DOE-讲师版讲义.pdf
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1、1DOEDOE報告人報告人:朱承先朱承先品質工程技術發展委員會品質工程技術發展委員會2朱承先(Daniel Chu)品質技委會副主委iDPBG DSD 品保處協理經歷:Trane 產品研發部/生產技術部經理北科大北科大冷凍空調工程系兼任助理教授APP Six Sigma Director鴻海鴻海 TAMG 工程標準處經理世匯顧問世匯顧問公司營運長WLBG NLV 全球品保處協理學歷:成功大學機械工程博士英國Leicester 大學MBA3從英國的炮兵班說起從英國的炮兵班說起 在第二次世界大戰初期,英國的一個炮兵班有六個班兵,分別是觀測手、彈藥手、裝填手、通信兵、炮長及一個閒置士兵 隨著戰事的白
2、熱化,對兵源的需求也日益增多,於是有人注意到為什麼會有一個閒員在每一個炮班中 許多權威人士紛紛提出答案,普遍認為合理的解釋是:炮陣地受到攻擊時,此人可以迅速遞補受傷的人員,不致影響戰力 但是有一位軍事將領認為這不合理,於是仔細地翻閱了塵封已久的操練手冊,發現4英國的炮兵班英國的炮兵班(II)原有的炮班使用馬匹來拉炮,炮固定於陣地後,馬匹總是位於不遠處,為免炮發射時驚嚇到馬匹,所以需要一個專人來拉住馬,就這麼形成了傳統於是從二次大戰中期起每一炮班改為五人管理的真實是-壓力是發現事實真相的動力 盲目合理化是一件非常容易的事.而且愈資深的人愈喜歡自以為是地去合理化一件事 只從表像去揣摩原因是危險的,
3、能夠真正掌握住Know-how才是做出最佳決定的核心能力 保存文件很重要5Agenda 第一單元:DOE概述 被動觀察法與主動實驗 DOE方法與原理 第二 單元:DOE方法 改善績效的基本手段:Full Factorial Design&Fractional Factorial Design 最佳化:Response Surface Method 一次改善多個輸出性能-Multiple Response Optimization 探索未知的領域:EVOP&Path of Steepest Ascent/Descent 兼顧性能與穩健性:Robust Engineering6造紙廠的故事造紙廠的
4、故事印尼蘇門答臘巴拉旺紙廠的年輕工程師,才從學校出來兩年,在一個為了優化紙機性能的DOE中,意外發現螢光劑與澱粉間更好的配方,不但可以比原來的性能更好,還可以少用配料,讓紙的生產成本更低他不相信,因為原來的配方是紙業的天王設定的,幾十年來沒人懷疑過配方還有改善的空間經過逐步向新的參數方向調動,果然一切如實驗數字所預測一年為公司省下100萬美金7DOE在問題解決過程中的位置在問題解決過程中的位置定義問題定義問題分析問題分析問題(找原因找原因)建構數據收建構數據收集計劃集計劃提出對策提出對策驗證對策驗證對策維持成果維持成果衡量問題重衡量問題重要性要性被動觀察被動觀察研究研究主動實驗主動實驗經驗型因
5、果經驗型因果分析分析 Trial&Error OFAT DOEFailure Modes失效模式失效模式Effects效應效應Causes原因原因RecommendedAction 行動行動 8A12.55IA23.51B12.210IIB22.32A10.315IIC22.03A8.910IA18.64B14.315IIA14.55A13.510IIB20.06B11.212IB18.27A12.514IC11.58A13.511IA17.89A13.813IIC25.610B12.59IIB28.311B11.86IA17.712A12.018IB19.013B15.625IIA20.01
6、4輸入因子輸入因子 A輸入因子輸入因子 B輸入因子輸入因子 C輸入因子輸入因子 D輸出因子 Y1輸出因子 Y2Example溫度機台量測系統時間尺寸等級.Data Collection要決定的事要決定的事:影響結果的關鍵因子為何影響結果的關鍵因子為何?RegressionANOVALogistic RegressionChi-square連續型不連續型不連續型連續型不連續型不連續型連續型連續型9被動觀察的好處與缺點被動觀察的好處與缺點 優點 立刻可以從系統中提出數據(但往往在現實中不能實現)不干擾流程 成本低 缺點 數據收集不均勻,不Balanced 不好研究交互作用 時程不好控制 數據收集過
7、程中,不易避免干擾因子對於流程的影響10實驗法的種類實驗法的種類Trial and Error(試誤法試誤法)每次只改變一因數每次只改變一因數(One-Factor-at-a-Time,OFAT)DOE 全因子實驗全因子實驗(Full Factorials)部分因子實驗部分因子實驗(Fractional Factorials)響應曲面法響應曲面法(Response Surface Method)1110-110-1輸入輸入1Contour Plot Yxxxxxxxxx目標目標一次改變一個變數結論一次改變一個變數結論輸入輸入2每次只改變一因數每次只改變一因數(One-Factor-at-a-T
