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1、DOE Planning -1-改进改进(Improve)阶段阶段DOE Planning -2-DOE Planning -3- - 全因子全因子实验实验q选定最佳对策方案选定最佳对策方案Step 10- 制定改进方案制定改进方案 路路 径径DOE Planning -4-对控制因子实施对控制因子实施DOE,并分析其结果导出有关并分析其结果导出有关Vital Few Xs最佳条件最佳条件；-对对策因子实施对策创造并实施风险评价对对策因子实施对策创造并实施风险评价,选出最佳对策方案；选出最佳对策方案；控制因子控制因子对策因子对策因子专家专家Team员员控制因子控制因子(Operating Pa
2、rameter)对策因子对策因子(Critical element)实施实验计划实施实验计划最佳最佳条件条件评价对策方案评价对策方案实验及产出效果实验及产出效果最佳对最佳对策方案策方案最佳条件最佳条件最佳对策方案最佳对策方案结果分析结果分析 定定 义义&推进顺序DOE Planning -5-&重要性这是与项目成功直接相连的Vital Few最佳条件或最佳对策方案 的确定阶段,为了实行正确的最佳化,需要理解符合目的的实验实施 及数学模型的导出过程,在结合多种经验知识的背景下,在对控制 条件的最佳条件选定的过程中需要保持客观性. &教育目标理解实验计划,可以设计符合目的的实验实施正确的实验,可以
3、设定最佳运营条件可以理解对策方案提出方法,并导出对策方案可以评价对策方案的风险因素,并选出最佳对策方案DOE Planning -6-&实验定义v6SIGMA方法把任何活动都看作是一个过程，如设计过程，生产过程等。v过程的某个输出可能是我们和客户都特别关注的（CTQs）。v但影响过程输出的因素往往很多，DOE就是一种同时研究多个输入因素（Xs）对输出（Y）的影响的方法，v它是通过对选定的输入因素进行精确、系统的人为调整（变化）来观察输出变量的变化情况；v并通过对结果的分析，最终确定影响结果的关键因素及其最有利于结果的取值的方法。 ProcessInput(原材料原材料,部品等部品等)Outpu
4、tX1 X2 . . . Xp可能控制的因子可能控制的因子( (输入变数输入变数) ) N1 N2 . . .Nq不可能控制的因子不可能控制的因子(噪音变数噪音变数)Y Y输出变数输出变数 DOE Planning -7-&Process -对输入变数为一个以上输出的设备,方法,人或原资材的组合&工程工程/ /系统的例题系统的例题输入变数工程/系统输出变数噪音变数销售价营业部门销售额其他公司销售额焊接温度PCB制造线产出率PCB异物,部品形态电流量电焊线强度人,电焊机DOE Planning -8- 实验设计就是对实验方案进行优化设计、以降低实验误差和生产实验设计就是对实验方案进行优化设计、以
5、降低实验误差和生产费用，减少实验工作量并对实验结果进行科学分析的一种科学方法费用，减少实验工作量并对实验结果进行科学分析的一种科学方法-找出对输出变数找出对输出变数(Y)(Y)引起显著影响的输入变数引起显著影响的输入变数(X)(X)有哪些有哪些? ? 在数值上有多大的影响在数值上有多大的影响? ? - - 不显著的输入变数影响的和占总体有多大不显著的输入变数影响的和占总体有多大? ?- - 测量误差是多少测量误差是多少? ?- - 有显著影响的输入变数在什么条件下才能得到最佳的输出有显著影响的输入变数在什么条件下才能得到最佳的输出? ?& DOE (Design of Experiment):
6、 DOE (Design of Experiment):实验设计实验设计DOE Planning -9-& DOE (Design of Experiment): DOE (Design of Experiment):实验设计实验设计q 实验设计是通过对品质特性带来影响的多个实验设计是通过对品质特性带来影响的多个因子的因子的选定选定, 并为了并为了观察他们之间的关系观察他们之间的关系,实施实验，能经济性寻找出产品的最佳条件实施实验，能经济性寻找出产品的最佳条件q 实验设计是实验的计划方法，对要想解决的问题怎样进行实验、实验设计是实验的计划方法，对要想解决的问题怎样进行实验、怎样收集数据、用怎样
