DOE培训教案(LM)(共74张).pptx
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1、DOE( D Design esign O Of f E Experimentxperiment ) 讲师:李 明 时间:2016-06-25 康达信管理顾问有限公司授课大纲授课大纲一、一、 实验设计简介实验设计简介 :实验设计的定义:实验设计的定义 实验设计的历史与实验设计的历史与 发展发展 实验设计的用途实验设计的用途 二、二、 实验设计类型:实验设计类型: 全因子实验设计全因子实验设计、 部分因子实验设部分因子实验设 计计 三、三、 设计一个设计一个DOE的步骤:的步骤:a. 计划阶段计划阶段 , b.实施阶段,实施阶段, c.分析阶段分析阶段四、 全因子全因子DOE设计分析五步法设计分
2、析五步法(60分钟)分钟)授课大纲授课大纲五、五、 全因子全因子DOE结果分析:结果分析: 因素影响与交互影因素影响与交互影 响极差响极差 分析分析 ANOVA方差分析方差分析 单向方差分析单向方差分析 双向方差分析双向方差分析 回归分析回归分析六、六、 如何利用专业软件进行全因子如何利用专业软件进行全因子DOE分析:举例分析分析:举例分析七、七、 全因子全因子DOE在应用中的问题在应用中的问题一、实验设计简介一、实验设计简介二、实验设计类型二、实验设计类型三、设计一个三、设计一个DOE的步骤的步骤四、全因子四、全因子DOE设计分析五步设计分析五步五、全因子五、全因子DOE结果分析结果分析六、
3、如何利用专业软件进行六、如何利用专业软件进行 全因子全因子DOE分析分析七、七、 全因子全因子DOE在应用中的问题在应用中的问题为什么要做DOE?1.1.这里有这里有9 9个球,其中有且只有一个球质个球,其中有且只有一个球质量为量为9 9克克, , 其它其它8 8个都为个都为1010克。给你一架天克。给你一架天平,请找出重为平,请找出重为9 9克的那个球。克的那个球。请问,你至少要称几次请问,你至少要称几次? ?实验设计的意义实验设计的意义: : 应用数理统计学的基本知识,讨论如何合理地安排试验、应用数理统计学的基本知识,讨论如何合理地安排试验、取得数据,然后进行综合科学分析,从而尽快获得最优
4、组合取得数据,然后进行综合科学分析,从而尽快获得最优组合方案。方案。在工序开发应用实验设计方法能得出以下成果:在工序开发应用实验设计方法能得出以下成果:1. 1. 提高产量;提高产量;2. 2. 减少变异性,与额定值或目标值更为一致;减少变异性,与额定值或目标值更为一致;3. 3. 减少开发时间;减少开发时间;4. 4. 减少总成本;减少总成本;实验设计的意义 DOE定义: 试验设计X1X2X3U1U2U3Y1Y2Y3PROCESS什么变量显著影响着我们的绩效 我们假定过程的结果当中,我们假定过程的结果当中,y1y1,y2y2,y3y3是我们关心的输出变量是我们关心的输出变量 这些我们常常称之
5、为这些我们常常称之为响应(响应(responseresponse)X1X2X3U1U2U3Y1Y2Y3PROCESS基本术语基本术语响应响应 我们将影响响应的那些变量称为实验问题中的因子。其中我们将影响响应的那些变量称为实验问题中的因子。其中x1,x2,x3x1,x2,x3是人们在实验中可以控制的因子,我们称为是人们在实验中可以控制的因子,我们称为可控因可控因子(子(controlled factorcontrolled factor)可控因子是输入变量,是影响过程最终结果的可控因子是输入变量,是影响过程最终结果的X1X2X3U1U2U3Y1Y2Y3PROCESS基本术语基本术语可控因子可控因
6、子 在影响过程和结果的因子中除了控制因子还包括一些非可控在影响过程和结果的因子中除了控制因子还包括一些非可控因子(因子(uncontrolled factoruncontrolled factor):):u1,u2u1,u2, ,他们通常包括他们通常包括环境环境、操作员操作员、材料批次等材料批次等对于这些变量我们通常很难把它们控制在某个对于这些变量我们通常很难把它们控制在某个精确值上。精确值上。X1X2X3U1U2U3Y1Y2Y3PROCESS基本术语基本术语不可控因子不可控因子做一次取得观察值得试验又叫运行水平水平 处理处理 Level and treatment:水平和处理因子的不同取值叫
