DOE实验设计管理规范Word下载.docx
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版本
生效日期
2006.03.01
三合一整版後第一次發行
12頁
C/00
2006.03.30
2008.10.10
修改文件封面
13頁
D/00
2008.10.15
2009.07.15
統一升版並修改相應內容
E/00
2009.08.10
制/修
定者
審核
製造處
1.目的
明确實驗進行方式及其實驗觀測值解析法以提高情報獲得效率、使實驗成本最低。
2.適用範圍
制程中所有需作DOE实验的项目的試驗均适用之。
3.名詞定義
3.1DOE:
Designofexperiment实验设计,亦称“田口方法”;
3.2指標:
明確試驗目的,確定考核指標;
3.3因素:
影響試驗指標有關因子與條件,統稱為因素;
3.4水平:
每個因素所取的或所處的狀態,簡稱為因素的水平(位級,試驗點)。
4.職責
4.1工程部:
对实验进行可行性评估并主导DOE試驗作業;
4.2製造部:
配合实验要求,提供必要实验所需之资源;
4.3品保處:
对现行制程能力或参数进行量测、分析找出需解决之问题,界定进行何种实验并对实验过程进行监控,对实验结果进行确认。
5.作業內容
5.1實驗設計的基本策略:
5.1.1確定問題:
為解決何種問題,需要進行何種實驗,應做到心中有數,有的放矢。
5.1.2建立實驗目標:
實驗要達到何種目的,要達到怎樣的指標,應從實際出發,根據當時當地的實情,確定實驗目標。
5.1.3選擇因變量Y:
實驗中因子隨自變量X的變化而變化的變量叫因變量。
因變量和自變量的關係為Y=f(X1,X2……Xn)。
5.1.4選擇自變量:
實驗中因子不能隨因變量變化而變化的變量叫自變量,也叫受控變量。
5.1.5選擇因子水平:
不同的因子水平必然會引起不同的實驗結果,根據實驗要求,確定因子水平,也是實驗成功與否的關鍵一環。
5.1.6收集數據:
實驗要用數據說話,一切的實驗數據從實驗中來。
5.1.7分析數據:
需認真分析數據,進行科學運算,以找出實驗本質性的可以代表實驗結果的東西。
5.1.8作出結論:
有實驗數據,給問題下一個令人信服而又真實的結論,找出問題的症結所在。
5.1.9達到目標:
通過實驗解決品質中存在的問題,使過程能力得到上升,对制程参数进行标准化。
5.2确定实验类别:
不同程度成分辨率DOE設計,對應不同產品設計要求。
根據具體要求選擇DOE實驗方法
DOE實驗設計分級表
ITEM
程度或分辨率級
應用特點
ScreeningDesigns
篩選DOE設計
III級
1.因子數較多
2.兩個水平
IV級或V級
1.因子數較多
2.兩個或兩個以上水平
OptimizationDesigns
優化設計DOE
V級或更高級
1.兩個或三個因子
2.用精確的數字方法進行處理
5.3选择实验方法:
根据实验因素及指标,选择具体的实验方法,下表供参考:
实验方案类别
试验点选择方法
方案名称
适用范围
方法名称
一.
单因素优选法
一个实验因素
1.均分法
试验点介于一个范围内(A,B)
2.对分法
试验点是朝一个方程方向选取的
3.黄金分割法
试验点对称分布,试验结果目标函数f(X)是单峰函数
4.分数法
试验点不能在一个区间連续取值,试验范围按整数变动
二.正交试验法
两个或两个以上的因素优选
正交表
1.每個列號中各個數字出現的次數一樣多;
2.每兩個列號橫向組成的數字對,搭配齊全,而且每對出現的次數一樣多
三.多指标分析法
试验:
多因素、多指标
1.综合平衡法
各指标对应不同的水平组合
2.综合评分法
用评分的办法,将多个指标综合成一个单一的得分指标
3.方差分析法
重试验情形,偏重试验误差的大小对试验结果影响的程度
5.4单因素优选法之运用:
以下对单因素优选法进行举例应用
5.4.1均分法:
原理:
假設因素的試驗範圍為(A.B),按等間隔H設試驗點,則試驗點數:
N=1+(B-A)/H,對這N個試驗點進行試驗后,經比較可選取最優試驗結果.
应用:
[例1]某毛紡廠為解決色染不勻問題,優選起染溫度,原工藝中的起染溫度為40℃,升溫后的最高溫度達100℃.(選取80℃)A=420(轉/分),B=720(轉/分),若取H=30(轉/分)則N=1+(720-420)/30=11,這11個試驗點為:
420,450,480,510,540,570,600,630,660,690,720.
對該零件按上述轉速進行削加工,分別將所得光潔度進行比較,發現砂輪轉速為600轉速600(轉/分)時,該零件光潔度最佳.
