DOE实验设计.pdf

DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计 Design of Experiments （DOE） 实验设计 DOE- 1 DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计 Design of Experiments （DOE） 实验设计 1.定义和介绍 实验设计(Design of Experiments)或设计实验(Designed Experiments) 是一系列试验及分析方法集,通过有目的地改变一个系统的输入来观察输出 的改变情况。图1-1 示出一个系统示意图。图1-1 中的系统既可以看作是一 个产品开发过程，也可以看作是一个生产过程。对于一个生产过程, 一般它 是由一些机 图1-1 一个系统示意图：Input 输入; Output输出; Controllable input factors 可控的输入参数X1,X2,…,Xp; Uncontrollable input factors 不可控的输入参数Z1,Z2,…,Zq。 DOE- 2 DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计 器、操作方法和操作人员所组成的,把一种输入原材料转变(加工)成某种输出 产品。这种输出产品具有一些可以观察的质量特性,也可叫响应(例如,产量、 强度、硬度等)。一些过程参数（X1,X2,…,Xp）是可控的, 例如进给速度、 淬火温度等; 而另一些（Z1,Z2,…,Zq）是不可控的, 它们有时被称为噪声参 数,例如环境温度、湿度等。 实验设计的目的可能包括: (1)确定哪些参数对响应的影响最大; (2)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使响应达到或尽可能靠近 希望值(On target)； (3)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使响应的分散度(或方差) 尽可能减小。 (4)确定应把有影响的参数设定在什么水平，以使不可控参数（噪声参数） 对响应的影响尽可能减小。 因此, 在制造过程的开发以及解决过程中出现的问题中都可以应用实验 设计,以改善过程的性能,或者使过程对于外部波动源(干涉)不那么敏感，即 得到一个“稳健”(Robust)的过程，同时还可节省时间和降低成本。所以,实 验设计对于开发和改善制造过程,提高产品质量是一个非常重要的工程工具。 除此之处,实验设计还可以在新产品开发或现有产品改进中起到很大作 用: (1)评价和比较不同设计方案; (2)评价代用材料; (3)确定影响性能的关键产品设计参数(KPC)。在这些领域应用实验设计可 以改善产品的制造工艺性、增强服役性能和可靠性、降低产品成本和缩短产 品开发周期。 DOE- 3 DESIGN OF EXPERIMENTS (DOE): 实验设计 应该指出,实验设计包括的内容很多,有关的著作很厚,例如, Design and analysis of experiments (Douglas C.Montgomery)有538 页,本课程主要介 绍在工业上得到较广泛应用的析因实验法、部分析因实验法(包括所谓正交实 验法)——Factorial experiments, Fractional Factorial, and Taguchi Method。 所以,在本课程中讲的实际上是狭义的实验设计,即析因实验法和部分析 因实验法。 2. 问题的提出——用实验的方法改进质量 在工程实践中经常碰到如下问题： (1)影响产品和产品