田口式实验法——工程应用分析

1田口式實驗計劃法（DesignOfExperiment）工程應用分析實驗計劃法內容何謂實驗計劃法特性值分類要因分類水準值設定直交表入門ANOVA分析選擇最適條件確認實驗3技術累積的要件建立技術（製程）評估指標建立產品（製程）的初期管制圖及Cp&Cpk，作為判斷技術（製程）穩定程度的指標正確易懂的操作手冊藉由QC工程表，建立製造過程中確保品質的基本保證。其中兩大重點為作業標準書及製程用管制圖。技術的正確性確實可行的配方、製程條件，不單只是滿足特定要求（需求）的生產條件，而應該是它的趨勢圖，以便日後進行局部修正（規格改變）的依據。對誤差（不可控制原因）的抵抗程度，因為誤差是被用來評估技術穩定度。因此了解其對誤差的抵抗程度將有助於日後新技術的開發。4DOE之分類Design&AnalysisofExperiment實驗規劃步驟DOET.M重點尋找特性值×◎找足以代表此一特性的量測技巧找原因××利用魚骨圖、腦力激盪….原因分類×◎利用不可控制的原因，進行製程穩定度的評估水準設定×○A1-A26*σ選用直交表做實驗◎◎依據因素個數及水準決定考慮交互作用◎×將直交表中衍生行當成交互作用之行外側配置方法×◎採用直積配置實驗進行順序○×採用隨機實驗分析＆評價單一：Avg&Std多特性：回歸靜態SN&S動態SN&S一群數據不可只考慮平均值而已重要因素判斷ANOVAMax-Min定量及定性之差異選取最適條件RSM◎求穩再求準確認實驗○○×：完全不考慮○：有提及◎：有特殊技法目前DOE大致可分為以BOX及Taguchi為首的2大陣營。其大致差異如右表5實驗計劃法目的：藉由有計劃的進行實驗，以便達成未實驗前的假設。由於不是採用“試誤法”，因此能提升研發效率。利用特殊的分析方法，以求得除了平均值以外的數值。適用對象：研究開發部門及生產技術部門，亦即必須藉由實驗以驗證其假設或理論基礎的單位最為適用。6實驗計劃法序論--實驗規劃如何養豬公才可得冠軍假設影響豬公成長的原因有A)食物：豬公食、人食B)環境：籠子、放山C)餐數：2餐、3餐準備6隻相同品種的豬公可以嗎？在相同的B)環境、C)餐數下豬公食、人食在相同的A)食物、C)餐數下籠子、放山在相同的A)食物、B)環境下2餐、3餐好像不行，因為在看食物時該用哪一種環境、要吃幾餐？用8隻可以嗎？豬公食、籠子、2餐豬公食、籠子、3餐豬公食、放山、2餐豬公食、放山、3餐人食、籠子、2餐人食、籠子、3餐人食、放山、2餐人食、放山、3餐用4隻可以嗎？豬公食、籠子、2餐豬公食、放山、3餐人食、籠子、3餐人食、放山、2餐7序論--實驗規劃用4隻可以嗎？豬公食、籠子、2餐+32豬公食、放山、3餐+30人食、籠子、3餐+34人食、放山、2餐+24假設豬公食會增加X公斤，而人食會降低X公斤（對四組的體重平均而言），其中X之正、負未知。亦即兩者差距為2X公斤。同理：環境、餐數分別為2Y公斤、2Z公斤，而四組的體重平均增加W公斤方程式如下W+X+Y+Z=32W+X-Y-Z=30W-X+Y-Z=34W-X-Y+Z=24解方程式答案為W=30X=1Y=3Z=-2最佳解為：豬公食、籠子、3餐亦即36公斤上述介紹了實驗方式：直交表，回應表8序論--實驗樣本數如何量測鑽石重量？在天平左端放置鑽石，右端放置法碼即可得知：大鑽石為1.234克拉，小鑽石為0.567克拉。另類方法：將大鑽石+小鑽石放在左端得到W，將大鑽石放在左端，右端放置小鑽石+法碼得到w則大鑽石=(W+w)/2小鑽石=(W-w)/2測不準原理：量測皆會有誤差，因此上述方法皆會有誤差。理論上重量為：可為正或負1.234-0.567-是一個隨機值，一般而言它會形成常態分配，N(0,^2)。它不符合四則運算，因此公式為1.234-()0.567-()從N(0,^2)中任意（隨機）取2個值，會變成N(0,2*^2)亦即()+()=2^(1/2)*()，因此大鑽石=(W+w)/2+()/(2^(1/2))小鑽石=(W-w)/2+()/(2^(1/2))結論：樣本數增加將使得誤差降低9田口品質工程之內容OFF-LINE品質工程ON-LINE品質之評價適應控制回饋控制允差設計規格之決定方法參數設計工程診斷與調整安全系統設計與保養預防保養檢查設計工程連結之系統設計10田口品質工程之使用範疇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111950~1960將可以控制之要因配置在直交表上，研究在使用環境下﹝誤差要因，亦即不可控制之要因﹞會使變異最小之製程﹝配方﹞條件，在美國稱為穩健性設計。1970~1980將原本使用於量測系統之動態SN比擴張至對所有系統機能性之研究。脫離以數理統計為基礎之實驗計劃法，而改用和技術本身十分密切之賀米特﹝Hermite﹞形式。亦即光譜﹝Spectra﹞分解之觀念。1980~1990到美國指導時體認應用基本機能作研究之重要性，因此主張使用試驗片作基本機能之研究。在無法充份改善時，才考慮進行允差設計。1990~將SN比擴張至醫療、生物等特殊領域之研究田口品質工程之演進12定義名詞及其重點直交表及變形直積配置特性值分類要因分類水準及水準值ANOVA分析13特性值Output分類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。