1、深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 實驗設計（DOE）方法 培訓教案 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 第一節 6Sigma品質改善策略 一、實驗設計（一、實驗設計（DOEDOE）流程）流程 二、實驗設計（二、實驗設計（DOEDOE）分析）分析 三、實驗設計（三、實驗設計（DOEDOE）意義）意義 四、實驗設計（四、實驗設計（DOEDOE）計劃）計劃 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 實驗設計（DOE）流程 實驗設計（DOE）是6Sigma品質改善的利器 通過

2、“M-A-I-C”循環可達到品質改善之目的，圖 （一）表示它們的關系。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 過程能力 是否0K？ 測量 measurement 分析 Analysis 修改設計 Modify design 改善 Improvement 過程能力 （capability)j 是否OK？ 控制 Control N N N Y Redesign 重新設計 Y Characterization Design 性能實驗DOE設計 Screening Design 篩選DOE設計 Optimization Design 優化設計DOE Model

3、ing Design 機種設計 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 實驗設計（DOE）分析 不同程度或分辨率DOE設計，對應不同產品設計要素。 表（一）是DOE實驗設計分級表。 ITEM程度或分辨率等級應用特點 Screening Designs 篩選 DOE設計 III級1、因子數較多 2、兩個水平 Characterization Designs 性能實驗DOE IV級V級1、因子數較少 2、兩個或兩個以上水平 Optimization Dressings優 化設計DOE V或最高級1、兩個或三個因子 2、用精確的數學方法進 行處理 深圳市邦凱電

4、子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 實驗設計（DOE）的意義 1、優化設計的必要性、優化設計的必要性 優化因子水平 用于建立與原材料或部件制造有關的工藝，使其在規定 的范圍內。 使設計的產品能夠穩定或者牢靠運行于實際的環境中 減少總的工程設計周期 減少ECN的數量 改善產品性能、質量及成本，最大限度地滿足客戶要求。 改善產品的可制造性。 減少實際制造工藝中的問題。 減少產品的檢查和性能測試強度 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 2 2、實驗設計的作用、實驗設計的作用 基本研究 (Basic Research) 1、發

5、現相關問題 2、明了技術要點 產品設計 （Product Design) 1、靈敏度分析 2、建立可靠性的公差 3、特征組件 4、特征結構 5、包括低成本組件 6、包括低等級物料 7、最小的變化 8、性能的改善 工藝研發 （Process Development) 1 、變量研究 2、變量的優化設置 3、建立可靠公差 表二 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 工藝研發 （Process Development) 4、發現降低成本的解決辦法 5、養活變化 6、改善過程中心 7、減少生產周期 8、降低壞品率 9、改善產品的可靠性 基本研究 （Basic

6、Research) 1、發明相關問題 2、明了技術問題 工藝改善 （ Process Improvement) 1、解決問題 2、明了變量及過程之關系 3、進行過程能力研究 4、設備及方法比較 計量 (Metrology) 1、進行測量系統研究 2、判定誤差的主要來源 3、最小測量誤差 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 四、實驗設計（DOE）計劃 1、實驗設計中需考慮的、實驗設計中需考慮的60個因素個因素 實驗中包含的變量數或因子數 判定誤差引起的結果 工序的穩定狀況 潛在因素影響程度 非線性影響的可能性有多大 均方差 正態分布 趨勢、變動、周期對

7、變量的影響 相關平均值 1) 錯誤數據的影響 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 錯誤數據的影響 需要重復實驗的次數 樣本標記和可判斷性 測量的精度 抽樣的成本 測試成本 勞動力成本 實驗及其方向性影響 抽樣偏差 混淆及其影響 背景變量及其影響 人為偏差（有意或無意） 實驗中所含儀器設備的影響 重復性 數據收集 控制要求保持其有效性 研究問題的知識 主要因子影響程度比較 實驗誤差 測量影響 測試靈敏度 定義平均值 定義方差值 過程控制 環境的影響 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 材料的影響 機器設備的影