7、的统计手法、用最少的实验次数，计划得怎样收集数据、用怎样的统计手法、用最少的实验次数，计划得到最大的情报到最大的情报. DOE Planning -10-& DOE DOE的目的的目的- 把握把握Vital Few Xs的影响程度的影响程度 ( (验证和推测的问题验证和推测的问题) )- 把握选定的重要把握选定的重要X间的交互作用间的交互作用- 利用利用X制定制定Y的预测模型的预测模型- 决定使决定使Y最佳化的最佳化的X条件条件 ( (最佳条件的决定问题最佳条件的决定问题) )- -探测不显著要因的影响程度和测量误差各是多少探测不显著要因的影响程度和测量误差各是多少 ( (误差项推测的问题误差
8、项推测的问题) )DOE Planning -11-描述工程的特征描述工程的特征F判断哪个判断哪个X X对对Y Y的影响最大（包括可控和不可控的的影响最大（包括可控和不可控的X X） F明确关键性的工程和噪音变量明确关键性的工程和噪音变量 F明确过程中需要仔细控制的变量明确过程中需要仔细控制的变量 F为控制输入而作的控制图提供方向为控制输入而作的控制图提供方向 优化工程优化工程F决定关键性输入应该设置在什么地方决定关键性输入应该设置在什么地方 F决定决定“真实的真实的”规格限规格限 产品设计产品设计 F在早期设计阶段帮助理解在早期设计阶段帮助理解X X F为为“强健的强健的”设计提供方向设计提
9、供方向 & DOE DOE的用途的用途DOE Planning -12-其结果解释要相对容易；要用最少的费用得出尽可能明确的实验结果在输入变数(可能控制因子)的设定中要慎重的检验和确认相对复杂的统计分析来说，更重要的是要有适当的实验设计各种实验设计可根据特定状况(特定问题,生产样本,样本利用性及控制实验) 等进行必要的调整& DOE DOE的特征的特征DOE Planning -13- 输出变量输出变量-Y l 也称作反应变数也称作反应变数(Response)l 是实验设计的输出结果，也是是实验设计的输出结果，也是 实验设计优化、改善的目标实验设计优化、改善的目标l 如半导体如半导体Proce
10、ss的的产出率产出率 输入变量输入变量(因子因子)-Xs l也称作因子也称作因子(Factor)l潜在解决方案或研究中的变量潜在解决方案或研究中的变量l因子，可按水平不同分类因子，可按水平不同分类l如半导体如半导体Process中输出变量为中输出变量为 产出率时产出率时,其因子为其因子为: 压力、温度压力、温度& 关联术语关联术语输出输出变数变数YX1X2X3X4X5输出输出变数变数Y输入变数输入变数XDOE Planning -14-& 关联术语关联术语RUN温度压力1100121003320014200351001610037200182003因子因子处理组合处理组合水平水平反复反复再现再
11、现一个工程师想检验温度和压力对一个化学收益的影响一个工程师想检验温度和压力对一个化学收益的影响 DOE Planning -15-2 因子因子ProcessInput(原材料原材料,部品等部品等)Output(品质特性值等品质特性值等)X1X2 . . . Xp可控的可控的 Input N1N2 . . .Nq不可控的不可控的 InputY1, Y2, etc.因子: 因子（Factor）是指在所研究的实验中对反应（Response）有影响的可控 或不可控的变量。 -因子可以是定量的，如以度为单位的温度和以秒为单位的时间； -因子也可以是定性的，如不同的设备、不同的作业者、清洁或不清洁的状况都
12、可成为因子 DOE Planning -16-2520151051 3 01 2 01 1 01 0 0In d e xYield压力压力: HHHH LLLL HHHH LLLL HHHH LLLL温度温度: HHLL HHLL HHLL HHLL HHLL HHLL实验顺序实验顺序水平水平因子因子2 水平水平水平: 因子的 “水平”是指实验中被调查的因子的不同取值。 对于定量的因子，所选择每个的数值成为一个水平，即如果某实验在两个不同的温度下运行，那么就说该因子“温度” 就有两个“水平” 对于定性的因子，类似如干净程度的情况下也有两个“水平”：干净与不干净DOE Planning -17-