8、ime,OFAT)12DOE 基本功基本功Full Factorial 全因子實驗全因子實驗Fractional Factorial 部分因子實驗部分因子實驗Response Surface Method 響應曲面法響應曲面法13DOE 起起源源DOE的起源實驗設計源於1920年代 研究育種的科學家Dr.Fisher是大家一致公認的DOE方法創始者 Dr.Taguchi(田口玄一博士)後續努力集其大成,使DOE普及並且發揚光大14Fishers ANOVA 原原理理收集到兩組以上的數據後,我們關心 表現水準改變了多少?這個改變是否可以有信心地被承認Fisher巧妙地利用群組內的變異大小和群組間
9、的變異大小,來鑑別兩個以上的群組性能是否有顯著的差異ANOVA是DOE方法背後的運算基礎BA20.017.515.012.510.07.55.0D ataBoxplot of A,BDC14131211109876D ataBoxplot of C,D15DOE 的好處的好處較少實驗次數較少實驗次數可得到變數間交互作用的訊息可得到變數間交互作用的訊息實驗設計能擴充或減縮,以符合專案需求實驗設計能擴充或減縮,以符合專案需求產品及製程之最佳化產品及製程之最佳化16實驗實驗設設計種類計種類 部分因子設計部分因子設計部分因子設計部分因子設計(Fractional Factorial Design):(
10、Fractional Factorial Design):適用:自不重要的多數中,篩選出適用:自不重要的多數中,篩選出“重要的少數重要的少數”確認可能的主效應確認可能的主效應 全因子設計全因子設計全因子設計全因子設計(Full Factorial Design):(Full Factorial Design):適用:確認主要變數適用:確認主要變數 研究少量因數研究少量因數(2-6)的主效應及交互作用的主效應及交互作用 幫助瞭解制程幫助瞭解制程 響應曲面法響應曲面法響應曲面法響應曲面法(Response Surface Method):(Response Surface Method):適用:最
11、佳化關鍵變數適用:最佳化關鍵變數 研究曲率研究曲率(curvature),交互作用及主效應,交互作用及主效應17DOE 2Kxxxxxxxx輸入因子輸入因子X輸出因子輸出因子YX1X218DOE式式數據收集數據收集特性:1.主動設計2.Balanced3.假設兩個輸出在輸入因子兩個Level之間的變化為線性關係優點:1.可以解析交互作用2.可以用較少的實驗次數取得好的決策缺點:1.從新開始2.成本/時間X1X2X3Y小小小20大小小24小大小21大大小18小小大15大小大16小大大21大大大15必須是必須是連續型數據連續型數據19Main Effectxxxxxxxx輸入因數輸入因數X3輸出因
12、數輸出因數YEffectX小小X大大20小小故事故事:袋鼠袋鼠與與籠籠子子高度高度有一天動物園的管理員們發現袋鼠從籠子裏跑出來了,於是開會討論,一致認為是籠子的高度過低。籠子的高度由10公尺20公尺結果第二天他們發現袋鼠還是跑到外來,籠子的高度由20公尺30公尺沒想到隔天居然又看到袋鼠全跑到外面,於是管理員們大為緊張,決定一不做二不休,籠子的高度由20公尺100公尺一天長頸鹿和幾隻袋鼠們在閒聊,你們看,這些人會不會再繼續加高你們的籠子?長頸鹿問。很難說。袋鼠說:如果他們再繼續忘記關門的話!若沒有若沒有好的好的素養素養,一一般人很容易把般人很容易把改改善善的的力氣花力氣花在在自己最熟自己最熟的的
13、方方法法上上,而而不不是是最應該採取最應該採取的的方方法法上上21Main Effect Comparison 主主效應比效應比對對1510757065605521120100180140757065605563FeedrateMeanCatalystAgitateTempConcMain Effects Plot for Reacted%Data Means當當reacted%=f(feed rate,catalyst,agitate,temp,concentration)當當一一群群主主效應圖放效應圖放在一起在一起時時,每個因子的影響每個因子的影響力大小立判力大小立判22DOE可以進可以進
14、一一步步觀察觀察交互作用交互作用某個輸入因子對於輸出的影響程度某個輸入因子對於輸出的影響程度,受到另一個輸入因子設定值受到另一個輸入因子設定值的影響的影響我們稱此效應為我們稱此效應為交互作用交互作用交互作用交互作用(interaction(interaction),化學上稱綜效化學上稱綜效(synergy)A B 2 parts2 parts3 parts3 parts1.551.451.351.25Blow LevelBlow TypeMeanInteraction Plot(data means)for Density23分析分析能力能力提提升之後升之後,交互作用也交互作用也被被認真探討認
15、真探討 極少數的工程團隊認真看待交戶作用 一些精妙超脫的選擇,建立在對交互作用的理解之上Mean of 測測試試阻阻抗抗(Ohm)平 狀網 狀600450300粗 紋 狀車 輪 狀HighLow600450300HighLowElastomer形 狀Gold Pad形 狀Elastomer彈 力Spring 彈 力Elastomer形狀形狀粗 紋 狀車輪 狀HighLowH ighLow10005000Gold Pad形狀形狀10005000Elastomer彈力彈力10005000Spring 彈力彈力Elastom er形 狀網 狀平 狀GoldPad形 狀車 輪 狀粗 紋 狀Elasto
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