8、響 測試設備的影響 領導者的支持 制造者支持 工程部門的支持 優化后的合格率 配合度 測量精密 隨機抽樣 塊的區分 決定區分程度 假設構造 測量方法 管理者支持 將實驗結果圖表化 確定主要因子 計算出各因子影響大小 作出相關因子影響圖 連續樣本 從樣本收集到樣本測量的時 間 誤差復合影響 因子量化及分層表示 樣本復雜性分析 因變量及其影響 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 2、 DOE實驗計劃實驗計劃 在進行DOE實驗之前，要充分考慮Y=f（x1、x2xn) 因變量Y和自變量x的關系。確定實驗因子的人數，據此可 確定實驗因子表進行實驗，一般實驗計劃

9、包括如下內容。 確定實驗目的：要有一個明確的實驗目的，以此才能達到 需 要的目標。 確定實驗因子：要分析影響因變量變化的因子個數，進行 全因子的DOE實驗。 確定實驗因子水平：不同的實驗因子水平會影響實驗結果。 選定DOE實驗表格：根據因子數和因子水平確定DOE實驗 表格。 1) 安排實驗時間：根據DOE進行次數確定實驗時間。考慮過 程的連續性，盡量安排在同一階段進行實驗為好。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 分析實驗結果：將實驗結果進行方差分析，確定實驗因 子的重要性及各因子對實驗結果的影響程度。 重復性實驗：將重要因子或影響實驗的主要因素進行

10、評 估，重新進行DOE實驗，以確定其實驗的真實性。 作出結論：對實驗結果進行分析后作出結論。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 第二節 實驗設計（DOE）方法 根據具體要求選擇根據具體要求選擇DOEDOE實驗方法實驗方法 實驗設計的基本策略實驗設計的基本策略 篩選實驗設計方法篩選實驗設計方法 全因子和分部全因子和分部DOEDOE 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 根據具體要求選擇DOE實驗方法 DOE實驗方法流程如圖(二)所示 實驗設計的基本策略 1、確定問題 為解決何種問題，需要進行的何種實驗，應做到

11、心中有數， 有的放矢。 2、建立實驗目標 實驗要達到何種目的，要達到怎樣的指標，應從實際出發， 根據當時當地的實情，確定實驗目標，不要夸大其辭，矯 揉造作。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 確定實 驗目標 從中選定 自變量 觀察實 際影響 Y 進行篩選DOE進行性能DOE 目標達成 情況？ 實驗因子數 是否大于8？ Y 優化設計DOE 高分辨率 要求？ N NY 結束 N 需要實 驗嗎？ 開始 YN Y N 圖（二）圖（二） 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 3、選擇因變量、選擇因變量Y 實驗中因子隨

12、自量變X的變化而變化的變量叫因變量。因 變量和自變量的關系為Y=f（x1，x2xn). 4、選擇自變量x 實驗中因子不隨因變量變化而變化的變量叫自變量。也 叫受控制變量。 5、選擇因子水平 不同的因子水平必然會引起不同的實驗結果，根據實驗 要求，確定因子水平，也是實驗成功與否的關鍵一環。 這不僅要有豐富的實際經驗，而且要有把握問題本質的 能力。 6、收集數據 實驗要用數據說話，一切的實驗數據從實驗中來，切忌 弄虛作假，DOE實驗是科學，來不得半點虛假的東西， 否則就會失去的實驗的本來意義。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 7、分析數據 數據為實驗

13、提供了強有力的佐證，說明了什么問題，是 一清二楚的，因此需認真分析數據，進行科學運算，以 找出實驗本質的可以代表實驗結果的東西。 8、作出結論 有實驗數據，給問題下一個令人信服而又真實的結論， 找出問題的癥結所在。 9、達到目的 通過實驗解決品質中存在的問題，使過程能力得到提升， 使我們又向6靠近了一步。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 篩選實驗設計方法 選擇因變量Y（實驗結果） 選擇實驗因子且確信是最重要的因子 確定因子水平只允許有兩個水平 根據因子水平數量確定實驗表格 對每一個實驗，根據實驗表格按一個水平進行，根據重 復運行的結果計算出平均值

