田口實驗方法

1、田口方法田口方法 田口方法概述 田口實驗設(shè)計法 田口方法的實驗步驟與實施 田口實驗最佳條件確認(rèn) 田口實驗案例分析田口方法的起源田口方法的起源 50年代田口玄一田口玄一(Taguchi (Taguchi GenichiGenichi) )博士倡導(dǎo)使用直交表的實驗設(shè)計，并領(lǐng)導(dǎo)一群人開發(fā)各種直交表，點線圖，應(yīng)用技巧和解析方法。 歐美各國在1980年代開始接受此方法而稱之為田口方法(Taguchis Method)。 在日本，據(jù)說一個工程師如果不懂這方面知識，只能算半個工程師。 美國研究日本戰(zhàn)后強盛的原因后，認(rèn)為日本制勝的法寶有兩項： QFD(質(zhì)量機能展開，自顧客要求一直策劃到相應(yīng)的制造管理要求) 田

2、口方法(簡單易學(xué)，沒有復(fù)雜的統(tǒng)計原理)田口方法的定義田口方法的定義 田口方法是一種低成本、高效益的質(zhì)量工程方法，它強調(diào)產(chǎn)品質(zhì)量的提高不是通過檢驗，而是通過通過實驗設(shè)計實驗設(shè)計。 優(yōu)勢是以最少的試驗次數(shù)獲得最理想的實驗效果。 田口方法是日本質(zhì)量管理專家田口玄一博士創(chuàng)立的一門嶄新的質(zhì)量管理技術(shù),它立足于工程技術(shù),著眼于經(jīng)濟效益,開辟了質(zhì)量管理的新天地。與傳統(tǒng)的質(zhì)量管理相比,有以下特色: (1)工程特色 用工程的方法來研究產(chǎn)品質(zhì)量,把產(chǎn)品設(shè)計當(dāng)成工程設(shè)計,把產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的好壞看成是工程設(shè)計質(zhì)量,用產(chǎn)品給社會造成的經(jīng)濟損失來衡量產(chǎn)品的質(zhì)量。 (2)“源流”管理理論 “源流”管理的思想把質(zhì)量管理向前推進

3、了一步。認(rèn)為開發(fā)設(shè)計階段是源流、是上游,制造和檢驗階段是下游。質(zhì)量管理中,“抓好上游管理,下游管理就很容易?！?(3)產(chǎn)品開發(fā)的三次設(shè)計法 產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(包括生產(chǎn)工藝設(shè)計)可以分為三個階段進行,即系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)設(shè)計容差設(shè)計。品質(zhì)工程模型圖品質(zhì)工程模型圖品質(zhì)工程生產(chǎn)線外品管產(chǎn)品設(shè)計(產(chǎn)品改良)製程設(shè)計(製程改善)系統(tǒng)設(shè)計(創(chuàng)新)參數(shù)設(shè)計(最佳化)允差設(shè)計(最佳化)線上品管製程管制田口方法的應(yīng)用田口方法的應(yīng)用 為產(chǎn)品選擇最合理的配方（原料及其含量）； 對生產(chǎn)過程選擇最合理的工藝參數(shù)； 尋找最佳的生產(chǎn)條件； 研制開發(fā)新產(chǎn)品； 提高老產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量田口方法的意義田口方法的意義 提高產(chǎn)量； 改進質(zhì)量；

4、降低成本； 建立指標(biāo)與因素的關(guān)系； 縮短研究開發(fā)的時間為什么田口實驗設(shè)計能以最少少的實驗次數(shù)，獲取最好的效果？實驗設(shè)計實驗設(shè)計 一種安排實驗和分析實驗數(shù)據(jù)的數(shù)理統(tǒng) 計方法；實驗設(shè)計主要對實驗進行合理 安排，以較小的實驗規(guī)模（實驗次數(shù)）、 較短的實驗周期和較低的實驗成本，獲得理想的實驗結(jié)果和正確的結(jié)論實驗設(shè)計相關(guān)名詞解釋實驗設(shè)計相關(guān)名詞解釋 品質(zhì)特性品質(zhì)特性： 因子（要因或因素）因子（要因或因素）：試驗中的自變量，是影響試驗指標(biāo)的有關(guān)因 子與條件，如影響熱壓粒子數(shù)的壓力、溫度。 水準(zhǔn)：水準(zhǔn)：每個因素所取的用量或所處的狀態(tài)，簡稱為 因素的水準(zhǔn)，如壓力取400,450就是兩個水準(zhǔn)，溫度取200,22

