DOE实验及操作手册

DOE教材DesignofExperiment2课堂行为准则需要双向的沟通（讲师和学员）如果您有与课题相关的经历或资料，请与大家分享有问题作好记录联想式听讲－－我如何在工作中运用这种工具或方法休息后准时回来关闭手机或者使用振动方式如果您认为课程过重请及时告诉讲师结业标准说明目录DOE介绍全因子设计与分析部分实施因子设计与分析响应曲面设计与分析田口方法试验设计1.DOE概要识别输入变量的性质决定X性质DOE适用对策方案选定连续性或者离散性以不同价值或形态而可以设定例:温度(Temperature)职员的经历程度供给者(Supplier)位置(Location)有可以试验的多样而独立的对策方案例:Process流程Process标准化改善意思沟通Improve战略的适用类型开发数学MODEL决定X的最佳状态或组合改善战略...假如...Xs主要是连续性，想知道X之间的关系和Xs与Y之间的关系时。Xs主要是不连续性，但在各种水准下被决定，有必要预测Process是怎么反映时。必要适用DOE时2.实验计划法(DesignofExperiment)介绍实验的定义(Experiment)能让观察输出变化原因,而对工程或系统输入变量进行计划变化的一系列实验.什么叫实验?输入可控制的因子(输入变量)1x2xpx1z2zqz输出y不可控制的因子(杂音变量)(输出变量)Process工程或系统在一定的预算条件(费用,时间,…)下,为了得出最大情报,计划实验方法和分析方法.给输出变量(Y)有意影响的输入变量(X)是哪些?有多大影响?无意的输入变量影响程度是多少?测定误差是多少?产生有意影响的输入变量在何种条件下,可以得到最理想的输出呢?DOE的定义DOE(DesignofExperiments)DOE的目的确认被选定的VitalFewXs之间的交互作用利用X的Y预测MODEL树立决定使Y最佳化的X条件Y=f(X1,X2,X3,…Xn)输出变量Y输入变量X用语输入因子(因子)–Xs称为因子(Factor)潜在解决案或研究中的变量因子按水准别分类。例)在半导体Process中输入变量为:压力，温度输出变量YX3X2X1X5...X4输出变量–Y称为反应(Response)输入变量(因子)对Y的影响效果例）半导体Process效率用语Run温度压力1100℃1气压2100℃3气压3200℃1气压4200℃3气压5100℃1气压6100℃3气压7200℃1气压8200℃3气压因子(Factor)处理:水准的组合水准(Level):因子的条件(1,3)反复(Replicate):在同一的处理上进行2回以上实验试验计划的进行顺序进行步骤进行内容1.设定试验目的明确设定通过试验而要取得的目的.目的不明确的话,不容易找到最佳的试验及分析方法.2.选择特定值选择与试验目的达成直接连接的试验的反应值为特性值.并将所选择的特性值最佳的时候，显出的SideEffect也选为特性值.3.决定因子及水准在与特性值有关的因子中,选择影响大的因子.选择试验者关心而因子可变的水准值.4.试验布置及Random化决定怎样组合因子的水准而实施试验.决定为断绝外部因子的影响而怎样进行Random化.5.试验实施制定对试验方法的实施标准后,按Random化的步骤而实施.从头到尾彻底管理试验是否按计划进行.6.数据分析决定将试验数据，用何种统计的方法，怎样分析.首先Graph化,掌握其变动情况后,选择适当的统计性方法.7.分析结果解释及措施考虑试验的目的及假定,找出具有技术性的结论.以结果解释为基本,进行下一步试验或者再现性试验,采取标准作业的改善措施.进行试验计划法时留意事项选择时，以特性值，这是由于因子水准的范围可带来充分的差异，范围选择为其水准。所选定的因子的范围窄，几乎没影响的时候，可能误判为那不是致命因子。最好包括现在使用的因子的水准，必须包括预想为最佳水准的水准。水准数，一般2~5个最适当，最多不要超过6个水准。选择为最佳水准的条件，有时可能发生与实际使用条件不合适的情况，选择水准时，应不要选择超出实际水准的情况。与特性值有关的因子，全部选择为原则。但选择过多的因子数时，可能试验的程度(Precision)会降低，并且投入费用会增大。因此在可达成试验目的的情况下，要选择最少的因子数。(事先验证过程以及技术性考察)将相关关系错认为是因果关系，选择因子的时候,要充分考虑不包括致命因子时的情形等。因子水准的选择试验因子的选择分析数据之前，要研讨数据是否在正常管理状态下取得的、测定的变动是多少、误差是否等分散。没得到数据或者判断为异常值而不用时，要在缺测值分析之前采取适当的措施（追加试验、对缺测值的推定等）.试验结果的解释应在试验赋予的条件下找出结论。对所得出的因子的结论是在其因子范围内得到的，超过其范围的话，不能得到任何结论.结果分析以及解释制定对试验方法的工作标准，充分熟知其标准后实施试验，应充分管理。实施试验之前，准备数据Sheet，可能的话，应记录有关的一切内容。(DataResume)测定后，Sample进行分析后，有可能重新调查其Sample，要保管。试验的实施3.全因子设计与分析全因子试验概述全因子试验设计指所有因子的所有水准的所有组合都至少要进行一次试验；当因子水准超过2时，由于试验次数随因子个数的增长而呈指数速度增长，因而通常只做二水准的全因子试验。如果确实需要做三水准或更多水准全因子试验时，软件也有此分析方法。但通常认为加上中心点后的二水准试验设计已经足够了，在相当程度上它可以代替三水准的试验，而且分析简明易行。通常将k个因子的二水准全因子试验记为：2k试验，因此它是全因子试验的一个特例。2水准完全配置的理解是因子数为k、各因子的水准数为2的试验计划法，对k个的独立变数(X)，实施各个2水准的试验而要掌握各独立变量的影响度时使用的。