14、（Y） 按標準計算軟件或EXCEL進行計算 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 作出實驗因子的影響及關系圖 進行方差分析，用以決定實驗因子是否重要，用P值進行 衡量（P0.05) 對方差分析結果進行評價,以確定因子對實驗的影響程度 選擇重要因子(通常不超過4個)而進行全因子DOE實驗,以 確定實驗的最終結果 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 全因子和分部DOE 確定問題 建立實驗目標 選拔因變量和自變量關系Y=f(x1,x2.xn) 選擇因子水平 選擇實驗表格,全因子DOE每一個因子或水平都要進行實 驗,

15、分部DOE相對于全因子DOE來說有少的實驗次數,因為 分部DOE可對部分因子進行組合 收集數據并篩先DOE方法進行方差分析計算 分析數據及實驗結果 分析實驗誤碼差對實驗結果的影響 作出結論 達到實驗目標 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 第三節：正交試驗設計 正交試驗設計法是研究與處理多因素試驗的一種科學 方法。它在實踐經驗與理論認識的基礎上，利用規范化 的表格正交表，科學地挑選試驗條件，合理安排試 驗。其優點在于能從很多試驗條件中選出代表性強的少 數次條件，并能通過對少數次試驗條件的分析，找出較 好的生產條件即最優或較優的試驗方案。 正交試驗設計

16、法最早由日本質量管理專家田口玄一提 出際標準型（田口型）正交試驗法。 針對田口型正交試驗設計法計算復查的問題（方差分 析），中國數學家張里千教授發明的中國型正交試驗設 計法，由于應用計算簡便的極差分析法，非常適合工業 企業和生產現場應用。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 一、名詞介紹 1、試驗因素、試驗因素 試驗因素指當試驗條件變化，試驗考核指標也發生變化 時，影響考核指標取值的量稱為試驗因素（因子），一般 記為A，B，C等。 試驗因素可以理解為試驗過程中的自變量，如：化學試 驗中的溫度、壓力、時間、催化劑用量；機械加工中的切 削速度、吃刀量、刀

17、具的幾何參數等。從廣義上講，試驗 因素可理解為若干變量間的某種確定關系，如原料的配方 比例、供貨單位、工藝流程等也都可以看作為一種廣義 因素。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 因素有可能按數量表示，如溫度、時間、壓力等稱為定 量描述的因素。但也有不能用數量表示而只能定性描述的， 如材料的品種、產品的型號、工藝流程的類別等，稱為定 性描述的因素。在試驗過程中有些因素所處的狀態是可以 控制或調節的，如加熱溫度、溶化溫度、切削速度等，這 樣的因素稱為可控因素。反之，別外一些因素所處的狀態 是不能控制或調節的，如未裝空調的生產環境的溫度、濕 度等，稱為不

18、可控因素或干擾因素。在正交試驗設計應用 過程中，如無特殊規定，因素一般是指可控因素。在試驗 過程中只考察一個因素對試驗結果（考核指標）影響的試 驗，稱為單因素試驗。若同時考察兩個以上因素，則稱為 多因素試驗。單因素試驗設計一般可應用優選法進行，而 多因素試驗設計必須應用正交試驗設計法解決。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 2、因素的位級、因素的位級 試驗因素的位級（水平）是指試驗因素所處的狀態。一 般試驗方案是由若干個試驗因素所組成的若干組合，因素 的幾種狀態，就稱為有幾個位級（水平）。 例如，在化學試驗中，溫度、時間、壓力這些因素允許在 一定范

19、圍內變化，但在一個試驗方案中，溫度、時間、壓 力等因素總是固定在幾個狀態中變化。例如：溫度可以是 100，120 ，150 等；時間可以是1h，1.5h，2h等；壓 力可以是1MPa，1.5MPa，2MPa等。這稱為試驗中因素的三 個位級（水平）。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 3、考核指標、考核指標 考核指標是在試驗設計中，根據試驗目的而選定的用來 衡量試驗效果的量值（指標）。 考核指標可以是定量的，也可以是定性的。定量指標如 硬度、強度、壽命、成本、幾何尺寸、各種特性等。定量 指標根據試驗結果的預期要求，又可分為望目值、望小值、 望大值三種

