實驗設計與田口法介紹課件

1、實驗設計與田口法介紹DOE & Taguchi MethodReporter: Raymond ChangDate: April 24, 2006Professor: April 24, 2006 NTHU1Raymonds PresentationAgendaWhat is DOE & Taguchi MethodHow to do DOE?How to use Taguchi Method?SummaryApril 24, 2006 NTHU2Raymonds Presentation1. What is DOE & Taguchi MethodDOE: Design Of Experim

2、ent在一個或連串的試驗中刻意地改變製程輸入?yún)?shù)值, 以便觀察並找出影響製程輸出變數(shù)之因素提升製程良率、降低製程變異、改善產(chǎn)品品質(zhì)、降低研發(fā)時間、降低總體成本、評估各種可行之設定值、評估各替代原料、確定影響產(chǎn)品特性之因素Taguchi Method: 田口法1950年代，G.Taguchi利用實驗設計方法，以規(guī)格化的直交表，進行直交實驗設計，使得工業(yè)界使用實驗設計的可行性增高以工程觀念的產(chǎn)品研發(fā)過程；系統(tǒng)設計，參數(shù)設計及公差設計等所謂的三次設計，進行有系統(tǒng)的實驗設計。April 24, 2006 NTHU3Raymonds Presentation1.1 DOE的專門術語Response:實驗

3、結(jié)果, Y如純度, 濃度, 長度, 重量, 強度, 壽命, 磨耗率, 縮收率, 噪音, 硬度, 收率, 電壓, 電阻, 電流, 不良率, 缺點數(shù)Factor: 因子, Xs可控因子( Controllable) : Ex: 溫度、壓力、配方成份。不可控因子(Uncontrollable) : Ex: 如環(huán)境溫度、濕度。信號因子(Signal) : Ex:人的血壓隨年齡的不同而改變，Level：水準考量某個 X所處之定量或定性的狀態(tài)或條件Ex. 溫度(X1)：以 80、90、100, 人員(X2)：早、中、晚班Treatment (實驗組數(shù))實驗中因素之間水準組合為一個可單獨進行實驗的觀測條件，

4、稱之一個處置April 24, 2006 NTHU4Raymonds PresentationY(品質(zhì)特性)靜態(tài)動態(tài)計量計數(shù)望目特性望小特性望大特性計件計點感官視覺, 聽覺, 嗅覺, 味覺, 觸覺, 偏好1.1.1 Responses, YsApril 24, 2006 NTHU5Raymonds Presentation1.1.2 Factors, Xs對Y有影響的一系列原因中，稱為X如品質(zhì)問題中影響產(chǎn)品品質(zhì)特性的原因，數(shù)學關係式的自變數(shù)(Independent Variables) X1,X2,Xk； Y=f(X1,X2,Xk) X可以是定性或定量例如定量以 來表示溫度，rpm表示轉(zhuǎn)速；定

5、性以 A、B、C表示不同供應商，以早、中、晚班表示不同班別的人員。一個實驗中可以只考慮一個因素或同時考慮多個因素。 April 24, 2006 NTHU6Raymonds PresentationProcess Step輸入輸出X1X2X3X4X5純 度濃 度長 度重 量強 度壽 命磨耗率縮收率噪 音硬 度收 率電 壓電 阻電 流不良率缺點數(shù)Y2Y3C : Controllable 速度 , 溫度 , 壓力U : Uncontrollable 環(huán)境溫度 , 濕度 , 作業(yè)員Y1Y=f(X1,X2,Xk) April 24, 2006 NTHU7Raymonds Presentation1.3

6、 DOE 的進行方式Try-and-error (試誤法)One Factor a time (一次一因子法)Full factorial experiment (全因子法)Taguchis orthogonal arrays(田口法)April 24, 2006 NTHU8Raymonds Presentation1.3.1 One Factor a timeApril 24, 2006 NTHU9Raymonds Presentation1.3.2 二因子實驗設計之模式April 24, 2006 NTHU10Raymonds Presentationk個因子，每個因子2個水準(+,-)

7、，共2k次實驗（當 n = 1 時）在因子數(shù)不多的狀況下，常用於實驗初期，來了解因子對反應變數(shù)之可能影響。1.3.3 2k因子階層設計April 24, 2006 NTHU11Raymonds Presentation1.4 Taguchi Method發(fā)展縮小變異方法的新名稱，配合直交表使用田口品質(zhì)工程不以傳統(tǒng)實驗設計的概念為主軸。S/N ratio處理資料與數(shù)據(jù)田口法可在短期間產(chǎn)出最優(yōu)值的實驗結(jié)果田口品值觀點：品質(zhì)定義損失函數(shù)穩(wěn)健設計的觀念美國: 統(tǒng)計學基礎的DOE, 日本: 田口法的DOEApril 24, 2006 NTHU12Raymonds Presentation1.4.1 直交