5、0,240就是三個水準(zhǔn)。 配方配方：各種因子設(shè)定在某水準(zhǔn)之下所組成的操作條件，如溫度定200,220,240三水準(zhǔn)，壓力定400,450二水準(zhǔn)，則配方數(shù)就有3*2=6個，而溫度200且壓力400就是一個配方配方 交互作用交互作用：許多案例告訴我們，往往A因子的最佳條件，加上B因子的最佳條件，未必就能獲得最佳的品質(zhì)，這種因子間所產(chǎn)生相生相剋的影響就叫交互作用（Interaction） 符號表示AxB實驗設(shè)計法介紹實驗設(shè)計法介紹 試誤法 一次一因子法 全因子實驗法 田口實驗法試誤法 定義：憑個人的經(jīng)驗和直覺，選擇一組設(shè)計參數(shù)，直接嘗試；如果結(jié)果不接受，則嘗試另外一組參數(shù)；如果結(jié)果可以接受，則這組設(shè)

6、計參數(shù)將被采用。 特點：1.經(jīng)驗掛帥，憑個人經(jīng)驗或直覺設(shè)計參數(shù)2.機會性實驗，不斷嘗試； 3.沒有系統(tǒng)化，沒有任何資料分析； 4.不能傳承； 5.有時浪費人力物力資源。 一次一因子法一次一因子法 定義：每次實驗與前次相比，只改變一個實驗因子的水 準(zhǔn)。 特點： 1. 試驗次數(shù)少，節(jié)約成本。2. 誤差大，偏見下的產(chǎn)物。一次一因子實驗法一次一因子實驗法例如，熱壓實驗：時間（12s、15s）、壓力（400,450）、溫度（200,220）時間溫度壓力粒子數(shù)(品質(zhì))1111Y12211Y23221Y34222Y4全因子實驗法全因子實驗法 定義：把所有可能的組合都實驗出來，從而選取最優(yōu)結(jié)果。 特點：1.

7、實驗結(jié)果較精確，不用后續(xù)的任何分析。2. 試驗次數(shù)多，相當(dāng)耗時耗力全因子實驗法全因子實驗法例如，熱壓實驗：時間（12s、15s）、壓力（400,450）、溫度（200,220）時間溫度壓力粒子數(shù)（品質(zhì)）1111Y12112Y23121Y34122Y45211Y56212Y67221Y78222Y8全因子實驗法全因子實驗法 3因子，2水準(zhǔn)共須做8（23）次實驗。 7因子，2水準(zhǔn)共須做128(27)次實驗。 13因子，3水準(zhǔn)就必須做1,594,323(313)次實 驗，如果每個實驗花3分鐘，每天8小時，一 年250個工作天，共須做40年的時間。田口實驗法田口實驗法 定義：根據(jù)直交表設(shè)計實驗因子和水

8、準(zhǔn)的組合來得到最優(yōu)配方 特點1. 實驗次數(shù)少，節(jié)約時間和成本2. 實驗結(jié)果客觀，不存在偏見3. 試驗方法可以傳承田口實驗法田口實驗法溫度壓力時間粒子數(shù)（品質(zhì)）1111Y12122Y23212Y34221Y4例如，熱壓實驗：時間（12s、15s）、壓力（400,450）、溫度（200,220）田口實驗的相關(guān)名詞田口實驗的相關(guān)名詞 控制因子：在制程中，會影響產(chǎn)品品質(zhì)特性之參數(shù)， 其參數(shù)可自由控制的參數(shù)稱為控制因子 。例：材料 種類。 信號因子：是由產(chǎn)品使用人或操作人設(shè)定的參數(shù)，用以表示產(chǎn)品反應(yīng)所應(yīng)有的值。舉例來說，一臺電扇的轉(zhuǎn)速，即為使用人期望應(yīng)有風(fēng)量的信號因子。汽車前輪的操縱的角度，即為使用人期