20、類型。定性指標不是按數而是按質區分，如質 量的好與壞，天氣的晴與陰，指標可以用加權的方法 量化為不同等級。 考核指標可以是一個，也可以是多個。前者稱為單指標 試驗設計，后者稱為多指標試驗設計。在多指標試驗設計 中，一般根據指標的重要程度予以加權，確定為一個綜合 性考核指標，以便進行計算。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 4、完全因素位級組合、完全因素位級組合 完全因素位級組合指參與試驗的全部因素與全部位級相 互之間的全部組合次數，即全部的試驗次數。 A1 B1 B2 C1 C2 C1 C2 A2 B1 B2 C2 C1 C2 C1 圖51 三因素

21、兩位組的完全因素位級組合 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 若試驗中共有i個因素，每個因素各有j個位級，則其完全 因素位級組合數（全部試驗的次數）應有N=ji次。如，對于 一個具有3個因素（A，B，C），每個因素各有兩個位級 （A1，A2，B1，B2，C1，C2），其完全因素位級組合數為 N=23=8次，其實際組合情況如圖51所示。 隨著因素位級數的增加，完全因素位級組合數也隨之增 加： 34=81 27=128 45=1024 215=33768 231=2146983648 理論上認為只有經過全部試驗（完全因素位級組合）后 才能準確找出最佳的因

22、素位級組合（最佳的試驗方案）。 但是，當因素位級數比較多時，實現完全因素位級組合又 是不可能的。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 5、部分因素位級組合、部分因素位級組合 部分因素位級組合是從全部因素位級組合中抽取一部分 因素位級組合構成試驗方案，實際上是一種抽樣。 （1）單因素輪換法 在正交試驗設計未發明之前，人們采用單因素輪換法 實現部分因素位級組合的抽樣。單因素輪換法是在若干 試驗因素中逐個因素輪換去考慮哪一位級試驗結果好， 考慮一個因素時其他因素處于確定的位級。如對一個三 因素三位級的試驗，按圖52的程度試驗。先將A，B因 素確定在A1，B

23、1位級，考慮C1、 C2和C3哪個位級好，試驗 結果C2好。然后將A，C因素確定在A1，C2位級，考慮B1、 B2和B3哪個位級好，試驗結果B3好。最后將B，C因素確 定在B3，C2位級，考慮A1、A2和A3。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 哪個位級好，試驗結果A2好。于是，下結論A2B3C2是最佳 試驗方案。顯然，單因素輪換法是不合理、不科學的抽樣。 因為確定C2位級好的前提是與A1，B1組合，但試驗方案是 C2位級與A2B3組合，與前提條件不符。 采用單因素輪換法時，因不比位級越多，結論的可信度 越差，而且提供的信息不夠豐富，且若不進行重復

24、試驗也 給不出誤差估計。 （2）正交試驗設計法 正交試驗設計法由于應用正交表安排試驗方案，正交表 的正交性保證了在一定置信度下的統計抽樣。因此，正交 試驗設計是科學的、合理的部分因素位級組合。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 A1B1 C1 C2 C3 A1C2 B1 B2 B3 B3C2 A1 A1 A1 圖52 單因素輪換法應用程度 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 二、正交表 1、正交表的符號、正交表的符號 正交表是正交試驗設計法的基本工具。它是運用組合數 學理論在正交拉丁方的基礎上構造的一種規

25、格化的表格正 交表的符號是： Ln(ji) 其中：L正交表的代號； n正交表的行數（試驗次數、試驗方案數）； j正交表中的數碼（因素的位級數）； i正交表的列數（試驗因素的個數）； N=ji全部試驗次數（完全因素位級組合數）。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 2、正交表的結構、正交表的結構 應用正交試驗設計法，必須了解正交集，本書給出了常 用的24種正交表。現在通過對最常用的兩種正交表L8（27） （表51）和L9（34）（表52），介紹正交表的結構。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 表51 正交表

26、 L8（27） 列號 試驗號 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 8 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 2 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 2 2 1 1 1 2 2 2 1 2 1 2 2 1 1 2 2 1 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 2 列號 試驗號 1 2 3 4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 1 3 2 2 1 1 1 3 1 2 3 1 2 2 1 2 2 3 3 3 2 1 2 1 3 1 3 2 3 2 2 3 3 3 1 表52 正交表 L9（34） 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法

