实验设计3-试验设计的类别及实施步骤.ppt

1、试验设计的类别及实施步骤,试验设计的类别和用途 试验设计的有多种类别，分别适用于不同场合，针对不同的用途选用正确的试验设计类别是十分重要的，它直接决定了试验的效率、效果以至成败。 试验类别的选择依据 在选择试验时，须至少考虑以下因素 1、研究目标：即通过试验希望达到什么目的，解决什么问题。 2、因素和水平数：我们的调查/分析范围。 3、每次试验的成本。,试验类别,根据不同的目标和因素数，试验设计可分为下表所示6个种类。,试验类型,目 标,典型可控因素数,试验类别,1、全因子试验（所有因素和水平的组合）,1、寻找最有利于输出的因子水平,2、建立可评估所有交互影响的数学模型,4因子以内,2、部分因

2、子试验（所有组合的一个子集）,1、寻找最有利于输出的因子水平,2、建立可评估部分交互影响的数学模型,5因子以上,3、筛选试验,1、从大量因素中发现少数关键因素（不评估因素间的交互作用）,7因子以上,4、中心复合设计,1、优化,2、建立非线性影响存在时的数学模型（常用响应表面方法）,3因子以上,5、可靠设计,1、优化,2、在存在噪声因子变化的场合发现输出最小变异时对应的因子水平,5因子以上,6、塔古奇动态可靠设计,1、优化,7因子以上,2、优化产品或制造过程的函数,3、使输出对噪音因子敏感性最小，对输入因子敏感最大,田口可靠设计法与传统试验设计方法的比较，如下表： 从上表可看出，传统方法和 田口

3、方法从不同的角度着手，解决了同一问题，在实际使用时，以上两种方法均可选用。,传统方法特点,田口可靠设计特点,1、如果存在许多输入因素，运行筛选DOE来确定关键的少数因素,1、确定产品或制造过程的理想数学模型,2、用因素试验、中心复合试验或BOXBehken试验设计完全研究关键的少数因素,2、在一组动态试验中同时研究大量的控制因子，以发现使理想模型中偏差最小的因子和水平组合,试验方案（类别）的选择流程,试验方案的选择流程如下图：,确定试 验目标,选定自变 量（因素）,进行筛选DOE,需要进行 试验吗？,结束,试验精度 要求高吗？,进行因子DOE 全因子/分部因子,观察实 际影响,目标达成？,开始

4、,进行优 化DOE,Y,因素数 7,N,Y,N,Y,N,N,Y,Y,N,需要说明在实验水平较多，达4个以上时，有一种叫“均匀试验”的方法更适合使用。它的最大优点是能以较少的试验次数完成很多因素和多水平的试验，且精度不差。此方法是由我国统计学家王元教授和方开泰教授于20世纪90年代所创，是一种新兴的科学方法。,试验设计流程,试验设计的一般步骤 1、通过确认历史数据或收集现场数据来确定目前的过程能力。 2、确立试验目标。 3、确立衡量试验输出结果的变量。 4、确立影响输出结果的各类可控因子和噪声因子。 5、确定每个因子的水平数和各水平的实际取值。 6、选择试验用表，使其能适应所选择的因子和水平数并

5、确定试验次数。 7、验证测量系统。 8、试验资源准备，包括人员、材料、设备、资金等，建立测试计划。,9、进行试验，确信每个试验单元均被对应于其试验条件 做好标识。 10、测量试验单元。 11、分析数据，标识主要影响因素。 12、确认取得最好输出结果的因素水平的组合。 13、在此优化组合的因素和水平值上进行重复试验以确 认效果。 14、通过标准作业程序固定优化的试验条件（因子和水 平），并进行应有的控制。 15、重新评估过程能力。,试验设计计划,试验设计计划有特别的表格，通过填写它可进行试验设计的策划，步骤如下： 1、建立试验目标 （1）即确定想通过试验来改善什么。 （2）列出所有的关键特性。

