1、Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services六西格瑪綠帶培訓教材實驗設計簡介Introduction to Experimentation2Copyright 2011 QualiSys Consultancy ServicesThe purpose of an experiment is to better understand the real world, not to understand the experimental data.進行一個實驗的目的是為了更好的了解真實的世界，而不是了進行一個實驗的目的是為了更好的了解真實的世界，而不是了解

2、實驗數據。解實驗數據。William DiamondIBM -已退休的統計員3Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services結束對本章的學習后，學員將能夠：結束對本章的學習后，學員將能夠：n解釋什么是解釋什么是DOEn理解為什么使用理解為什么使用DOEn解釋一些解釋一些DOE的術語的術語n描述描述DOE的基本步驟的基本步驟n描述有效實驗設計的一些阻礙描述有效實驗設計的一些阻礙n了解了解OFAT實驗設計的局限性實驗設計的局限性學習目的4Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn試驗設計通過有目的地改變一個流

3、程試驗設計通過有目的地改變一個流程(或活動或活動)的輸入變量的輸入變量(因子因子)，以觀，以觀察輸出變量察輸出變量(響應量響應量)的相應變化。的相應變化。n它是一種科學的方法，使研究者更好地了解一個流程它是一種科學的方法，使研究者更好地了解一個流程 并確定輸入并確定輸入(因子因子)是如何影響輸出是如何影響輸出(響應量響應量)。什么是實驗設計5Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services或 因子因子(可控制的變量)X1X2:Xn響應變量響應變量(可測量的輸出)Y 噪音噪音(非可控制變量) NID(0 , ) Y = Y + 什么是實驗設計6Copyri

4、ght 2011 QualiSys Consultancy Servicesn試驗設計是識別關鍵輸入因子的最有效方法。試驗設計是識別關鍵輸入因子的最有效方法。n試驗設計是幫助我們了解輸入因子和響應變量關系的最高效途徑。試驗設計是幫助我們了解輸入因子和響應變量關系的最高效途徑。n試驗設計是建立響應變量與輸入因子之間的數學關系模型的方法。試驗設計是建立響應變量與輸入因子之間的數學關系模型的方法。n試驗設計是確定優化輸出并減少成本的輸入設定值的途徑。試驗設計是確定優化輸出并減少成本的輸入設定值的途徑。n試驗設計是設定公差的科學方法。試驗設計是設定公差的科學方法。為什么使用試驗設計7Copyright

5、 2011 QualiSys Consultancy Services實驗設計的益處如下實驗設計的益處如下:n改善流程績效水平；改善流程績效水平；n降低成本；降低成本；n縮短產品開發時間和生產時間。縮短產品開發時間和生產時間。實驗設計的益處8Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services基本術語n響應變量：所關注的可測量的輸出結果，如良率、強度等。響應變量：所關注的可測量的輸出結果，如良率、強度等。n因子：可控的變量，通過有意的變動，可確定其對響應變量的影因子：可控的變量，通過有意的變動，可確定其對響應變量的影響，響， 如溫度、時間等。如溫度、時間等。

6、n 水平：因子的取值或設定，如：水平：因子的取值或設定，如：舉例：舉例： 時間因子的水平時間因子的水平12小時小時時間因子的水平時間因子的水平23小時小時n 處理：某次實驗的整套因子處理：某次實驗的整套因子舉例：舉例： 處理處理1：時間：時間2小時，溫度小時，溫度175處理處理2：時間：時間3小時，溫度小時，溫度2259Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services基本術語n重復：指在不重新組合實驗設定的情況下，連續進行實驗并收集數據。重復：指在不重新組合實驗設定的情況下，連續進行實驗并收集數據。n復制：意謂每個數據值在重新設定測試組合之后收集。復制：

7、意謂每個數據值在重新設定測試組合之后收集。n隨機化：適當安排實驗次序，使每個實施被選出的機會都相等。隨機化：適當安排實驗次序，使每個實施被選出的機會都相等。10Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services1.陳述問題陳述問題2.設立目標設立目標3.確定輸出變量確定輸出變量4.識別輸入因子識別輸入因子(可控因子可控因子/噪聲因子噪聲因子)5.選定每個因子的水平選定每個因子的水平6.選擇實驗設計類型選擇實驗設計類型7.計劃并為實施實驗做準備計劃并為實施實驗做準備8.實施實驗并記錄數據實施實驗并記錄數據9.分析數據并得出結論分析數據并得出結論10.必要時進

8、行確認實驗必要時進行確認實驗實驗設計步驟11Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn盡量使用連續數據作輸出變量盡量使用連續數據作輸出變量連續數據提供更多的信息連續數據提供更多的信息計數型數據需要大樣本量計數型數據需要大樣本量n盡量使用可精確，穩定測量的輸出變量盡量使用可精確，穩定測量的輸出變量步驟3：確定響應變量12Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn通常可通過以下工具識別輸入因子通常可通過以下工具識別輸入因子:魚骨圖魚骨圖因果矩陣因果矩陣潛在失效模式及效果分析潛在失效模式及效果分析 步驟4