27、培訓資料 （1）正交表L8（27） 該表為可容納7個因素各2個位級，具有8個試驗方案的正 交表，其特點如下： 1具有8個橫行，表示8個試驗方案的因素位級組合； 2具有7個直列，表示最多可容納7個試驗因素； 3正交表中橫行與直列交點的數碼，表示該列因素的位級。 正交表L8（27）中的數碼，表現為每個因素的每個位級 各出現4次，即每個數碼出現的機會是完全均等的。任意兩 列其橫向組合的8個數字對（1，1），（1，2），（2，1）， （2，2）恰好各出現2次，即任意兩列間位級的搭配是均衡 的。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 （2）正交表L9（34） 該

28、表為可容納4個因素各3個位級，具有9個試驗方案的 正交表。其特點如下： 1具有9個橫行，表示9個試驗方案的因素位級組合； 2個有4個直列，表示最多可容納4個試驗因素； 3正交表橫行與直列交點的數碼，表示該列因素的位級。 正交表L9（34）中的數碼，表現為每個因素的每個位級 各出現3次，即每個數碼出現的機會是完全均等的。任意兩 列其橫向組合的9個數字對中，（1，1），（1，2），（1， 3），（2，1），（2，2）（2，3），（3，1），（3，2） 和（3，3）各出現1次，即任意兩列間位級的搭配是均衡的。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 三、正交試

29、驗設計法的基本應用程序 正交試驗設計法有兩大類型，即國際標準型（田口型） 和中國型。這里主要介紹中國型正交試驗設計的應用。 明確試驗目的，確定考核指標。 挑因素、選位級，確定因素位級表。 選擇適宜的正交表。 注：中國型正交試驗設計根據因素位級數量，直接選用 正交表，因素可以填滿直列，也可以不填滿直列。田口型 正交試驗設計法還需要考慮因素之間的交互作用，進行表 頭設計，同時因素不能填滿直列，最少要空出一個直列以 便進行方差計算。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 因素位級正交表，確定試驗方案，并按試驗方案進 行試驗。 試驗結果分析（析因分析）。 注：

30、中國型正交試驗法對試驗結果采用極差分析法進行 分析。田口型正交試驗設計法采用方差分析法進行分析。 極差分析法的應用步驟： （1）看一看，可靠又方便： 直接從諸試驗方案的試驗結果中找出最好的試驗結果。 （2）算一算，有效又簡單： 計算各因素、各位級的貢獻系數K， 注：貢獻系數為每位級參加試驗各次考核結果的累加值。 計算各因素貢獻系數的極差R。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 注：極差為該因素各位級貢獻系數中最大值與最小值之差。 將諸因素按極差的大小，由大向小依次排列。 注：極差大小反映該因素的重要度。 根據各因素各位級貢獻系數值確定好位級，展望好的

31、試 驗條件。 注：好位級的選擇： 望大值質量特性，貢獻系數大好； 望小值質量特性，貢獻系數小好； 望目值質量特性，貢獻系數的平均值接近目標值好。 進行調優試驗，必要時反復調優，逼近最優試驗方 案。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 調優試驗時，選擇因素的原則： 1、重要因素有苗頭處加密； 2、次要因素按技術、經濟兩方面綜合確定； 3、有疑問的因素重復考慮； 4、意外發現補充考慮； 5、第一輪試驗結果若與期望目標相差太遠或試驗結果 不理想，是由于因素位級選擇不當，應重新考慮選擇因素 位級。 確定最優方案并進行生產驗證上； 標準化。 深圳市邦凱電子有限

32、公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 案例 2，4-二硝基苯肼的工藝改革 試驗目的：2，4-二硝基苯肼是一種試劑產品，過去的工 藝程長、工作量大且產品經常不合格。北京化工廠改革了 工藝，采用2，4-二硝基氯化苯（以下簡稱氯化苯）與水合 肼在乙醇作溶劑的條件下合成的新工藝。小試驗已初步成 功，但收率只有45，希望用正交法找出好生產條件，達 到提高知產的目的。 考核指標：產率（）與外觀（顏色）。 （一）制定因素位級有 影響試驗結果的在素是多種多樣的。通過分析矛盾，在 集思廣益的基礎上，決定本試驗需考察乙醇用量、水合肼 用量、反應溫度、反應時間、水合肼品種和攪拌速度六種 因素