5.4.2對分法:
有一類試驗其試驗點是朝一個方程方向選取的,則在試驗範圍內可用對分選取試驗點,即在試驗範圍內選取中點為試驗點.
[例1]A=40℃,B=100℃,第1試驗點X1=(40+100)/2=70,用70℃為起染溫度,試驗后發現外紅里淺現象大有好轉,起染溫度還可以增高,于是第2試驗點X2=(70+100)/2=85℃,用85℃為起染溫度,試驗后發現紅里透黑,染色太深,起溫應降低,那么第3試驗點X3=(85+100)/2=92.5℃,試驗后發現色染深淺適度,里外勻稱,比較滿意,為今后操作方便,最后選定80℃為起染溫度.
5.4.3“0.618”法(黄金分割法):
0.618的作法是:
第一個試驗點X1安排在試驗范圍(a,b)的0.618處,第二個試驗點X2安排在試驗范圍(a,b)的0.382處,即0.618處的對稱點,這時X1與X2在試驗范圍(a,b)內互為對稱點,這兩點的位置可用對稱公式表示如下:
X1=a+0.618(b-a)X2=a+b-X1
公式中a為試驗的小頭,b為試驗范圍的大頭,上面對稱公式也可以寫成:
第一點=小+0.618(大-小)第二點=小+大-第一點(前一點)
注:
前一點是經過試驗後留下的好點。
使用這種方法,一是要記住一個常數0.618,二是要記住兩個公式即前面的兩個公式,用對稱原理找新試驗點直到滿意為止。
[例2]因短路、空焊不良率達55%,波峰爐錫波溫度優選范圍在250℃~270℃,優化過程如下:
第一點X1=a+0.618(b-a)=250+(270-250)X0.618=262℃
第二點X2=a+b-X1=250+270-262=258℃
兩點相比,第一點合格率低故去掉262℃~270℃這一段,在258℃~262℃間優選,進行比較後若無差異則設定在258℃~262℃……
備注:
0.618法要求試驗結果目標函數f(x)是單峰函數,如下圖所示:
即在試驗范圍內(a,b)內只有一個最優點d,其效果f(d)最好,比d大或小的點都差,且距最優點d越遠的試驗效果越差。
這個要求在大多數實際問題中都能滿足。
但也有不能滿足的情況,此時不能用0.618法。
5.4.4分数法:
有些試驗項目的因素不能在一個區間連續取值,即因素的試驗範圍是按整數變動。
費波那(Fibonacci)利用整數序列1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144…….建立分數序列
{Cn}:
1/2,2/3,3/5,5/8,8/13,13/21,21/34,34/55,55/89……該序列的極限為0.618,如用F1,F2……Fn代表這個數例,則費波那奇數滿足下列遞推關係:
Fn=Fn-1+Fn-2(n≧2)分數法是選擇某個分數Cn,起到0.618的作用,確定第1個試驗點,然后按對稱原理繼續選點,選擇分數Cn的原則是:
分母為不小于K的最小整數.
[例3]機床轉速(轉/分),按12檔選取各檔之間不能連續取值.若需用0.618法的原理進行優選,則用相關聯的分數法選取試驗點.
23轉/分
32轉/分
48轉/分
67轉/分
95轉/分
135轉/分
190轉/分
240轉/分
350轉/分
485轉/分
690轉/分
1000轉/分
該例的試驗範圍有K=12個檔級,于是選擇C5=8/13,這個分數有兩個方面的作用:
一是第8檔為第1個試驗點,二是該項試驗的次數(試驗點數)為5,第1點X1=8,第2點X2=(1+12)-8=5,利用這兩檔轉速加工零件,若用第8檔優于第5檔,則第3試驗點為:
X3=(5+12)-8=9用第9檔轉速加工零件,同第8檔作比較,若還是第8檔為優,則第4試驗點為:
X4=(5+9)-8=6用第6檔轉速加工零件,同第8檔作比較,此時不論第6,第8哪個優,最多再做一點X5=7,用第7檔加工零件,試驗結束,最佳轉速也已確定.從上例可得出分數法的一般步驟:
第1步:
根據試驗范圍確定試驗次數。
如果試驗范圍有K個等級,則從序列(Cn中找出不小於K的最小分母相應的Cn,則試驗次數等於n。
第2步:
第一個試驗點取在Cn的分子上。
第3步:
以下的點按照0.618法找對稱點繼續作試驗。
5.5正交試驗法:
5.5.1何谓正交試驗設計:
用正交表編制多因素試驗方案的方法,稱為正交試驗設計,正交表的列號中的數字可作為因素的試驗點(位級,水平)序號,因此每個因素前選定若干個試驗點(位級,水平)參與試驗.