9、望該車行車轉(zhuǎn)彎半徑的信號因子。 噪音因子：是指內(nèi)亂、外亂等所有造成變異的原因。對於參數(shù)值不易控制或須花費高成本來控制的參數(shù)亦屬於雜音因子。 S/N：又稱信號噪音比，單位分貝，其值越大越好，是系統(tǒng)穩(wěn)健性的評價標(biāo)準(zhǔn)，也就是說，S/N越大，噪音因子對我系統(tǒng)的影響越小。田口品質(zhì)對雜音的定義田口品質(zhì)對雜音的定義社會損失機能特性和目標(biāo)值之間的差異造成差異的雜音因素外部雜音內(nèi)部雜音產(chǎn)品間雜音1. 外部雜音(External Noise)：因環(huán)境條件的變異而引起的偏差。（環(huán)境的溫度濕度）2. 內(nèi)部雜音(Internal Noise)：因產(chǎn)品劣化而引起變異的偏差。（設(shè)備的磨損度）3. 單位間變異(Unit-to

10、-Unit Variation)：因個別產(chǎn)品間之變異引起的偏差。（產(chǎn)品的一致性）產(chǎn)品響應(yīng)值圖解產(chǎn)品響應(yīng)值圖解S/N比的計算 1.一般望目特性S/N 2. 0望目特性S/N 3.望小特性S/N 4.望大特性S/N一般望目S/N公式y(tǒng)1y2y3y4y5y6yi10.819.432.011.023.04.0yi2116.64376.36102412152916Avg y16.7y100.2ST2183Sm1673.34Se509.66Ve101.93210.14.1S S24.1813824.18138計算一般的望目特性yi 期望越越接近目標(biāo)越好(損失少)例如:加工尺寸、電鍍厚度、發(fā)射頻率望目特性公

11、式:y1 y2 y3 y4 ynYT=y =y1 +y2+ y3+ y4 +.ynST = (yi 2) Sm=YT2/nSe = ST Sm Ve =Se/(n-1) =10 (1/n) (Sm Ve )/Ve簡化公式 =10 (Yave /)2S =10 (1/n) (Sm Ve 0目標(biāo)望目S/N公式y(tǒng)i期望越越接近目標(biāo)越好(損失少)例如:仿效加工、偏擺度 、尺型加工望0特性公式:y1 y2 y3 y4 yn2 =1/n (yi 2) =10 2 S=1/n(y1+ y2+ y3+ y4 + yn)計 算0 目標(biāo) 望 目特 性y1y2y3y4y5yi0.010.02-0.001-0.02-

12、0.01yi20.00010.00040.0000010.00040.000120.0002 36.985436.9854S-0.0002-0.0002望小型S/N公式y(tǒng)i 期望越小越好(損失少)，例如:磨耗 噪音 溫昇 振動望小特性公式:y1 y2 y3 y4 yn2 =1/n (yi 2) =10 2 計算望小特性y1y2y3y4y5yi0.030.080.070.050.0070.06yi20.00090.00640.00490.00250.0000490.003620.003058 25.145425.1454望大型S/N公式y(tǒng)i 期望越大越好(損失少) ，例如:抗拉強度 壽命 黏著力

13、望大特性公式:y1 y2 y3 y4 yn2 =1/n (1/yi 2) = 10 2 計算望大特性y1y2y3y4y5yi1000100010001000100010001/yi20.000001 0.000001 0.000001 0.000001 0.000001 0.00000120.000001 60 60直交表的由來 直交表(orthogonal array)是由勞博士(C.R. Rao)所提出 田口博士引用，並提出一系列表格，希望以最少的實驗次數(shù)就能對因子主效果主效果做不偏的估計直交表特性 對于任意一個直交表都應(yīng)當(dāng)具備下列兩個特性: : 每一列都是自我平衡的（self-balan

14、ced）,在每一列 中因子的各水準(zhǔn)出現(xiàn)的頻率是相同的； 每兩列間都是平衡的（mutual-balanced）,也就是 在某一列中出現(xiàn)某一水準(zhǔn)的所有實驗組，與在另一 列中，出現(xiàn)此水準(zhǔn)的頻率是相同的 上述兩個特性同時存在，就可以稱為直交。直交表L8(27)ExpABCDEFGy111111111.2211122221.8312211222412222112.2521212121.5621221211.7722112211.3822121122.1Level 11.81.551.61.51.751.751.6Level 21.651.91.851.951.71.71.85AVER.Effect-0.