13、Run 温温度度 压压力力1HiHi2HiHi3LoHi4LoHi5HiLo6HiLo7LoLo8LoLo2 处理组合处理组合配置组合配置组合Z配置组合: 是指实验中不同因子的不同水平的一个组合。 一个全体实验中处理组合的个数通常是等于各因子水平数的乘积。DOE Planning -18-2520151051 3 01 2 01 1 01 0 0In d e xYield压力压力 : HHHH LLLL HHHH LLLL HHHH LLLL温度温度: HHLL HHLL HHLL HHLL HHLL HHLLTest Sequence重复重复2次次2 反复和再现反复和再现第第1 次再现次再现
14、第第2次再现次再现Repetition和和 replicationDOE Planning -19-重复重复(Repetition ): 在一个实验配置组合条件下测试数个样品（在一个实验配置组合条件下测试数个样品（揭示揭示短期有效性短期有效性）再现再现(replication): 在一个时间序列上重做整个实验（在一个时间序列上重做整个实验（揭示长期有效性揭示长期有效性） - - 重复和再现主要是为实验系统中的自然散布提供估计重复和再现主要是为实验系统中的自然散布提供估计 - - 在同一实验中你可以两个都使用在同一实验中你可以两个都使用 - - 在实验中两个都直接与样品数相关在实验中两个都直接与
15、样品数相关2 反复和再现反复和再现DOE Planning -20-反复实验法反复实验法（ Trial and ErrorTrial and Error ）单因子法单因子法（ One-Factor-at-a-Time One-Factor-at-a-Time ） (OFAT) (OFAT)部分阶乘法部分阶乘法（ Fractional FactorialsFractional Factorials ）全阶乘法全阶乘法（ Full FactorialsFull Factorials ）反应表面法反应表面法（ Response Surface MethodsResponse Surface Meth
16、ods ）其他方法其他方法 EVOP ( Evolutionary Operation)EVOP ( Evolutionary Operation)& 实验的类型实验的类型DOE Planning -21-u问题: 当前的耗油量是20mpg. u想要达到 30 mpg.u我们可以先后尝试:改用汽油的品牌 改变辛烷值 慢点开 调整发动机 清洗并打蜡 购买新轮胎 改变轮胎冲气压 u如果某一个或几个起作用将如何认识？u如果某一个或几个不起作用有将如何处理？ 2 反复实验法反复实验法对每个相关因子分别进行实验对每个相关因子分别进行实验, ,从中选择一个有效的方案从中选择一个有效的方案DOE Plann
17、ing -22-速度速度燃料燃料轮胎压力轮胎压力每升行使距离每升行使距离55853023658530296591302365853524s 你需要多少次运行才能判断出这些变量的最佳组合呢？你需要多少次运行才能判断出这些变量的最佳组合呢？ s 你将如何解释以上结果？你将如何解释以上结果？ s 假如还有更多的变量，要花多长时间才能得到一个满意的解决方案？假如还有更多的变量，要花多长时间才能得到一个满意的解决方案？ s 假如有两个或多个变量的特定组合决定着最佳的耗油量怎么办？假如有两个或多个变量的特定组合决定着最佳的耗油量怎么办？ 问题问题: : 耗油量是耗油量是100Km100Km / 5L /
18、5L2 单因子法单因子法(OFAT(OFAT)对所有相关因子进行有次序的关联实验对所有相关因子进行有次序的关联实验, ,在前一个在前一个 因子的最佳条件下进行下一个因子的实验因子的最佳条件下进行下一个因子的实验DOE Planning -23-OFAT 实验实验这时你可以得出什么结论？这时你可以得出什么结论？问题问题: : 耗油量是耗油量是 100Km100Km / 5L / 5L温度燃料轮胎压力每升行使距离55853023658530295591303765913023558535376585352455913530659135362 全阶乘法全阶乘法(Full Factorial Expe
