doe(DOE：田口实验设计（课程重点：静态稳健性设计 ）)

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课程内容：

1.DOE基础知识

2. 静态田口实验设计 – 案例1

3. 静态田口实验设计 – 案例2

4. 动态田口实验设计

1. DOE基础知识

定义：“质量是产品出厂后给社会带来的损失”。质量不是检验出来的，质量必须设计到产品中去；

质量的目标是：“最小化与目标值的偏差，且能免于噪音的影响”；

对于一个产品或者制程，我们可以用参数图来表示。如图2-3所示，其中y表示此过程输出的产品或制程的品质特性（响应值）。影响y的参数可分为可控因子、噪音因子和信号因子三类。

可控因子：

可控因子是工程师能够控制和调整的因素及过程参数，如反应温度、时间、压力、材料种类……等等/

噪音：

有许多参数非为设计工程师所能控制的因子，即随机误差，田口称其为噪音，田口博士将噪音归纳为外部噪音、内部噪音和零件间变异三类。

外部噪音

由于环境因素与使用条件的变化或变异，如温度、湿度、位置、粉尘、电压、电磁干扰、震动以及操作者人为错误等。

内部噪音

产品在库存和使用过程中，产品本身的零件、材料会随着时间的推移发生质量变化。例如：

? 绝缘材料的老化

? 零件在使用过程中的磨损、蠕变等……

零件间的变异

?由于构成产品的材料、零件存在变异，

?制程中由于操作、设备、工艺参数的变化

?以及环境因素的变化形成的变异，

—— 会造成零件间的变异。

对于噪音的识别分类，还可以有更多的分类，只要有益于改进，就应该做深入地分析！

噪音是量产过程“人、机、料、法、环”的非可控部分；它不是人为的破坏或不遵守，不是硬件资源故障，不是违背管理要求的非批准供方物料，不是原材料的彻底不合格等。它是过程要素在批准准备或批准（作为PPAP的前提条件或已经PPAP）条件下（即许可的量产条件下）的非受控波动。如：资格（拟）认可的两个班次的操作者；（拟）批准两家合格供应商供应的同一材料号或不同批号；（拟）批准的两种测量方法；（拟）批准的常规生产环境；（拟）批准的协变量（非受控的连续变量）-如：环境温度等等

分析噪音的目的：

通过技术设定、资源投资等可以把“噪音”转化为“可控因子”；

通过管理/训练，可以预防故障和错误，可以缩小噪音的干扰程度（即波动范围）。

产品性能指标除了受可控因子的影响外，还受到噪音的影响。但传统的试验设计对误差的分析比较笼统，全部归为随机误差（实验误差）。-- 全因子/部分因子设计中的区组、协变量是拆分噪音的方式。

但是在稳健设计中，为了达到产品或过程的稳定性，必须仔细的分析这些误差是如何形成的。首先要识别噪音的具体状况，进行仔细的分析并加以描述，进而设法在试验中反映这些变差，才能通过稳健设计的策略实现“抗干扰”的目的。

正交表和信噪比是田口方法的重要基础及工具。

? 正交表 —— 建立试验计划的基础。 到主页找到《DOE基础知识理解文章》。

正交表具有正交性，导致对试验结果有“均衡分散，整齐可比”的特点，有

利于计算回归方程。因此，虽然是局部试验（使用了全部试验的一部分），但

仍有可靠的代表性。

? 信噪比 —— 评价品质优劣的基础

正交表

田口方法中正交表的特点：

田口方法建立实验计划也是使用正交表,所不同的是,使用 内表+外表——乘积表。

将可控因子安排在——内表 (控制表）

将噪音因子安排在——外表 (噪音表)

同时考虑可控因子及噪音对响应的影响, 是田口方法的特点.

田口方法的优势：通过调整可控因子的水平,来降低或弱化噪音对Y的影响, 从而提高设计方案的抗干扰能力.

