实验设计与田口品质工程技术专题讲座

事业知己衷心为您實驗設計與田口品質工程技術專題講座目錄定義:DOE:即實驗計划法(DesignofExperimental).是一种藉用實驗的手段來決定最佳生產參數的方法.以實驗的手段來決定最佳生產參數的方法;“偷工加料”以減少實驗次數,增加因子;開發KnowHow、面對因子多、因子間交互作用、時間少的獨家秘方;KnowHowis:藉用統計方法找到最適條件,而這個條件經得起反覆驗證;可以透過學理加以驗證客戶對ISO9001系統的要求;實驗設計與田口品質工程之演變過程2004V.PARETOANOVA方差分析R.A.fisherDOE189719461924TRIZ目標管理P.F.Draker田口方法品質工程(品質工學)中國大陸QC開發推動管制圖W.A.Shewhart192019541950J.M.juranCQT1960SPC1970197819802000TRIZ1998DFSS1995DMAIC1987ISO9000GESIXSIGMA1986MotorolaSIXSIGMA六大步驟MAICTQM田口品質工程定義:「田口」為日本「田口玄一」博士的姓氏。「田口方法」是指田口玄一博士所研究出來的一個實驗模式，以最少的實驗次數，來解決、協助產業界突破研發技術及生產品質的瓶頸。此開發、設計、生產、製造…等單位應用此方法來解決其「技術開發、製程改善、提升生產力、降低製造成本」的實驗方法稱為「田口方法」或「直交表實驗」。田口玄一博士是著名的質量專家，他以預防為主、正本清源的哲學方法運思，把數理統計、經濟學應用到品質管制工程中，發展出獨特的質量控制技術－－田口方法(TaguchiMethods)，從而形成自己的質量哲學----田口質量哲學田口品質工程質量哲學(一)質量不是靠檢驗得來的，也不是靠控制生產過程得來的；質量，就是把顧客的質量要求分解轉化成設計參數、形成預期目標值，最終生產出來低成本且性能穩定可靠的物美價廉的產品。簡單的說，也就是在產品最初的開發設計階段，通過圍繞所設置的目標值選擇設計參數，並經過實驗最低限度減少變異從而把質量構建到產品中，使所生產的全部產品具有相同的、穩定的質量，極大地減少損失和降低成本。田口品質工程質量哲學(二)田口玄一的質量觀涉及整個生產職能，共有以下5個要點：1.在競爭性市場環境下，不斷提高產品質量、削減成本是企業的生存之道;2.衡量成品質量的一個重要標準是產品對社會造成的一切損失;3.改變產前實驗的程式從一次改變一個因素到同時變化多個因素，提高產品和流程的質量;4.改變質量定義。由“達到產品規格”改為“達到目標要求和儘量減少產品變異”;通過檢查各種因素，或參數因素,對產品性能特色的非線性影響，可以減少產品性能（或服務質量）的變化;5.任何對目標要求的偏離都會導致質量的下降;田口品質工程質量哲學(三)(1)系統設計：系統設計主要在於定義顧客需要的是什麼？以及技術上，工程上使系統能運作之主要考量。(2)參數設計：參數設計之目的在於選擇最佳條件之參數，使產品之品質特性，受外來雜訊之干擾最小，亦即降低產品對雜訊之敏感度。(3)允差設計：影響品質特性之因素很多，對於原著因子而言，它的變動對品質特性變化之敏感度必定大於非顯著因子，因此顯著因子之變動范圍容許在什麼樣之范圍下變動，這是我們必需根據實際制程能力這狀況去決定，若變動狀況超出我們的期望，則必需想辦法改善；若變動范圍合於我們的要求，則我們必需進行追蹤管制。田口品質工程之主要內容OFFLINE技術開發產品設計製程設計•上述之任一項目皆包括系統選擇參數設計﹝決定參數之中心值﹞允差設計﹝決定參數之公差﹞ONLINE生產製造田口方法使用範疇分類(特性值Output)以數值形式作分類：計數值：量測數值不為連續量，一般用“個”代表。單純計數值：將一個特性區分為良品或不良品，常用在外觀等，例如：不良個數、故障台數....