19、riment)(Full Factorial Experiment)-对所有因子的所有可能的全部组合进行实验对所有因子的所有可能的全部组合进行实验DOE Planning -24-& DOE DOE的阶段的阶段Screening从多数的输入变量从多数的输入变量中筛选出少数中筛选出少数重要的输入变量重要的输入变量特征化特征化把握重要输入变量把握重要输入变量影响输出变量影响输出变量的特征的特征最佳化最佳化设定重要的输入变量设定重要的输入变量的最佳条件的最佳条件PB筛选法部分阶乘法(1/2-半阶乘)全阶乘法反应表面法(RSM)部分阶乘法(1/2n,n1)EVOP精密度精密度DOE Planning
20、-25-& 例题例题 -问题状况问题状况: PCB制造工程使用的波峰焊设备制造工程使用的波峰焊设备,最近出现下列情况最近出现下列情况, 一个一个PCB板上将实施板上将实施2000次的焊接作业次的焊接作业,检查发现平均每个检查发现平均每个 PCB板上发生有板上发生有20个缺陷个缺陷,即缺陷率为即缺陷率为1.0%-对缺陷的处理对缺陷的处理: 对于发现的缺陷对于发现的缺陷,将实施手工焊接作业进行修理将实施手工焊接作业进行修理-工程师要进行的工作工程师要进行的工作: 什么变量对缺陷的产生有影响什么变量对缺陷的产生有影响? 为了减少焊接缺陷针对某种变量应采取哪些措施为了减少焊接缺陷针对某种变量应采取哪些
21、措施?DOE Planning -26-& DOE DOE阶段的例子阶段的例子因子的选定因子的选定可能控制的因子可能控制的因子(输入变数输入变数) 焊接温度焊接温度 预热温度预热温度 焊接深度焊接深度 Flux形态形态 Flux比重比重 传送速度传送速度 传送角度传送角度不可能控制的因子不可能控制的因子(噪音变数噪音变数) 作业者作业者 生产计划生产计划 PCB厚度厚度 PCB上使用的部品形态上使用的部品形态 PCB上部品的配置上部品的配置DOE Planning -27-& DOE DOE阶段的例子阶段的例子- 筛选筛选(Screening)阶段阶段 筛选阶段的目的筛选阶段的目的: 就是识别
22、或查找出对发生缺陷有影响的重要因子就是识别或查找出对发生缺陷有影响的重要因子 为了找出对发生缺陷有影响的重要因子为了找出对发生缺陷有影响的重要因子, 就要了解哪些因子是输入就要了解哪些因子是输入 因子因子, 哪些是噪音因子哪些是噪音因子 对发生对发生PCB缺陷有影响缺陷有影响, 利用利用PB法或部分阶乘法实施实验法或部分阶乘法实施实验,并分析其并分析其 结果结果,找出两个重要因子找出两个重要因子 焊接温度焊接温度 焊接深度焊接深度DOE Planning -28-& DOE DOE阶段的例子阶段的例子- 特征化阶段特征化阶段 特征化的目的特征化的目的: 就是明白焊接温度和焊接深度对发生缺陷起什
23、么作用就是明白焊接温度和焊接深度对发生缺陷起什么作用 为了减少单位缺陷数为了减少单位缺陷数, 决定焊接温度和焊接深度的设定或调整方向决定焊接温度和焊接深度的设定或调整方向; 为了避免缺陷率变高或发生意想不到的工程结果为了避免缺陷率变高或发生意想不到的工程结果, 提供全体制造工程提供全体制造工程 中需要谨慎控制的变量的相关情报中需要谨慎控制的变量的相关情报; 以焊接温度和焊接深度为例的两个输入变量实施以焊接温度和焊接深度为例的两个输入变量实施2K全阶乘加中心点全阶乘加中心点 实验得到下列结果实验得到下列结果DOE Planning -29-& DOE DOE阶段的例子阶段的例子300260280
24、2402202000.50.751.01.251.5焊接温度焊接温度()焊接深度焊接深度(mm)0.8%1.2%1.5%1.6%1.0%当前缺陷率当前缺陷率往低缺陷率变化的方向往低缺陷率变化的方向焊接温度增加焊接温度增加缺陷率减少缺陷率减少焊接深度减少焊接深度减少缺陷率减少缺陷率减少DOE Planning -30-& DOE DOE阶段的例子阶段的例子- 最佳化阶段最佳化阶段 最佳化阶段的目的最佳化阶段的目的: 就是查找出缺陷率最小的时候焊接温度和焊接就是查找出缺陷率最小的时候焊接温度和焊接 深度的水平设置深度的水平设置 以焊接温度和焊接深度为例的两个输入变量实施以焊接温度和焊接深度为例的两
