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MinitabMinitabMinitabMinitab運用之運用之運用之運用之DOEDOEDOEDOE篇篇篇篇GerryTang,Aug.12,2011Revision:A问题分析与解决课程系列（六）6內容大綱內容大綱內容大綱內容大綱一一一一對對對對DOE的的的的認識認識認識認識二二二二DOE的三大基本原則的三大基本原則的三大基本原則的三大基本原則三三三三選擇選擇選擇選擇DOE方法的步驟方法的步驟方法的步驟方法的步驟四四四四Minitab的運用的運用的運用的運用五五五五案例分析案例分析案例分析案例分析6內容大綱內容大綱內容大綱內容大綱一一一一對對對對DOE的的的的認識認識認識認識1.DOE的概念的概念的概念的概念•實驗設計方法是一種同時研究多個輸入因素對輸出的影響,確定影響結果的關鍵因素及其最有利于結果的取值方法.•研究哪些自變量X顯著的影響Y,并且確定X取何值時確定最佳輸出Y.2.因子和水平因子和水平因子和水平因子和水平•因子:影響過程輸出的的輸入變量影響過程輸出的的輸入變量影響過程輸出的的輸入變量影響過程輸出的的輸入變量,可分為可分為可分為可分為如下類型如下類型如下類型如下類型•水平水平水平水平:因子的兩個或更多的不同取值因子的兩個或更多的不同取值因子的兩個或更多的不同取值因子的兩個或更多的不同取值控制因子控制因子控制因子控制因子誤差因子誤差因子誤差因子誤差因子(噪聲因子噪聲因子噪聲因子噪聲因子)•常用水平常用水平常用水平常用水平:離散形數據離散形數據離散形數據離散形數據連續形數據連續形數據連續形數據連續形數據兩水平兩水平兩水平兩水平---連續形數據和離散形數據連續形數據和離散形數據連續形數據和離散形數據連續形數據和離散形數據三水平三水平三水平三水平---連續形數據連續形數據連續形數據連續形數據3.模型和誤差模型和誤差模型和誤差模型和誤差•模型:Y=f(x1,x2,x3….,xN)+誤差•誤差誤差誤差誤差:在處理誤差時在處理誤差時在處理誤差時在處理誤差時,,,,應盡可能降低實驗誤差應盡可能降低實驗誤差應盡可能降低實驗誤差應盡可能降低實驗誤差,,,,例如測量系統分析等例如測量系統分析等例如測量系統分析等例如測量系統分析等....Y為響應變量為響應變量為響應變量為響應變量,x1,x2,x3….,xN為可控為可控為可控為可控因子因子因子因子f(x)為為為為某個確定的數學模型某個確定的數學模型某個確定的數學模型某個確定的數學模型實驗誤差實驗誤差實驗誤差實驗誤差失擬誤差失擬誤差失擬誤差失擬誤差(lackoffit):模型函數和真實函數之間的模型函數和真實函數之間的模型函數和真實函數之間的模型函數和真實函數之間的差異差異差異差異4.響應響應響應響應望目形望大形望小形•響應響應響應響應分类分类分类分类•響應響應響應響應形式分类形式分类形式分类形式分类計數形計數形計數形計數形計量形計量形計量形計量形5.交互作用交互作用交互作用交互作用•用以下用以下用以下用以下2個個個個因素因素因素因素A,B,其分別可以設定為其分別可以設定為其分別可以設定為其分別可以設定為Low,High.假假假假使會有兩條線平行則稱為沒有交互作用使會有兩條線平行則稱為沒有交互作用使會有兩條線平行則稱為沒有交互作用使會有兩條線平行則稱為沒有交互作用,亦即亦即亦即亦即2者相互者相互者相互者相互獨立獨立獨立獨立.ABData-1LowLow3LowHigh4HighLow5HighHigh6B-LowB-HighA-Low34A-high56A-LowA-HighB-LowB-High有時為權衡兩者有時為權衡兩者有時為權衡兩者有時為權衡兩者,因此採用部份研究交互作用的方式因此採用部份研究交互作用的方式因此採用部份研究交互作用的方式因此採用部份研究交互作用的方式,亦即亦即亦即亦即不研究高次項的交互作用不研究高次項的交互作用不研究高次項的交互作用不研究高次項的交互作用.5.