6、2、确定用哪项或哪几项输出关键特性（CTS）来作为测 量指标。 （1）如存在单一的指标可衡量所有关键特性，则以此为 指标。 （2）如单一指标无法衡量所有关键输出特性，则可选用 多个指标来衡量试验结果，但一般认为单个指标较 好。,3、确定可能影响到Y的可控因素 一般在实际试验时，影响输出Y的因素非常多，在选择可控因素时须据历史数据及经验先做筛选，以降低成本和提高效率，对无法确认其影响的因素，可做为试验因素，通过筛选试验可确定其对输出Y的影响程度。 4、确定可能影响到输出Y的噪声因素。 5、DOE试验计划表例，某公司专门从事PCBA（印刷线路板）元件焊接组装的公司，其波峰炉焊点不良率高达35000

7、ppm，客户怨声载道。急须进行改善，某6西格玛小组经过长期定义、测量、分析阶段，已弄清问题基本原因，现拟通过试验设计进行原因最终确认和焊点合格率的改善，其拟定的试验计划表如下：,DOE试验计划表,黑带_,部门/过程_,项目_,日期_,DOE目标：_,相关背景：现在公司波峰炉焊接不良率平均为35000ppm,输出特性,张三,工程部,波峰炉焊接品质改善,降低公司所有产品的波峰炉焊接焊点不良率,关键特性,如何测量,规格,是否用于DOE,焊点不良率,目视检查每个焊点有无冷焊、假焊、桥焊、半焊等缺点,小于1000PPM,Y,返修引起的二次不良,单位时间返修率,小于10块/小时（500点/PCBA）,N,

8、是否通过对单一输出的衡量可满足所有关键特性？是的，因为测量焊点不良率同时决定了返修率，返修率降低，则返修引起的二次不良自然降低。,可控因子,焊接温度,松香比例,预热温度,碎波高度,对输出的影响度,试验时改变难易度,要否做为实验因素,目前水平,目标水平,如是试验因子,如非试验因子,如何固定其为常量，在何种水平上,Y,245,Y,0.810g/cm3,Y,采用现在的参数,N,符号含义： 有重大影响，容易改变,有中等影响，相对容易改变,120,70,影响很小，很难改变,波峰炉焊接可控因子表,噪声因子,PCB来料焊盘设计,对输出的影响度,试验时改变难易度,要否做为实验因素,策略,试验水平设置,如是试验

9、因子,如非试验因子,如何固定其为常量，在何种水平上？,Y,符号含义： 有重大影响，容易改变,有中等影响，相对容易改变,影响很小，很难改变,波峰炉焊接过程噪声因素,稳健性设计,中和,V,机种TO8VS机种E7,通过试验计划，我们可了解丰富的试验信息 1、目标：因素、水平等一目了然。 2、已区分出可控因素与噪声因素。 3、因子对结果的影响有基本判断。 4、已确定哪些做为试验因素加以考虑哪些不予纳入试验 因素。 通过以上试验计划表所提供的信息，可以方便地选择试验用表，着手试验。,试验设计的成功因子,试验设计是一个复杂庞大的系统工程，在实际使用中，要确保成功，须要注意一些关键的因素，这些因素对试验的成

10、功来说至关重要，分述如下： 试验设计的成功因子 1、对试验结果（输出）的准确衡量： 在选择试验衡量指标时，须采用与试验过程直接相关的输出作为指标。在必须测量缺陷的场合，尽量将缺陷转化为计量值。这在第二章第四节已有阐述。 2、可靠的设计方案 再大量的数据分析都无法补偿一个差劲的设计方案所带来的影响，故必须在选择试验方案、输出因子（衡量指标）、试验因素和水平时认真推敲。,3、详尽的计划 为达到试验进度与计划相吻合，所有参与试验的资源 必须提前准备。 4、合格的测量系统 为确定数据的有效性，在试验前须验证测量系统的有 效性。 5、试验单元的追溯 试验时须根据试条件对每个试验单元作好标识，以防 信息丢