多重計數值：將一個特性區分為優、良、中、可、劣，例如：外觀可分為好、有一些瑕疵、有很多瑕疵。計量值：量測數值為連續量。訂定規格時常用它。單一目標之特性。Ex:某一規定的尺寸或電壓或顏色....多重目標之特性，依據不同的需求，只要改變某一要因即可達成不同產品。Ex:經由三原色加入量的不同即可做出不同的顏色，此時對顏色而言是有無限多的目標。至於單一特性或者多個特性只在於最後找出最佳組合時會有影響，因此留在最適條件選取時再談。田口方法的基本概念M信号因子产品/制程y品质特性（回应值）Z控制因子X杂音因子对于一个产品或者制程,我们可以其参数图来表示,如图所示，其中y表示此过程输出的产品或制程的品质特性（回应值）。影响y的参数可分为信号因子（M）、控制因子（Z）和杂音因子（X）三类。下面将对这三类参数详细探讨。参数的分类田口方法的基本概念要因Factor分類要因：會影響特性值的因子(配方)。控制因子：可由設計者或主事者變更之要因，用以得到最安定(最佳)之產品輸出值(特性值)。例如:製程條件、構成元件等。誤差因子：不可由設計者或主事者變更之要因，或者變更時所需成本相當高。例如；環境溫度對於產品的影響等。它適用來評估設計者找出的配方能否接受考驗的重要要因。信號要因：和特性值有一已知之函數關係，此要因只存在於多重目標特性中，藉由改變此一要因達成不同目的特性的需求。如前例中的三原色的添加量即為信號要因。田口方法的基本概念田口方法的基本概念靜態特性分析：望小特性：量測結果越小越好。例如:不良率、表面粗度、噪音….望大特性：量測結果越大越好。例如:強度、壽命….望目特性：量測結果有一特定目標，越接近目標越好。例如:輸出電流、輸出電壓、硬度、濃度零點望目特性：量測結果有其正負之值，其以越接近零越好。例如:彎曲、位置的偏移….田口方法的基本概念•動態特性：對於一個系統而言，希望通過調整設計參數來改善系統的效率(β)及此效率(β)的穩定性。效率(β)可定義為此系統所產生的輸出(y)與輸入的信號因子(M)之比，理想上，我們希望此效率越大越好，而且維持定值，換句話說，也就是y與M成正比，而且其中效率(β)越大越好。因此此品質特性的理想值不是一個固定值，是動態的，故此稱為動態特性。動態特性的種類：零點比例式：y=βM；基准點比例式：y-ys=β(M-Ms)；一次式：y=α+βM動態特性分析：零點比例式：量測值在信號因子為零時，其量測值亦為零。即此線性關係會通過原點之特性。S/NM田口方法的基本概念動態特性分析：基準點比例式：量測值在信號因子為某一特性值(Ms)時，其量測值輸出亦為某一特性值(Ys)為理想。即此Ms為校正之基準。S/NM田口方法的基本概念動態特性分析：一次式：其量測值非零點比例式、基準點比例式時，使用此一特性。S/NM田口方法的基本概念信号杂音比（signaltonoiseratio）S/N=10·log10()杂音信号S/N比的理解可概括为：※其为分析实验结果之共通语言。※其为子数与对数之关系。•101=10Log10=1Logxy=Logx+Logy•102=100Log100=2Logx/y=Logx-Logy•103=1000Log1000=3Logxn=n.Logx…※其单位为分贝(db)。※其值越大越好。※安定性（稳健性）的评价标准田口方法的基本概念最佳組合:為其依據實驗結果所計算出之S/N比,所排列出最佳化製程參數為最佳組合;最適組合:其依據最佳組合之排列,考慮其成本因素,而排列出最理想化之製程參數為最適組合;田口方法的基本概念直交表La(bc)水準行數（因子個數）列數（實驗次數）表示直交表（L:LatinSquare的第一個字母）直交表表示方式典型的一个直交表是用La(bc)来表示，它代表共有a组实验、最多可以容纳b个水准的因子c个，也就是代表一个a行c列的直交表。直交表解釋:田口博士依據統計學原理、方法所開發出來的一種實驗方法,能以最少實驗次數,找尋有效的情報.可以大量減低實驗成本與提高效率.