交互作用交互作用交互作用交互作用•假使會有以下假使會有以下假使會有以下假使會有以下两条线不平行的两条线不平行的两条线不平行的两条线不平行的情形則稱為具有交情形則稱為具有交情形則稱為具有交情形則稱為具有交互作用互作用互作用互作用,亦即亦即亦即亦即2者相互依存者相互依存者相互依存者相互依存。。。。A-LowA-HighB-LowB-HighABData-2LowLow3LowHigh5HighLow6HighHigh4B-LowB-HighA-Low35A-high64有時一個因子的主效應較小有時一個因子的主效應較小有時一個因子的主效應較小有時一個因子的主效應較小,,,,但其和其他的因子的交互作但其和其他的因子的交互作但其和其他的因子的交互作但其和其他的因子的交互作用明顯用明顯用明顯用明顯,,,,則這個因子是重要的則這個因子是重要的則這個因子是重要的則這個因子是重要的,,,,在縮減模型時不能刪減此因在縮減模型時不能刪減此因在縮減模型時不能刪減此因在縮減模型時不能刪減此因子子子子....6內容大綱內容大綱內容大綱內容大綱二二二二DOE的三大基本原則的三大基本原則的三大基本原則的三大基本原則1.重復實驗重復實驗重復實驗重復實驗•用同一組實驗條件生產出多個產品以得到響應.•用于確定實驗誤差的大小.•需要重復實驗而不是僅使用一組數據.2.隨機化隨機化隨機化隨機化•以隨機的方式安排實驗.•防止實驗者對實驗產生系統的影響.•隨機化不能降低實驗誤差.3.划分區組划分區組划分區組划分區組•將全部實驗條件划分若干區組.•划分區組可以降低實驗誤差.能划分區組者盡量划分區組能划分區組者盡量划分區組能划分區組者盡量划分區組能划分區組者盡量划分區組,,,,不能划分區組者則盡量隨機不能划分區組者則盡量隨機不能划分區組者則盡量隨機不能划分區組者則盡量隨機化化化化....•按照某種相同或類似的條件進行分組.6內容大綱內容大綱內容大綱內容大綱三三三三選擇選擇選擇選擇DOE方法的步驟方法的步驟方法的步驟方法的步驟6選擇選擇選擇選擇DOE方法的步驟方法的步驟方法的步驟方法的步驟用用用用部分析因實驗來篩選因子部分析因實驗來篩選因子部分析因實驗來篩選因子部分析因實驗來篩選因子選用方法選用方法選用方法選用方法因子個數因子個數因子個數因子個數因子數大于因子數大于因子數大于因子數大于5以上以上以上以上用用用用全因子實驗來確定因子全因子實驗來確定因子全因子實驗來確定因子全因子實驗來確定因子作用和交互作用作用和交互作用作用和交互作用作用和交互作用因子數因子數因子數因子數3個到個到個到個到5個時個時個時個時用用用用響應曲面法來確定回歸響應曲面法來確定回歸響應曲面法來確定回歸響應曲面法來確定回歸關系并求出最優設計關系并求出最優設計關系并求出最優設計關系并求出最優設計因子數小于因子數小于因子數小于因子數小于3時時時時6內容大綱內容大綱內容大綱內容大綱四四四四Minitab的運用的運用的運用的運用Minitab菜單解析菜單解析菜單解析菜單解析•StatDOE部分析因部分析因部分析因部分析因響應曲面響應曲面響應曲面響應曲面混合實驗混合實驗混合實驗混合實驗田口實驗田口實驗田口實驗田口實驗修改實驗設計修改實驗設計修改實驗設計修改實驗設計顯示實驗設計顯示實驗設計顯示實驗設計顯示實驗設計•StatDOEFactorialCreateFactorialDesign創建部分析因創建部分析因創建部分析因創建部分析因自定義析因設計自定義析因設計自定義析因設計自定義析因設計選擇優化設計選擇優化設計選擇優化設計選擇優化設計預先分析響應變異預先分析響應變異預先分析響應變異預先分析響應變異分析析因設計分析析因設計分析析因設計分析析因設計分析變量分析變量分析變量分析變量等高線等高線等高線等高線/表面圖表面圖表面圖表面圖重疊等高線圖重疊等高線圖重疊等高線圖重疊等高線圖響應優化響應優化響應優化響應優化Minitab菜單解析菜單解析菜單解析菜單解析析因圖析因圖析因圖析因圖•創建全