9、：識別輸入因子13Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn可控可控 (控制控制) 因子因子 是我們在是我們在 工序的正常操作時能設定并且維持在期工序的正常操作時能設定并且維持在期望水平的因子。望水平的因子。n噪音因子噪音因子 是在正常的操作期間變化的因子，而且我們不能夠控制是在正常的操作期間變化的因子，而且我們不能夠控制它們；或者我們寧愿不控制它們，因為這么做會很昂貴。它們；或者我們寧愿不控制它們，因為這么做會很昂貴。可控因子與噪聲因子14Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn因子水平可以是定

10、量的，也可是定性的。因子水平可以是定量的，也可是定性的。n定量舉例定量舉例溫度：溫度：100 和和 120 壓力：壓力： 20 psi 和和 25 psi 旋轉度：旋轉度： 3000RPM vs. 3500RPM n定性舉例定性舉例機器機器A和機器和機器B曲線曲線A、B、C材料類型：新和舊材料類型：新和舊步驟5: 選擇輸入因子的水平15Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services因子水平的選擇是基于實驗目的。因子水平的選擇是基于實驗目的。n目標目標 1 : 從大量的變量中確定出重要的少數輸入因子（篩選）從大量的變量中確定出重要的少數輸入因子（篩選）將

11、當前能力的極限值設定為將當前能力的極限值設定為“大膽大膽”水準；水準；n目標目標 2: 了解因素關系及交互作用了解因素關系及交互作用一旦確定重要的輸入因子，通過減小水平間距來確定輸入因子一旦確定重要的輸入因子，通過減小水平間距來確定輸入因子間的交互作用間的交互作用n目標目標 3: 確定一組輸入變量的操作窗口（流程最優化）確定一組輸入變量的操作窗口（流程最優化）水平設定進一步接近水平設定進一步接近步驟5: 選擇輸入因子的水平16Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services實驗的常用類型實驗的常用類型目的目的可控因子個數可控因子個數全因子實驗全因子實驗n

12、 發現提供最好結果的因子發現提供最好結果的因子 和水平和水平n 建立數學模型建立數學模型(可評價所有交互作用可評價所有交互作用)4或更少或更少部分因子實驗部分因子實驗n 發現提供最好結果的因子和發現提供最好結果的因子和 水平水平n 建立數學模型建立數學模型(評價部分交互作用評價部分交互作用)5個或更多個或更多步驟6：選擇DOE類型17Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services實驗的常用類型實驗的常用類型目的目的可控因子個數可控因子個數篩選實驗篩選實驗n 通過測試大量的因子來發現關鍵通過測試大量的因子來發現關鍵的因子的因子 (不評價交互作用不評價交互

13、作用)7個或更多個或更多響應曲面法響應曲面法n 最優化最優化n 當存在非線性影響時建立數學模當存在非線性影響時建立數學模型（經常使用向應面方法）型（經常使用向應面方法）3或更多或更多步驟6：選擇DOE類型18Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services步驟7：實施實驗的計劃實施實驗的計劃應解決以下問題實施實驗的計劃應解決以下問題:n費用如何？費用如何？n我們已經與內部客戶討論過嗎？我們已經與內部客戶討論過嗎？n需要多長時間？需要多長時間？n有必要做試運行嗎？有必要做試運行嗎？n我們需要提案及許可嗎？我們需要提案及許可嗎？n誰來進行實驗？誰來進行實驗？

14、19Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services步驟8和9：實施實驗,獲取數據并分析數據n獲取數據獲取數據確認數據收集與數據值確認數據收集與數據值確認特別情況不會產生影響確認特別情況不會產生影響n用用Minitab分析數據分析數據n我們將在接下來的課程里講解我們將在接下來的課程里講解20Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services實施實驗的阻礙n問題不清問題不清n目標不明目標不明n集體討論不充分集體討論不充分n實驗結果不清實驗結果不清n實驗設計費用過高實驗設計費用過高n實驗設計實驗設計 耗時過長耗時過長n對

15、實驗設計策略缺乏理解對實驗設計策略缺乏理解n實驗初期缺乏信心實驗初期缺乏信心n缺乏管理支持缺乏管理支持n過于迫切的需要結果過于迫切的需要結果n缺乏足夠的指導缺乏足夠的指導 / 支持支持21Copyright 2011 QualiSys Consultancy Servicesn通常固定所有其他因子不變，而只變動一個因子進行實驗；然后變動第通常固定所有其他因子不變，而只變動一個因子進行實驗；然后變動第二個因子二個因子(固定其他因子固定其他因子)，以此類推。，以此類推。n這樣確定的這樣確定的“最優點最優點”常常有誤導性。常常有誤導性。單次單因子（OFAT）方法22Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services因子B因子A關注區域關注區域單因子實驗 vs 實驗設計23Copyright 2011 QualiSys Consultancy Services步驟1因子A因子B保持因子B不變，就因子A進行實驗預估的最