25、个输入变量实施2K全阶乘或全阶乘或RSM 实验得到下列结果实验得到下列结果焊接温度为焊接温度为: 255()焊接深度为焊接深度为: 0.83 (mm)结果结果: 缺陷为缺陷为0.8%DOE Planning -31-& 建议事项建议事项- 对问题分析要密切结合非统计性的知识对问题分析要密切结合非统计性的知识- 这方面工程专家拥有很多的知识和经验这方面工程专家拥有很多的知识和经验- 非统计的知识在选定因子非统计的知识在选定因子,决定因子水平决定因子水平,决定反复次数决定反复次数,分析结果分析结果 的解释等方面要重点的灵活使用的解释等方面要重点的灵活使用- 尽量采取简单的设计和分析方法尽量采取简单
26、的设计和分析方法- 请不要盲目滥用过分复杂的统计分析方法请不要盲目滥用过分复杂的统计分析方法;- 比较单纯的设计和分析方法最好比较单纯的设计和分析方法最好DOE Planning -32-& 注意事项注意事项- 实际与统计的差异实际与统计的差异 注意在统计上有意义的结果注意在统计上有意义的结果,可能在实际上却没有意义可能在实际上却没有意义 如某项改善远远超出规格范围时如某项改善远远超出规格范围时,或某项改善在实际中需要或某项改善在实际中需要 花费很多费用时都是不可取的花费很多费用时都是不可取的- 实验通常要反复实行实验通常要反复实行 - 实验的反复实验的反复,通过实验方法的改善要逐渐达到最终目
27、的通过实验方法的改善要逐渐达到最终目的 - 只做一次实验就想得出结论只做一次实验就想得出结论, 往往是不可行的往往是不可行的DOE Planning -33-通过通过DOE 能了解什么能了解什么? 如产出率如产出率, 作业时间作业时间, 清洁度等清洁度等 如温度如温度(100,150),重量重量(20,30,40kg) ANOVA, Factorial Design, RSM Collecting data Running the Minitab, analyze it 改善方案制作改善方案制作 必要时重复实验必要时重复实验DOE Planning -34-明确实验目的明确实验目的选择输出变量
28、选择输出变量决定因子和水平数决定因子和水平数选择选择DOE实施实验及收集数据实施实验及收集数据分析实验结果分析实验结果结论和提案结论和提案2 明确实验的目的明确实验的目的 明确把握要解决的问题明确把握要解决的问题 明确把握要从实验得到的目的明确把握要从实验得到的目的 - - 如投射器的例子如投射器的例子: : 想查找弹射距离最远的组合条件想查找弹射距离最远的组合条件 - - 前面波峰焊的例子前面波峰焊的例子: : 想查找缺陷率最低的因子组合条件想查找缺陷率最低的因子组合条件DOE Planning -35-2选择输出变量选择输出变量( (特性值特性值) ) 输出变量的定义输出变量的定义 - -
29、 输出变数是计数型输出变数是计数型, , 还是计量型还是计量型? ? - - 改善的目的是什么改善的目的是什么? ? 目标值目标值( (平均平均)/)/散布水准散布水准( (标准偏差标准偏差) ) - - 能否统计性的管理输出变量能否统计性的管理输出变量? ? - - 输出变量随着时间变吗输出变量随着时间变吗? ? - - 希望能发现出多大的输出变量的变化程度希望能发现出多大的输出变量的变化程度? ? - - 输出变量是否具备正态分布输出变量是否具备正态分布? ? - - MSAMSA是否可靠是否可靠? ? - - 希望得到多个输出变量吗希望得到多个输出变量吗? ? 明确实验目的明确实验目的选
30、择输出变量选择输出变量决定因子和水平数决定因子和水平数选择选择DOE实施实验及收集数据实施实验及收集数据分析实验结果分析实验结果结论和提案结论和提案DOE Planning -36-2 决定因子决定因子 因子的选择因子的选择 - - 确认在实验中所有输入变量能否选定为因子确认在实验中所有输入变量能否选定为因子 - - 准备对没被选定为因子的输入变量的处理方案准备对没被选定为因子的输入变量的处理方案 - - 定义因子的类型定义因子的类型2 计数型变量计数型变量2 计量型变量计量型变量 明确实验目的明确实验目的选择输出变量选择输出变量决定因子和水平数决定因子和水平数选择选择DOE实施实验及收集数据