7、水平或设置 试验环境 试验单元 Experiment unit and experiment environment:试验单元和试验环境试验中的最小单元,如一件产品,一次诊断试验的周围条件,如:温度、湿度、电压基本术语主效应 举一个简单的例子在农田实验中,考虑两个因子举一个简单的例子在农田实验中,考虑两个因子,每个因子都设置了两个水平:,每个因子都设置了两个水平:A A因子:浇水因子:浇水 水少水少 水多水多B B因子:施肥因子:施肥 肥少肥少 肥多肥多 实验结果如下(响应是产量(实验结果如下(响应是产量(kgkg):):实验实验浇水(浇水(A A)施肥(施肥(B B)产量产量1水少肥少100
8、2水少肥多1303水多肥少1204水多肥多170 Main effect and interaction effect:主效应和交互效应 主效应:由某因子完全作用引导的变化叫这个因子的主效应 B肥A 水多少多少100130120170 A的主效应=(120+170)2 -(100+130)2=30 B的主效应=(130+170)2 -(100+120)2=40 交互效应:一个因子的效应依赖于另外一个因子所处的水平时,就称它们之间有交互效应 BMean10-19080706050ACenter1 CornerPoint Type-1 Corner0Interaction Plot (data m
9、eans) for result交互效应不明显交互效应明显CMean10-17570656055BCenter1 CornerPoint Type-1 Corner0Interaction Plot (data means) for result DOE的试验进程: 人类在认识自然的过程中,进行着许多方面的探索。试验就是学习过程中一个重要的因素。从爱迪生的 “天才靠的是百分之一的灵感和百分之九十九的汗水” 到今天的统计学的科学运用,大大缩短了试验的时间和节约大量的成本 DOE的用途: 通过试验设计获取更多的有用的新信息,帮助我们找到哪些是显著影响输出绩效的变量,找出它们的关系, 运用优化器选择
10、我们需要的最佳设置。一、实验设计简介一、实验设计简介二、实验设计类型二、实验设计类型三、设计一个三、设计一个DOE的步骤的步骤四、全因子四、全因子DOE设计分析五步设计分析五步五、全因子五、全因子DOE结果分析结果分析六、如何利用专业软件进行六、如何利用专业软件进行 全因子全因子DOE分析分析七、七、 全因子全因子DOE在应用中的问题在应用中的问题六西格码试验设计 DOE的分类: 根据不用的研究内容,试验设计有多种方法的分类: 根据试验因子的个数:单因子和多因子 根据试验的目的:因子设计和回归设计因子设计: 在相当多的因子中,找出哪些自变量X显著影响着Y应予保留,反之应予删除,这就是因子筛选设
11、计回归设计:为了确定X与Y的关系式,找出Y对于X的回归方程,目是针对回归方程的称为回归设计当然这两类设计也有相同这处:1.筛选因子的方法其实也是先建立一个Y与X的简单线性回归方程,然后根据各项系数的显著性来筛选;2.建立了回归方程,特别是含平方的项的响应曲面方程,判断是否有效应不显著的因子,可以删除,达到筛选因子的目的 但因子设计主要是建立线性关系筛选关键因子,要求比较粗糙试验次数比较少,回归是二阶的要求要细致很多,试验次数要大增。 在因子设计中,又可以按因子水平个数分二水平因子设计、三水平因子设计和混合水平因子设计,在实践中证明:在因子设计,使用二水平正交试验法,加若干个中心点的设计方法最简
12、单有效,再细分,有全因子试验设计和部分因子试验设计两大类,在这里全因子更具有通用性。 全因子试验设计全因子试验设计:所有因子的所有水平的所有组合都至少要进行一次试验,所以试验的次数较多,但可以估计出所有的主效应和所有的各阶效应: 一一.试验的目的试验的目的:兼有因子筛选和回归设计两方面的目的,它可以分析出所有因子的主效应和各因子之间的各阶交互作用的效应。 二二.试验的安排和中心点的选取试验的安排和中心点的选取: 试验的安排主要是考虑三个基本原则:重复试验、随机化和划分区组,如何实现重复?是将每一个试验条件重复2次或更多,好处是对试验误差估计得更准确,但试验次数太多代价太大,另一种巧妙的方法是在
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