8、表Ln(tk)L：拉丁方格(Latin Squares)的字頭。n：直交表的列數(shù)，實驗的組數(shù)。k：直交表的行數(shù)，實驗因子數(shù)。t：直交表行可考慮的水準數(shù)，即配置因子的水準數(shù)。 較少實驗次數(shù)，研究更多的因子?？梢灶愃聘盗⑷~分析進行統(tǒng)計分析。直交表中任意兩行，所有的因子水準組合出現(xiàn)的次數(shù)相同。April 24, 2006 NTHU13Raymonds Presentation1.4.2 品質(zhì)定義TyA0L(y)偏離目標值損失近離目標值損失最佳品質(zhì)變異最小傳統(tǒng)品質(zhì)定義田口品質(zhì)定義產(chǎn)品規(guī)格內(nèi)(m+0 和m-0 之間)的產(chǎn)品都一樣的好April 24, 2006 NTHU14Raymonds Presen

9、tationm0mmyA0L(y)m0mm +0yA0L(y)Nominal the best00ySmaller the betteryA0L(y)m0mm +0yA0L(y)Asymmetric00yyA0L(y)Larger the better望目型望小型望大型 不對稱型1.4.3 損失函數(shù)種類April 24, 2006 NTHU15Raymonds Presentation1.4.4 S/N Ratio平均品質(zhì)損失可以直接做為一批產(chǎn)品的品質(zhì)指標田口博士將平均品質(zhì)損失排除係數(shù)k後, 以對數(shù)轉(zhuǎn)換、乘以10、並取反號, 並將它們稱為S/N比, 做為品質(zhì)的同義字MSD: Mean Squa

10、re deviationApril 24, 2006 NTHU16Raymonds Presentation1.4.5 干擾因子April 24, 2006 NTHU17Raymonds Presentation1.5 實驗次數(shù)比較April 24, 2006 NTHU18Raymonds Presentation1.6 資料分析方法資料分析數(shù)據(jù)檢定：t test, F test, pair t, ANOVA圖形分析：Box plot, QC chart, etc軟體應用Minitab, SPSS, SAS等等April 24, 2006 NTHU19Raymonds Presentation

11、1.7 田口方法直交表的使用沒有討論干擾因子仍是傳統(tǒng)實驗設計，並非田口方法損失函數(shù)非線性關係的利用S/N比April 24, 2006 NTHU20Raymonds Presentation2.HOW to Do DOE? Define Ys: 問題的認知及陳述Find Critical Xs：選擇因子Set Levels：選擇水準Design Treatments：選擇適當?shù)膶嶒炘O計Experiments：進行實驗Data Analysis：資料分析Repeat Experiment： 重覆試驗Summary & Suggestion：結(jié)論及建議April 24, 2006 NTHU21Ra

12、ymonds Presentation2.1 Define Y (煮咖啡為例)April 24, 2006 NTHU22Raymonds Presentation2.2 Find Critical Xs評分分數(shù) = (X1 x Y1) + (X1 x Y2) + (X1 x Y3) + (X1 x Y4)April 24, 2006 NTHU23Raymonds Presentation2.2 Find Critical XsApril 24, 2006 NTHU24Raymonds Presentation2.3 Set Level of XsApril 24, 2006 NTHU25Ray

13、monds Presentation實驗組對照組2.4 Design Treatments若因子 A 有二個水準，因子B 有三個水準，因子C 有四個水準，則一個實驗同時考慮 A、B、C 三個因素進行觀測共有 23424 組實驗。最簡單的實驗組數(shù)April 24, 2006 NTHU26Raymonds Presentation2.4 Design TreatmentsApril 24, 2006 NTHU27Raymonds Presentation2.5 ExperimentsX Factors & TreatmentsY Experiment ResultsApril 24, 2006 N

14、THU28Raymonds Presentation不同因素的水準因素的水準主效應圖交互影響圖2.6 資料分析April 24, 2006 NTHU29Raymonds Presentation2.7 Others挑選出最佳口感的咖啡 (Data analysis)再煮一次 (Repeat Experiment)賣咖啡 (Summary)April 24, 2006 NTHU30Raymonds Presentation3. 田口法實驗設計重點穩(wěn)健設計中有三個主要工具：S/N比：穩(wěn)健性之單一之判斷指標，S/N比愈大愈好直交表：以最少之實驗次數(shù)獲得最佳之水準組合ANOVA分析：以統(tǒng)計手法找出具顯著性之因子在既定的研發(fā)資源下，田口方法之直交表實驗設計可以研究更多的因子，使得產(chǎn)品製程更穩(wěn)健。田口方法最佳化產(chǎn)品製程設計就是決定最佳可控因子的水準和允差。April 24, 2006 NTHU31Raymonds Presentation3.1 實驗設計的利益以最少之資源獲得最多的資訊。實驗設計可知影響平均值、變異或無影響之因子。可以建立輸入?yún)?shù)與輸出訊號間之實驗模型（ empirical model ）。April 24, 2006