小于 0.10，因此它们都是显著的。但由于交互作用中涉及两个因子，因此需求先了解交互作用，然后才干分别思索每个因子的效应。 .2022/7/1532

23、静态田口设计例如-07步骤5:分析静态田口设计续 图形窗口的输出1结果解释：Minitab 基于 Delta 值分配秩；将秩 1 分配给最大的 Delta 值，将秩 2 分配给第二大的 Delta 值，依此类推。运用呼应表中的程度平均值可以确定每个因子的哪个程度可提供最正确结果。 在此例如中，秩阐明中心直径对信噪比和均值的影响最大。对于信噪比，表层厚度的影响次之，然后是中心资料和波纹。对于均值，中心资料的影响次之，然后是波纹和表层厚度对于此例如，由于目的是添加球的飞行间隔，因此您需求的是能产生最高均值的因子程度。在田口实验中，一直都需求使信噪比最大化。呼应表中的程度平均值阐明，当中心资料为液体

24、、中心直径为 118、有 392 个波纹以及表层厚度为 0.06 时，信噪比和均值到达最大。检查主效应图和交互作用图可以确证这些结果。交互作用图阐明，球核运用液体时，飞行间隔在中心直径为 118 时到达最大。.2022/7/1533静态田口设计例如-08步骤5:分析静态田口设计续 图形窗口的输出2.2022/7/1534静态田口设计例如-09步骤6:预测田口结果 材料液体直径118波纹392厚度0.06然后，能够需求运用“预测结果来查看这些因子设置的预测信噪比和均值。根据这些结果，应将因子设置为：假设您要预测高尔夫球实验的结果。您确定了您以为会影响高尔夫球飞行间隔的四个可控因子：中心资料、中心

25、直径、波纹数和表层厚度。由于您要使信噪比和均值最大化，因此选择了以下因子设置：液体中心、中心直径 118、392 个波纹以及表层厚度0 .06。详细 操作步骤如下：1 翻开任务表“高尔夫球 2.MTW。已为您保管了设计和呼应信息。2 选择统计 DOE 田口 预测田口结果。3 取消选中规范差和规范差的自然对数。4 单击项。确保项 A、B、C、D 和 AB 都位于所选项框中。单击确定。4 单击程度。5 在指定新因子程度的方法下，选择从列表中选择程度。6 在程度下，单击第一行并根据下表选择因子程度。然后，运用 键沿该列下移并选择其他的因子程度.7在每个对话框中单击确定。.2022/7/1535静态田

26、口设计例如-10步骤6:预测田口结果续步骤流程图 最后点击确定，生成预测结果.2022/7/1536静态田口设计例如-11步骤6:预测田口结果续 会话窗口的输出解释结果对于您选择的因子设置，信噪比预测为 53.6844，均值球的平均飞行间隔预测为 276 码。然后，您可以运用这些因子设置来运转实验，以检验模型的准确性。.2022/7/1537插拨电开关机爆音问题参数优化-例如工程背景：DVP3258/94在消费中静噪三极管运用了粤晶高科供应的三极管, 此管的Vbe导通门限电压较高, 未任务在深度饱和形状, 静噪不彻底, 导致插拨电开关机爆音, 需对此问题进展分析改善.步骤二：选择因子与程度 陈

27、说重要的因子和程度采用特性要因图对因子进展分析找出有关因子14个步骤一：陈说实践问题 使插拨电开关机爆音降低。.2022/7/1538插拨电开关机爆音问题参数优化-例如步骤二：选择因子与程度续采用QFD对因子进展分析,找出关键因子2个, 分别是R107和Q15 的Vbe.质量机能展开.2022/7/1539插拨电开关机爆音问题参数优化-例如步骤二：选择因子与程度续1如以下图所示，R107 的下限范围不宜太小，阻值太小会在开机的瞬间烧坏Q14，根据Q14 规格书得到流过R107 的电流不能大于80mA，Ib=5V-Ube/80mA=54 欧，系统中只需68 欧，因此下限定为68 欧；2)如以下图

28、所示，实践测试中R104 中A 点的拔插电瞬间电压约等于5.1V，按照产品规格要求，B 点的拔插电瞬间电压不允许超越100mV，因此Uab5.1-0.1=5V，Q15 的IcUab/R104=5/470=10.6mA,因此Q15 饱和导通Ic 最少需求10.6mA。IbIc/1mA(根据规格书得到)，所以得到R1075V-Ube/1mA4.3K，得到R107 的上限值, 系统中没有此规格电阻, 因此上限定为3.9K；3R107 的中间值采用1K.4) 联络供应商得知Q15三极管Vbe的上下限规格及中间值为0.65V, 0.95V, 0.7VR107的三程度：68、1K、3.9KQ15 Vbe的

29、三程度：0.65V、0.7V、0.95V.2022/7/1540插拨电开关机爆音问题参数优化-例如步骤三：设计实验田口正交表根据2因子及3程度，决议采用L9的实验 Minitab中: 统计DOE田口创建田口设计(步骤图最后点击确定，生成田口正交表 .2022/7/1541插拨电开关机爆音问题参数优化-例如步骤三：设计实验续-Minitab输出正交表 在Minitab“田口设计主对话框上点击“确定，生成如 下实验表格步骤四:做实验/搜集数据按照实验方案实施, 测得B点在开机和关机时的输出电压, 见上表.2022/7/15421 选择统计 DOE 田口 分析田口设计。2 在呼应数据位于中，输入开机

30、平均值。3 单击分析。4 在显示呼应表为与拟合线性模型为下，选中信噪比和均值。单击确定。5 单击项。 运用箭头按钮或经过双击将项 A、B 移至所选项中。单击确定。单击分析图形，选择四合一。单击确定。8 单击选项。 9 在信噪比下，选择望大。在每个对话框中单击确定。步骤五:分析田口设计-开机平均值 插拨电开关机爆音问题参数优化-例如备注：关机平均值的分析，只需在第2点中的输入改为关机平均值2 在呼应数据位于中，输入关机平均值。.2022/7/1543步骤流程图步骤五:分析田口设计续-开机平均值 插拨电开关机爆音问题参数优化-例如最后点击确定，生成田口分析结果图、表.2022/7/1544步骤五:

31、分析田口设计续-开机平均值 插拨电开关机爆音问题参数优化-例如从方差分析的主效应来看, P值 回归 回归 .2022/7/1545步骤五:分析田口设计-开机平均值 插拨电开关机爆音问题参数优化-例如模型有效性分析从残差图分析, 数据没有明显的规律性,数据呈正态分布,选定模型有效.图形窗口的输出四合一残值图.2022/7/1546步骤五:分析田口设计-开机平均值/关机平均值 插拨电开关机爆音问题参数优化-例如图形窗口的输出主效应图经过开机的主效应图分析, R107的斜率很大,对开机噪音的影响是显著的, 1K时的输出电压最小信噪比最大; Q105Vbe对开机噪音的影响不明显.经过关机的主效应图分析, R107和Q105 Vbe对关机噪音的影响均是显著的, R107在1K和Q105 Vbe在0.65V时输出电压最小信噪比最大.田口方法任何时候都是信噪比越大越好.2022/7/1547步骤五:分析田口设计-开机平均值/关机平均值 插拨电开关机爆音问题参数优化-例如图形窗口的输出交互作用图从因子的交互作用图来分析：R107与Q105对开机噪音没有明显的交互作用,但对于关机噪音, 因子之间有明显的交互作用, 对呼应变量有显著影响.2022/7/1548插拨电开关机爆音问题参数优化-例如步骤六：结论综