5.5.2什么是正交表:
兩條直角邊夾角為90度,即兩條線相互垂直,又稱正交,利用正交性編制的供多因素試驗設計使用的一張數字表,稱為正交表,它有兩個特點:
1).每個列號中各個數字出現的次數一樣多;
2).每兩個列號橫向組成的數字對,搭配齊全,而且每對出現的次數一樣多.
5.5.3应用:
[例4]某工廠生產一種檢查某種疾病用的碘化鈉晶體,要求應力(用Y表示)愈小俞好,希望不超過2度.退火工藝是影響產品質量(應力)的重要環節,在這一環節中有升溫速度(A),恆溫溫度(B),恆溫時間(C)等重要因素.各因素的試驗範圍,由專業知識及實踐經驗知:
A:
30℃/小時~100℃/小時
B:
450℃~600℃
C:
2~6(小時)
编写正交试验表
每個因素在其試驗範圍內選定三個水平,即三因素三水平的試驗項目
正交試驗方案表
对试验结果作直观分析:
利用極差R值分清因素的主次,尋找更優的試驗方案
由于該指標Y愈小愈好,于是優水平組合為A2B2C1,上表中的第5試驗號:
Y5=0.5為第1名,由此可知,因素A為主要因素.
5.6多指標分析方法:
5.6.1何谓多指标分析法:
在生產實踐、質量改造等課研究中,常常需要兩個或多個指標來衡量其試驗效果,稱之為多指標試驗項目,在多指標試驗項目中,選取優水平組合時,各個指標之間可能存在一些矛盾,這個指標好了,那個指標可能不符合要求,如何兼顧各個指標,尋找出符合每個指標要求的試驗方案(生產條件、水平組合),這就是多因素多指標分析中要解決的問題,常用的方法有兩種,即綜合平衡法和綜合評分法.
5.6.2多指标分析--綜合平衡法:
分別對各項指標進行獨立分析,同單指標的分析方法完全一樣,找出適合各個指標的优水平组合。
將各項指標對應的優水平組合進行綜合平衡,找出兼顧各項目指標都盡可能好的試驗方案.綜合平衡的一般原則是:
當各項指標的重要性不一樣時,應選取保證重要指標的水平,當各項指標的重要性相當時,選取水平則應優先考慮主要因素,或從多數指標的要求考慮.
[例5]某橡膠廠為提高某一種橡膠配方的質量,選定考察三項指標,伸長率(%),變形(%),屈曲(萬次),試優選配方方案,滿足三項指標要求.
明確試驗目的,確定試驗指標
試驗指標是伸長率(%)越大越好,變形(%)越小越好,屈曲次數(萬次)越多越好.
制定因素水平表
由專業知識及實踐經驗,考察四個因素.
因素水平表
运用正交表L16(45)試驗方案及試驗結果
第4步:
对每个试验结果作直观分析
第5步:
兼顧各指標的綜合平衡分析
[1]因素A對伸長率,屈曲起主要作用,對變形的作用排在第三位,確定取A1(2.9).
[2]因素B在伸長率,屈曲中處于第二位,對變形處在第三位,確定取B1
(1)
[3]因素C對變形起主要作用,對伸長率,屈曲起次要作用,確定取C1(25%)
[4]因素D對三個指標而言都是次要因素,取哪個水平都相當,確定取D1(34.7%)
5.6.3多指标分析--綜合评分法
是用評分的辦法,將多個指標綜合成一個單一的得分指標,以此來判定試驗結果,對試驗結果的分析,歸納為對每個試驗方案得分的多少進行分析.綜合評分的關鍵在于評分,評分既能反映各項指標的要求,也能反映出各個指標的重要程度,常用的方法有兩種,公式評分和排隊評分。
[例6]調試三角底膠的配方,降低三角帶的生產成本,保證產品質量。
第1步:
國家規定的試驗及其質量標準如下:
硬度(邵爾度)y1在72+5之間,扯斷強度(kg/cm2)y2≧120;
扯斷伸長率(%)y3≧300.
第2步:
由專業知識及實踐經驗選取四個考察:
运用L9(34)正交表安排实验并得出结果
先制订試驗結果各項指標之評分标准
第4步:
对实验结果作直观分析
第5步:
對各个指標用線性組合綜合評分
綜合評分中重要的因素的指標,權系數大。
通過對計算選優的水平組合A1B3C2D2進行試驗,同A1B2C2D2進行對比,說明A1B2C2D2為優,因此通過試驗及分析確認最優水平組合為:
A1B2C2D2
5.6.4多指标分析—方差分析法
---------------------------------------------------------
略:
因其计算较复杂,不便举例
6.參考文件
6.1《預防與改善措施程序》 QEH-2-Q-004
7.引用表單
7.1《FAILUREMODEANDEFFECTANALYSIS》 QEH-4-Q-054
》