31、实施实验及收集数据分析实验结果分析实验结果结论和提案结论和提案DOE Planning -37-2 决定因子决定因子 不可控因子不可控因子( (噪音变量噪音变量) )的定义的定义 - - 作为对输出变量有影响的变量本应进行控制作为对输出变量有影响的变量本应进行控制, , 但有些在现实中是不可能控制的变量但有些在现实中是不可能控制的变量 处理噪音变量的方法处理噪音变量的方法 - - 利用随机化利用随机化 - - 试图把噪音变量维持为常数的方法试图把噪音变量维持为常数的方法 - - 利用利用BlockBlock化化 - - 反复实验反复实验明确实验目的明确实验目的选择输出变量选择输出变量决定因子和
32、水平数决定因子和水平数选择选择DOE实施实验及收集数据实施实验及收集数据分析实验结果分析实验结果结论和提案结论和提案DOE Planning -38-2 决定因子的水平决定因子的水平 按因子数及影响的特性选择水平数按因子数及影响的特性选择水平数 - - 因子多时因子多时, ,用用2 2水平水平 - - 只有线形影响时只有线形影响时, ,用用2 2水平水平 - - 估计有曲线影响时估计有曲线影响时, ,用用3 3水平水平 水平的范围设定水平的范围设定: : - - 原则是当存在差异时能充分保证显示出此差异原则是当存在差异时能充分保证显示出此差异 的程度的程度 - - 不可脱离实现可能性的范围不可
33、脱离实现可能性的范围( (但可以超出当前但可以超出当前 ProcessProcess的范围的范围) ) - - 对计量性数据的输入变量的水平设定对计量性数据的输入变量的水平设定, ,大体上大体上 要考虑当前条件的界限要考虑当前条件的界限明确实验目的明确实验目的选择输出变量选择输出变量决定因子和水平数决定因子和水平数选择选择DOE实施实验及收集数据实施实验及收集数据分析实验结果分析实验结果结论和提案结论和提案DOE Planning -39-2选择选择DOEDOE筛选实验筛选实验6 6以上以上部分阶乘实验部分阶乘实验410410全阶阶乘实验实验1515反应表面实验反应表面实验2323DOE 种类
34、种类因子数因子数选别重要因子选别重要因子部分交互作用部分交互作用因子间的关系因子间的关系设定因子的设定因子的最佳条件最佳条件目的目的为了改善的为了改善的大概方向大概方向( (线形效果线形效果) )主效果和主效果和部分交互作用部分交互作用所有主效果和所有主效果和交互作用交互作用反应变数的反应变数的预测模型预测模型( (曲线效果）曲线效果）推测推测低低现在现在工序知识工序知识状态状态高高明确实验目的明确实验目的选择输出变量选择输出变量决定因子和水平数决定因子和水平数选择选择DOE实施实验并收集数据实施实验并收集数据分析实验结果分析实验结果结论和提案结论和提案考虑实验的目的和预算等选择考虑实验的目的
35、和预算等选择DOEDOE Planning -40-2实施实验及收集数据实施实验及收集数据 对没有包括在对没有包括在DOEDOE里的重要因子开发里的重要因子开发 SOP(Standard Operation Procedure)SOP(Standard Operation Procedure)并执行并执行. . 准备数据收集计划准备数据收集计划. . 充分传达计划充分传达计划. . 训练数据收集者训练数据收集者. . 有必要可以示范运营有必要可以示范运营. . 实施实验并收集数据实施实验并收集数据. .明确实验目的明确实验目的选择输出变量选择输出变量决定因子和水平数决定因子和水平数选择选择DOE实施实验及收集数据实施实验及收集数据分析实验结果分析实验结果结论和提案结论和提案DOE Planning -41-2 分析实验结果分析实验结果 输入数据输入数据 数据的数据的 Plotting 效果效果 Plots : :主效果和交互作用主效果和交互作用 效果的效果的Normal Probability Plot 分散分析表分析分散分析表分析明确实验目的明确实验目的选择输出变量选择输出变量决定因子和水平数决定因子和水平数选择选择DOE实施实验和收集数据实施实验和收集数据分析实验结果分析实验结果结论和提案结论和提案