下列之直交表為基本型.2系:L4、L8、L16、L32、L64…3系:L9、L27、L81…混合系:L18、L36…直交表直交表的基本型的表示方法：–2水准系列：例：L4(23)表示做4次实验、3因子(因子指控制因素，其因子数=n-1，n为实验次数)、2表示水准数;–3水准系列：例：L9(34)表示9次实验、4因子(因子指控制因素，其因子数=(n-1)/2，n为实验次数)、3表示水准数;–混合型：例：L18(21×37)表示18次实验、2水准1因子、3水准7因子;直交表的基本型的表示方法直交表講話-趙民德博士原著在工業實驗設計上，以大量使用直交表，尤其是「田口玄一博士」的直交表，這在近幾年已是事實，但是甚麼是直交表？為什麼要直交？直交之後有什麼好處？如果不能直交，有沒有什麼補救的方法？以上的問題，在較深的實驗設計教本中，事實上都是有答案的，其中有些是觀念上的，有些是技術上的。但是對大部份在第一線使用直交表的從業人員中，因為「田口方法」，幾乎是不需要弄懂他的道理，就可以一招一式的比照應用，也許對我們所提出的問題，沒有深思過。所謂直交是指「垂直相交」，意思是說兩個方向成90º，代表方向的東西，在數學上叫做向量。意思說，有方向(及大小)的量，例如(-1,+1)是一個向量，用座標畫出來，相當於自原點到(-1,+1)(這一點的一端是箭頭)。同樣的(+1,+1)也可如此表示，如此一來這兩個方向互成90º，因此直交。a=1(-1,+1)(+1,+1)m1m1=斜率=a/b=1/1=1m2a=1m2=斜率=a/b=1/-1=-1m1m2=1*(-1)=-1b=1b=-1900m1=斜率=a/b=1/1=1a=1(-1,+1)(+1,+1)m1m2a=1m2=斜率=a/b=1/-1=-1m1m2=1*(-1)=-1b=1b=-1900如果我們考慮過(0,0)，(+1,+1)的直線，可以求出它的斜率m1=1；在另一面，過(0,0)及(-1,+1)的直線，斜率m2=-1時，解析幾何中學過，m1m2=-1時，二直線成直角，對於經過原點的這兩條直線來說，m1m2=-1，事實上就相當於說：(-1)1+11=0亦即，對(1,1)及(-1,1)兩個向量來說，只要先將對應項相乘再相加。如果其和為0，則兩個向量互成直角。舉例：將我們常見的L8(27)的直交表，計算其任意兩因子間是否互相垂直？ABCDEFG1A1B1C1D1E1F1G12A1B1C1D2E2F2G23A1B2C2D1E1F2G24A1B2C2D2E2F1G15A2B1C2D1E2F1G26A2B1C2D2E1F2G17A2B2C1D1E2F2G18A2B2C1D2E1F1G2試算C因子與F因子是否直交。(我們將1水準以-1表示；2水準以1表示。)CF-1-1-1+1+1+1+1-1+1-1+1+1-1+1-1-1CF+1-1+1-1-1+1-1+1將其相乘後之結果再相加其結果為0。(-1)(-1)+(-1)1+11+1(-1)+1+(-1)+11+(-1)1+(-1)(-1)=1-1+1-1-1+1-1+1=4-4=0計算其(A,B)、(A,C)、(A,D)、…(F,G)也可以以此類推計算是否互成直角。ABC11112211312142215112621271228222X1X2X31-1-1-12+1-1-13-1+1-14+1+1-15-1-1+16+1-1+17-1+1+18+1+1+1因子以X表示1水準以-1表示2水準以+1表示以三個因子各2水準的來排列實驗計劃，其可能組合排列如下：(+1,-1,-1)(+1,+1,-1)X2X1X3(+1,-1,+1)(+1,+1,+1)(-1,+1,-1)(-1,+1,+1)(-1,-1,+1)(-1,-1,-1)12345678X1X2X31-1-1-12+1-1-13-1+1-14+1+1-15-1-1+16+1-1+17-1+1+18+1+1+1傳統：不對稱X1