因子實驗創建全因子實驗創建全因子實驗創建全因子實驗的兩種方法的兩種方法的兩種方法的兩種方法直接選擇直接選擇直接選擇直接選擇2222水平的析因水平的析因水平的析因水平的析因法然后在設計中選擇法然后在設計中選擇法然后在設計中選擇法然后在設計中選擇全因子水平設計全因子水平設計全因子水平設計全因子水平設計直接選擇通用全因子直接選擇通用全因子直接選擇通用全因子直接選擇通用全因子水平設計水平設計水平設計水平設計選擇因子數選擇因子數選擇因子數選擇因子數顯示可用設顯示可用設顯示可用設顯示可用設計計計計對實驗類型對實驗類型對實驗類型對實驗類型進行選擇進行選擇進行選擇進行選擇Minitab菜單解析菜單解析菜單解析菜單解析解釋度是解釋度是解釋度是解釋度是用來描述用來描述用來描述用來描述因子和交因子和交因子和交因子和交互作用的互作用的互作用的互作用的混淆情況混淆情況混淆情況混淆情況,解釋度解釋度解釋度解釋度越高越高越高越高﹐﹐﹐﹐混混混混淆程度越淆程度越淆程度越淆程度越低低低低.如何確定如何確定如何確定如何確定混淆混淆混淆混淆?Minitab菜單解析菜單解析菜單解析菜單解析1/2析因實驗析因實驗析因實驗析因實驗全因子實驗全因子實驗全因子實驗全因子實驗每個區組的中心點個數每個區組的中心點個數每個區組的中心點個數每個區組的中心點個數角點的重復次數角點的重復次數角點的重復次數角點的重復次數區組的個數區組的個數區組的個數區組的個數此處點完此處點完此處點完此處點完OK后后后后,其它其它其它其它3個按鈕方可使用個按鈕方可使用個按鈕方可使用個按鈕方可使用,如下頁如下頁如下頁如下頁.Minitab菜單解析菜單解析菜單解析菜單解析因子的低水平因子的低水平因子的低水平因子的低水平因子的高水平因子的高水平因子的高水平因子的高水平因子名稱因子名稱因子名稱因子名稱,可以直接在可以直接在可以直接在可以直接在worksheet中更改中更改中更改中更改因子類型因子類型因子類型因子類型因子類型可以分為計數形和文本形因子類型可以分為計數形和文本形因子類型可以分為計數形和文本形因子類型可以分為計數形和文本形,也可理解為計數形和計量形也可理解為計數形和計量形也可理解為計數形和計量形也可理解為計數形和計量形因子低水平默認為因子低水平默認為因子低水平默認為因子低水平默認為-1,高水平為高水平為高水平為高水平為1,也可以直接輸入因子的實際水平也可以直接輸入因子的實際水平也可以直接輸入因子的實際水平也可以直接輸入因子的實際水平,但對但對但對但對計算結果沒有直接影響計算結果沒有直接影響計算結果沒有直接影響計算結果沒有直接影響,因為因為因為因為minitab本身通過編碼后計算出結果本身通過編碼后計算出結果本身通過編碼后計算出結果本身通過編碼后計算出結果.Minitab菜單解析菜單解析菜單解析菜單解析折疊設計折疊設計折疊設計折疊設計選擇實驗隨機化選擇實驗隨機化選擇實驗隨機化選擇實驗隨機化,可以可以可以可以自定義的隨機數據進行自定義的隨機數據進行自定義的隨機數據進行自定義的隨機數據進行折疊設計僅適用于存在重復實驗的設計當中折疊設計僅適用于存在重復實驗的設計當中折疊設計僅適用于存在重復實驗的設計當中折疊設計僅適用于存在重復實驗的設計當中.將將將將實驗設計存儲在工作頁面中實驗設計存儲在工作頁面中實驗設計存儲在工作頁面中實驗設計存儲在工作頁面中全全全全因子實驗時部分因子因子實驗時部分因子因子實驗時部分因子因子實驗時部分因子選項不可用選項不可用選項不可用選項不可用.Minitab菜單解析菜單解析菜單解析菜單解析輸出結果輸出結果輸出結果輸出結果輸出結果可以根據需要選擇實驗匯總表輸出結果可以根據需要選擇實驗匯總表輸出結果可以根據需要選擇實驗匯總表輸出結果可以根據需要選擇實驗匯總表,關聯表關聯表關聯表關聯表,設計表和特定關設計表和特定關設計表和特定關設計表和特定關系系系系.當進行全因子實驗時當進行全因子實驗時當進行全因子實驗時當進行全因子實驗時,沒有混淆沒有混淆沒有混淆沒有混淆.關聯表內容關聯表內