2k完全配置法(2kFullFactorialDesign)◎2水准完全配置的表示2k=?表示试验次数说明备注2242水准因子是2个的情况2k本身意味试验次数，因子每增加一个时，总试验次数增加2倍。2382水准因子是3个的情况24162水准因子是4个的情况………2n2n2水准因子是n个的情况•2:所有因子的水准数•K:配置在试验上的因子数•?:总试验次数2k试验配置的意义2k试验配置的正交排列表因子配置试验Run因子ABCDEFG221-1-1-1-1-1-1-12+1-1-1-1-1-1-13-1+1-1-1-1-1-14+1+1-1-1-1-1-1235-1-1+1-1-1-1-16+1-1+1-1-1-1-17-1+1+1-1-1-1-18+1+1+1-1-1-1-1249-1-1-1+1-1-1-110+1-1-1+1-1-1-111-1+1-1+1-1-1-112+1+1-1+1-1-1-113-1-1+1+1-1-1-114+1-1+1+1-1-1-115-1+1+1+1-1-1-116+1+1+1+1-1-1-125……………+1-1-132+1+1+1+126………………+1-164+1+1+1+1+127…………………+1128+1+1+1+1+1+12k试验配置的CubePlot•22完全因子配置•23完全因子配置•24完全因子配置•25完全因子配置ABACBDABCEABCD22(2因子2水准)完全配置◎22完全配置的特征22完全配置法，各因子A和B各具有两个水准，在2因子的所有水准组合的总共4个的试验点实施试验。◎数据的构造式Yij=μ+ai+bj+(ab)ij+eij22正交排列表StdOrderABAB结果1-1-1+12+1-1-13-1+1-14+1+1+122完全配置试验点BA-1+1-1+1①②③④-22完全配置上有反复试验时，从试验结果可以求因子A、B的主效果和交互作用AB的效果，并且可以得到对各因子效果的有意性验证。-如没有反复试验时，不能求误差，因此以交互作用AB的效果为误差而掌握个别因子的有意性。BFactorEffect(B因子效果)bjInteraction(AB交互作用效果)(ab)ijError(误差)eijAFactorEffect(A因子效果)aiOverallAverage(全体平均)μAnObservation(观测数据)yijStdOrderCrOxPowerCrPowerCrOx*Cr反射率1-1-1+19.82+1-1-110.93-1+1-17.44+1+1+18.1◎22完全配置的例题5-1-1+110.26+1-1-110.47-1+1-17.88+1+1+18.2反复CrCrOx-1+1-1+19.810.210.910.47.47.88.18.2•问题定义:要确认随着CrOx及Cr成膜的Thickness变更而影响反射率的程度。•试验配置:-反应值:反射率-因子及水准:CrOxPower(Low:37.2High:39.2),CrPower(Low:7.2High:8.7)试验配置及结果数据StdOrderCrOxPowerCrPowerCrOx*Cr反射率1-1-1+19.82+1-1-110.93-1+1-17.44+1+1+18.15-1-1+110.26+1-1-110.47-1+1-17.88+1+1+18.2效果(Effect)算出CrOxPower反射率-19.8+110.9-17.4+18.1-110.2+110.4-17.8+18.2CrPower反射率-19.8-110.9+17.4+18.1-110.2-110.4+17.8+18.2CrOx*Cr反射率+19.8-110.9-17.4+18.1+110.2-110.4-17.8+18.2Level+1AverageLevel-1AverageEffect-主效果(MainEffect)-交互作用效果-反复2次的22试验配置9.48.80.67.87510.325-2.459.0759.125-0.05-CrOxPower的主效果计算的例子Level+1Average=Level-1Average=Effect=(Level+1Average)-(Level-1Average)4410.9+8.1+10.4+8.29.8+7.4+10.2+7.8MainEffect(主效果)PlotInteraction(交互作用)PlotCubePlotCrOxCr-1+1-1+18.89.410.3257.875CrOxCr-1+1-1+17.608.1510.6510.0CrOx-1+110.010.658.157.6Cr-1+1InteractionPlot解释各因子互相组合影响到反应值“Y”上的效果-与CrOx无关，Cr的-1水准的反射率高-倾斜的方向不同的话，有交互作用。MainEffectPlot解释个别因数影响到反应值“Y”的效果-CrOx和Cr影响反射率-倾斜越大，影响越大12EffectEffect=①平均-②平均CubePlot解释显示在因子的各组和上得到的反应值“Y”的平均-在现在的试验领域内，CrOx=+1,Cr=-1水准的反射率为10.65曲线(Graph)分析2Ｋ设计例题题目:提高成型塑胶板强度在压力成型塑胶板生产中，经过因子的初步筛选后得知，影响成型塑胶板的因子有3个：压模间距（distance）、成型压力（pressure)及压力角（angle）。在3个因子新的较好的范围内，什么生产条件下可以获得最大的成型塑胶板强度（strength）。代号因子名称Level1（低水准）Level2（高水准）A压模间距60mm70mmB成型压力300Pa400PaC压力角20度24度因子及水准表：解答：详见下述步骤1：设计实验MINITAB：Stat-DOE-Factorial-CreateFactorialDesign本实验做全因子实验