14要因Factor分類要因：會影響特性值的要因(配方)。控制要因：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。誤差要因：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。15何謂水準LEVEL＆水準值水準乃是該要因在能夠被設定之可能範圍內，取得數個不同之設定值，此時稱該要因具有數個水準。而該設定值稱水準值。常用之水準為2水準：一般用於非連續之要因。3水準：一般用於連續之要因。例如：塗佈時Temp為控制要因(令為Ａ)，其可能之加工範圍為280~330時，常將其取成3水準，其代號及水準值分別如下Ａ1＝280，Ａ2＝300，Ａ3＝330注意：當Ａ為連續性要因，其個水準之間隔要大於6倍標準差16交互作用之定義（一）用以下2個變數A,B其分別可以設定為Low,High。假使會有以下情形則稱為沒有交互作用，亦即2者相互獨立。ABData-1LowLow3LowHigh4HighLow5HighHigh6B-LowB-HighA-Low34A-high56A-LowA-HighB-LowB-High17交互作用之定義（二）假使會有以下情形則稱為具有交互作用，亦即2者相互依存。A-LowA-HighB-LowB-HighABData-2LowLow3LowHigh5HighLow6HighHigh4B-LowB-HighA-Low35A-high6418交互作用之重點用已研究2變數間依存程度之大小。一般變數皆會有依定程度之依存，因此可藉由它來判斷其大小。如果不知交互作用之大小，而給予錯誤假設，則可能造成實驗失敗。研究交互作用將使得實驗規模無法減少，亦即實驗次數將為：變數要因^變數個數(Ex:2^2=4)有時為權衡2者，因此採用部份研究交互作用的方式，亦即不研究高次項的交互作用。19實驗之方式實驗之方式：Try&Error：依據每次實驗結果加入自己專業判斷，以決定下一次實驗的參數組合。此一方法需要很強的專業知識(亦即第六感要好)單要因實驗方法：一次只改變一個要因，以尋求該要因的最佳設定值。此一方法對於有兩個以上要因會同時影響特性值的話將會有問題。多要因（多元配置）實驗方法：將所有的要因做排列組合，因此每一種可能的情形都將被做實驗，據此找出最佳組合。此一方法在要因個數很少時可以進行，但是一般即使重要要因也會有十幾個，如此將使得實驗完成日期遙遙無期。直交表實驗方法：藉由各要因在實驗中出現相同次數，以平衡該要因的影響大小。此為目前可以同時解決上述兩大缺點的方法。20何謂直交表直交表之符號意義：L代表Ｌ型直交表，9代表需要做9次實驗，3代表3水準，4代表可以擺放4個要因。常用之直交表種類：943LLLLL4387161532312222,,,LLL121118173631322323,,LLL9427138140333,,21代表性直交表暨點線圖(L9)ABCDY11111Y121222Y231333Y342123Y452231Y562312Y673132Y783213Y893321Y9123,422代表性直交表暨點線圖(L8)1234567Y11111111Y121112222Y231221122Y341222211Y452121212Y562122121Y672211221Y782212112Y8124365723常用之直交表變形虛擬水準法：應用在將較少水準的要因配置在較多水準的直交表之行上。多水準法：應用在將較多水準的要因配置在較少水準的直交表之行上。浮動水準法：應用在要因和要因間無法獨立改變時，亦即獨立改變將造成實驗重大影響。24虛擬水準法(L9)應用在2*1+3*3ABCDY11111Y121222Y231333Y342123Y452231Y562312Y671132Y781213Y891321Y9123,425多水準法(L8)應用在4*1+2*414567Y111111Y1212222Y2321122Y3422211Y4531212Y5632121Y6741221Y7842112Y8124365726何謂直積配置的示意圖內側直交表(放置控制要因）外側多元配置、直交表或調和誤差（放置誤差或信號要因）實驗數據27可能的直積配置範例外側是放置誤差及信號因素，其配置方式有多元、直交、組合等三大類。N1N1N2N2ABCDR1R2R1R211111Y11Y12Y13Y1421222Y11Y22Y23Y2431333Y3Y32Y33Y34P1P1P1P1P2P2P2N2Q1Q1Q2Q2Q1Q1Q2Q2ABCDR1R2R1R2R1R2R1R211111Y11Y12Y13Y14Y15Y16Y17Y1821222Y21Y22Y22Y22Y22Y22Y22Y2231333Y31Y32Y32Y32Y32Y32Y32Y3242123Y41Y42Y42Y42Y42Y42Y42Y4252231Y51Y52Y52Y52Y52Y52Y52Y5262312Y61Y62Y62Y62Y62Y62Y62Y6273132Y71Y72Y72Y72Y72Y72Y72Y7283213Y81Y82Y82Y82Y82Y82Y82Y8293321Y91Y92Y93Y94Y95Y9