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設(shè)計(jì)是優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，減少實(shí)驗(yàn)誤差和生產(chǎn)成本，減少實(shí)驗(yàn)工作量，科學(xué)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一種方法。

從20世紀(jì)20年代開始，費(fèi)希爾(R.A.Fisher)首次被用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。20世紀(jì)60年代，日本統(tǒng)計(jì)學(xué)家田口信行博士將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用于工業(yè)過程優(yōu)化，為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的更廣泛應(yīng)用做出了眾所周知的貢獻(xiàn)，使這一方法得到普及和發(fā)展。在20世紀(jì)80年代興起的6西格瑪管理體系中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成為DMAIC的重要組成部分，使實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)得到了更廣泛的應(yīng)用。

那為什么要用DOE呢？DOE的重要作用是什么？

作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師，您需要:

1)做敏感性分析；

2)建立產(chǎn)品尺寸和其他特性的公差；

3)確定零件的特性；

4)使用低檔材料或不降低陳皮成本；

5)減少變質(zhì)等。

作為過程工程師(PE)、設(shè)備工程師(ME)或質(zhì)量工程(QE)，您需要:

1)過程能力Cpk研究；

2)研究各種工藝參數(shù)之間的相互作用和關(guān)系及其對產(chǎn)品特性的影響；

3)不考慮設(shè)備能力和操作方法對產(chǎn)品特性的影響；

4)對測量工具等進(jìn)行GR&R分析研究。

但以上工作都需要做各種實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)分析，需要DOE方法。日本工廠常說:“不了解DOE，就是半個不合格的工程師！”

那么DOE的基本目的是什么呢？

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或工藝設(shè)計(jì)中，我們通常關(guān)注客戶的特殊特征Y(如下圖所示)是如何受到各種輸入因素(X)的影響的。我們需要研究輸入因素(X)的變化，當(dāng)它們的變化引起客戶特殊特征Y的變化時，我們才能最終確定哪些輸入因素(X)是關(guān)鍵，應(yīng)該設(shè)置什么樣的最優(yōu)值。那么需要大量的實(shí)驗(yàn)。

假設(shè)有一個輸出Y在七個輸入因子X s(即變量)的影響下發(fā)生變化，每個X的變量有兩個變化水平，即兩個值。

從上表可以看出，傳統(tǒng)方法需要27次測試。按照DOE的方法，只需要8次就能達(dá)到同樣的效果。成本和時間效率的差異是不言而喻的。設(shè)計(jì)的本質(zhì)是從128個完整的測試組合中選擇最具代表性的組合進(jìn)行測試的方案。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)專家的大量研究和分析，制作了測試表，保證了很高的可信度。例如:

1)全因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

2)分布測試設(shè)計(jì)表

3)篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

4)中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

5) Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

6)田口試驗(yàn)設(shè)計(jì)表等。

那么DOE的主要方法有哪些呢？

常見的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法可以分為兩類，一類是正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，另一類是析因法。

1)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是研究和處理多因素試驗(yàn)的科學(xué)方法。它采用標(biāo)準(zhǔn)化的表格——正交表，選擇試驗(yàn)條件，安排試驗(yàn)計(jì)劃，進(jìn)行試驗(yàn)，通過較少的試驗(yàn)，找出較好的生產(chǎn)條件，即最佳或較好的試驗(yàn)方案。主要用于考察復(fù)雜系統(tǒng)(產(chǎn)品、過程)的某些特性或多重因素對系統(tǒng)(產(chǎn)品、過程)某些特性的影響，識別系統(tǒng)中影響較大的因素及其影響的大小，以及各因素之間可能存在的相互關(guān)系，從而促進(jìn)產(chǎn)品和過程的設(shè)計(jì)和開發(fā)優(yōu)化，控制或改進(jìn)現(xiàn)有產(chǎn)品(或系統(tǒng))。

2)析因法

析因法又稱析因?qū)嶒?yàn)設(shè)計(jì)、析因?qū)嶒?yàn)等。研究兩個或兩個以上變化因素的影響是一種有效的方法。許多實(shí)驗(yàn)需要檢查兩個或更多變量的影響。比如幾個因素:對產(chǎn)品質(zhì)量的影響；對某臺機(jī)器的影響；對材料性能的影響；燃燒消耗對某一過程的影響等等。所研究的因素是根據(jù)所有因素的所有水平(levels)的所有組合依次進(jìn)行測試的，這被稱為析因試驗(yàn)，或完全析因試驗(yàn)，簡稱為析因法。它用于新產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品或工藝改進(jìn)以及安裝服務(wù)。通過較少的試驗(yàn)，可以找到優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗的因素組合，達(dá)到改善的目的。

DOE測試設(shè)計(jì)要想讓DOE成功，需要保證哪些前提條件？

確保實(shí)驗(yàn)研究過程穩(wěn)定、真實(shí)。如果條件有限，如果做不到這一點(diǎn)，我們可以通過隨機(jī)化、分組、模仿等方法盡量避免。

測量系統(tǒng)必須具有可靠的重復(fù)性和再現(xiàn)性。否則，測量數(shù)據(jù)不可靠。自然測試的結(jié)果不可信。