11、失。,影响DOE试验成功的几大因素,1、问题定义不清楚 未明确问题的实质，导致方向性失误。 2、试验目标不清楚 主要表现在所选的衡量指标与真正须改善的目标间存在差异。 3、脑力激荡法方向不对 表现通过脑力激荡产生的因素中涮掉了主要影响因素。 4、没有充分认识到试验的价值 认为试验不会给公司带来实质性改善。 5、认为DOE花费太高。 6、认为DOE方法的策略缺乏了解。 7、对DOE方法的策略缺乏了解。 8、对DOE的工具缺乏了解,9、在早期阶段未建立信息 在实施DOE的早期，觉得 实施太复杂而中途放弃。 10、缺乏高层支持 高层支持是任何系统、方法实施的 关键。 11、期望立即得到回报 因为心太

12、急，在改善未取得 结果前就放弃。 12、缺乏适当的辅导与培训 因为未经过正规培训， 没有人掌握正确的实施策略而致试验失败。,在进行试验设计时须考虑的因素,1、了解试验过程的稳定状况。 只有过程处于稳定状况，得到的数据才是可靠和有价值的。 2、错误数据对试验结果的影响。 错误的数据可能导致完全相反的结论，故须十分留意，确保数据的真实可靠。 3、潜在因素的影响 未被选为试验因素的变量对结果的影响有多大，是在试验计划和分析阶段必须考虑的因素，如发现潜在因素对试验结果的影响很显著，则须将其纳入试验因子的行列。,4、测量精度。 6西格玛系统是基于数据的决策方法，故数据的可靠性直接影响决策的正确性，试验设

13、计也不例外。设计前对测量系统进行充分分析是十分重要的。 5、抽样/测试成本。 在实际的试验设计中，无论哪个阶段均存在成本问题，在抽样和测试阶段，须在考虑样本容量时充分考虑成本，以保持试验的经济性。 6、人力成本。 试验时须考虑到涉及的人员，应将涉及人员数量限制在允许的最小范围内。,7、试验对生产的影响。 试验必定需要时间，这可能对正常生产产生影响，这要求6西格玛项目组在与制造等相关部门的协调方面做到充分、及时，在试验过程中对试验品作好严密隔离与标识，将对生产的影响减至最小。 8、将试验结果周图表来表示。 这样做的好处是明白易懂，容易使所有人看到试验引起的直观变化，激起大家的热情与支持。 9、从

14、样本收集到样本测量的时间。 一般来说，样本在试验后须立即进行测量，防止时间间隔太久，从而产生潜在的未知因素对样本特性产生好的或坏的影响，从而使试验数据偏离真值。,10、测量方法的统一性。 应规定标准测量方法，确保不同人、不同时间都用一方法、同一标准去测量，从而保证测量结果的准确性。 11、试验误差的影响。 对试验结果进行分析时，会发现试验结果中的不可解释（即误差）成分，此成分的比例须予以充分考虑，如其过大，说明试验中还有重要的未知因素未包含至因素中，这时须考虑重新设置试验因子，重新试验，直至试验误差降至合理水平。,DOE试验方案选定,在实际的改善活动中，影响改善指标的因素往往非常多，这些因素中有的对结果的影响一目了然改善方法也很简单，显然没有必要对其进行试验。有些因素的影响无法判断或影响已知但改善措施未知，则需将其列为试验因素以进一步验证其对结果的影响，在试验前须首先确定各因素的水平。对于影响已知但改善措施未知的因素，其中一个水平设置为现状水平，另外的水平可能须要找出其影响改善指标的原因，通过集中大家智慧对此原因进行中和- 即找出对策来，最后将对策作为此因素的一个水平列入试验表，以验证其有效性。,对输入变量（因素）进行分类,通过对输入变量（因素）进行分类