正确识别和确定噪音及其水平，是成功实现稳健设计的基础。

综合误差法：

选择少数几个点，如3-4个

最不利误差法：

选定2个端点—— 正偏，正负

当不能设置噪音时，在所有试验游程中尽量保证有更多的噪音存在，并尽量让试验覆盖更多的噪音变化范围。

田口博士创造性提出了信噪比的概念，以S/N比作为分析改善对象和评价方案的核心指标。

S/N比的特点：

综合反映关于响应位置和离散度两个特性的信息，从而达到获得最理想的品质效果。

— 这也正是稳健设计的核心机理。虽然缺少统计理论支持，但实践证明它是最优良的方法。

在通讯工程里，常以电讯的输出“信号”与“噪音”之比作为品质指标，以此值越大表示通讯品质越好。S/N比的原始定义是指信号噪音比，，可用以下公式表示：

S/N = 信号/噪音

该比值越大，表明品质越好。

单位 以分贝（db）表示。

信号因子：

是指产品使用人设定的参数，是动态特性中输出变量的因素。举例说，一台电扇的转速，是使用人期望风量的信号因子；在一个测量系统中，零件真值是信号因子，其测量值是响应变量。

静态设计：在一个系统中，如果没有信号因子或者信号因子表现为一常数值，以寻求“点”的最佳设计，便称为静态设计；本课程只介绍静态设计方法

动态设计：在一个系统中，如果加入了信号因子，以寻求“线”的最佳设计，便称为动态实验设计。

2. 静态田口设计--案例1

使用Mintab- 创建：

使用Mintab-- 实施实验/记录

使用Mintab- 分析

重要因子判定准则与分类

重要因子判定准则：（一半一半原则）

一组因子中一半视为重要，一半视为不重要。

S/N效应排列： E A H B D

均值效应排列：F H A B G

因子四种分类：

1、对SN比和均值都有影响;

2、对SN比没影响，但对均值有影响;位置因子/调节因子

3、对SN比有影响，但对均值没影响;分散度因子

4、对二者均无影响的因子。

瓷砖设计的可控因子分类与优化策略

使用Mintab- 预测

3. 静态田口设计--案例2

案例2：PCB板的镀铜线质量优化。（按DOE流程，识别定义改进项目工作事宜，略）

情景：改善前操作规范

使用Mintab）- 创建

使用Mintab）- 实施实验/记录

每次试验后对Y进行测量，建议使用多次测量均值；测量系统具有很好的分辨力，可接受重复性/再现性，可接受的偏倚/稳定性和线性（见MSA测量系统分析）。

做好记录，整理进Mintab 一空白列，则其为“Y 响应”列，如下：

使用Mintab）- 分析

因子影响次序：

G E C D H F B A

显著重要因子：

G E C D H

最佳因子水平组合：

A2 B2 C3 D2 E3 F1 G1 H3

使用Mintab）- 预测

实验的样本规模与度量-1

计量型数据最低限度样本量：　n≥３

计数型数据最低限度样本量：　n＝５０

利特克量化尺度

将属性数据转换为连续数据

进行评分，定义１０为最好，１为最差（反之亦可）

量化后的样本保持在５～１０个足够

管理领域的样本度量

譬如衡量顾客满意度，或者某服务流程的绩效，可以设计优劣等级和评分标准，如百分制

4. 动态田口设计

如果在一个田口设计中加入了信号因素，就变成了一个动态响应设计。信号因子至少须有2个水平。

动态设计的目的：研究一个动态系统的信号与响应之间的关系。

在正交表中加入信号因子后，其实验的次数（行数）会成倍增加，并与信号因子的水平数成比例。

[问题] 一位QE工程师正在尝试提高一个测量系统的稳健性。测量系统属于动态的，因为输入信号的改变会影响输出的结果。在这里，信号因素是被测物的真值，而输出响应则是测量所得的值，如果信号因素与输出响应之间是1：1的关系，这个测量系统就是完美的。

信号因子的水平至少要选择2个。

（共6次课程 – 包括：基础知识/PB/全因子设计/部分因子设计/田口方法/响应曲面）

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