15、150.350.250.45-0.05-0.050.251.725直交表的表示方法直交表的表示方法直交表 直交表為基本型 2系：L4、L8、L16、L32、L64 3系：L9、L27、L81 混合系：L12、L18、L36 常用直交表表示 L4 ( 2 3 ), L8 (2 7 ), L16 (215 ), L32 (231 ) L9 ( 34 ), L27 (313),L81(340) L12 ( 211), L18 (21 37 ),L36(23 313)直交表名稱實驗數(shù)最多之因子數(shù)不同水準(zhǔn)下之因子數(shù)2L3L4L5LL4433L8877L9944L12121111L16161515L161

16、655L1818817L252566L2727131318個較常用的標(biāo)準(zhǔn)直交表整理如下：直交表名稱實驗數(shù)最多之因子數(shù)不同水準(zhǔn)下之因子數(shù)2L3L4L5LL32323131L32 321019L3636231112L36 3616313L505012111L545426125L64646363L64 642121L8181404018個較常用的標(biāo)準(zhǔn)直交表整理如下：直交表的選擇直交表的選擇 計算所需直交表欄數(shù)DF因子數(shù)N水準(zhǔn)數(shù)L(假設(shè)所有因子皆有相同水準(zhǔn)）欲探討二因子間交互作用數(shù)PDF = N + P ( L 1 ) 例二：A,B,C,D,E五因子，皆3水準(zhǔn)，欲額外探討AxB,AxC二種交互作用DF

17、 = 5 + 2 (3 - 1) = 9利用上兩表，配合因子之水準(zhǔn)，找“最多因最多因子數(shù)子數(shù)”欄大於或等於DF者該例選用L27直交表的使用 內(nèi)表：配製可控制因子 外表：配製噪音因子 如一個三個控制因子A,B,C，二個噪音因子T,U,V，全部都是2水準(zhǔn)V1122T1212U1221ABCY1Y2Y3Y4111122212221內(nèi)表外表接下來 使用範(fàn)例，使大家了解各因子其水準(zhǔn)平均值及水準(zhǔn)平均S/N值怎么計算三個控制因子A,B,C，二個噪音因子T,U，全部都是2水準(zhǔn),望大,測量值如下T1122U1212ABCY1Y2Y3Y4111189.7199.8199.6209.5122-65.6-48.0-6

18、1.3-43.321237.137.763.263.722115.843.135.662.1平均值199.6-54.550.439.2S/N46.034.433.228.5 A,B,C是可控因子，其水準(zhǔn)效果，S/N是我們要探討的，故制作下表A 平均值1199.61-54.5兩數(shù)相加除以C 平均值2-54.5250.4 S/N表格AS/N146.0134.4CS/N234.4233.2兩數(shù)相加除以050100150L1L2平均值A(chǔ)BC0510L1L2S/NABC均值和S/N比的反應(yīng)圖不管望什麼，S/N找最大的就是了，由上面表或圖來看，A1,B1,C1就是最耐堅配方了。但該例S/N比的標(biāo)準(zhǔn)差為7.4 ，由|L1-L2|知 平移後ABCL19.3168.1293.501L20.0000.0000.000|L1-L2|9.3168.1293.501就看那一水準(zhǔn)成本便宜就用C因子的值是小於標(biāo)準(zhǔn)差，故C因子兩水準(zhǔn)的耐堅性應(yīng)是不列入考慮才對，故A1,B1是一定的。 C就看哪一水準(zhǔn)成本便宜就用那一個那一個最佳條件確認(rèn)最佳條件確認(rèn)-再現(xiàn)性實驗再現(xiàn)性實驗田口實驗的實施田口實驗的實施 實驗設(shè)計( (第一階段) )1. 確定項目的范圍2. 確定要分析的品質(zhì)特性和S/N特性3. 收集影響品質(zhì)特性的因子并決