33、。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 對于這六個要考察的因素，現分別按具體情況選出要考察、 比較的條件正交法中稱之為位極。 因素A乙醇用量 第一位級A1=200mL,第二位級A2=0mL（即不用乙醇） （挑選這個因素與相應的位級，是為了考察一下能否省下 乙醇，砍掉中途加乙醇這道工序？） 因素B水合肼用量 第一位級B1=理論量的2倍，第二位級B2=理論量的1.2倍。 （水合肼的用量應超過理論量，但應超過多少？心中無數. 經過討論，選了2倍和1.2倍兩個位級來試一試）。 因素C反應溫度 第一位級C1=回流溫度，第二位級C2=60（回流溫度容易 掌握，便

34、于操作，但對反應是否有利呢？現另選一個60 跟 它比較。） 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 因素D反應時間 第一位級D1=4h，第二位級D2=2h 因素E水合肼純度 第一位級E1=精品（濃度為50），第二位級E2=粗品（濃 度為20）。 （考察這個因素是為了看看能否用粗品取代精品，以降低 成本與保障原料的供應。） 因素F攪拌速度 第一位級=中快速，第二位級=快速。 （考察本因素及反應時間D，是為了看看不同的操作方法 對于產率和質量的影響。） 現把以上的討論，綜合成因素位級表（見表5-3）。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗

35、設計DOE方法培訓資料 表5-3 因素位級表 因素乙醇用量 A 水合肼用量B溫度C時間D水合肼純度 E 攪拌速度F 位級1 位級2 200mL 0mL 理論量的2倍 理論量的1.2倍 回流 60 4h 2h 精品 粗品 中快 快速 （二）確定試驗方案 表L8（27）最多能安排7個2位級的因素。本例有6個因素，可用 該表來安排。具體過程如下： 1、因素順序上列：按照因素位級表中固定下來的六種因素的 次序，A（乙醇用量）、B（水合肼用量）、C（反應速度），D （反應時間）、E（水合肼純度）和F（攪拌速度），順序地放 到L8（27）前面的六個縱列上，每列上放一種，第7列沒有放因 素，那么，它在安排試

36、驗條件上不起作用，我們可抹掉它。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 2、位級對號入座：六種因素分別在各列上安置好以后， 再 來把相應的位級，按因素位級表所確定的關系，對號入座。 具體來說： 第1列由A（乙醇用量）所占有，那么，在第1列的四個 號碼“1”的后面，都寫上（200ml），即因素位級表中因素 A 的位級1所對應的具體用量A1，在第1列的四個號碼“2”的 后 面都寫上（0ml），即A2。 第2列由B（水合肼用量）所占有，那么，在第2列的四個 號碼“1”的后面都寫上（2倍），即因素B的位級1對應的實 際用量B1=理論量的2倍，在第2列四個數碼“

37、2”的后面都寫 上 （1.2倍），即因素B的位級2對應的實際用量B2=理論量的 1.2倍。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 第3，4，5和6列的填法也一樣。這樣就填得下面的表： 表5-4 試驗計劃表 因素 列號 試驗號 乙醇用量 A 水合肼用量 B 溫度C時間 D 水合肼純 度E 攪拌速度 F 123456 1 2 3 4 5 6 7 8 1(200mL) 2(0mL) 1(200mL) 2(0mL) 1(200mL) 2(0mL) 1(200mL) 2(0mL) 1(2倍) 1(2倍) 2(1.2倍) 2(1.2倍) 1(2倍) 1(2倍) 2

38、(1.2倍) 2(1.2倍) 1(回流) 2(60) 2(60) 1(回流) 2(60) 1(回流) 1(回流) 2(60) 1(2h) 2(2h) 2(2h) 2(2h) 1(4h) 1(4h) 1(4h) 1(4h) 2(粗品) 1(精品) 2(粗品) 1(精品) 1(精品) 2(粗品) 1(精品) 2(粗品) 1(中塊) 1(中塊) 2(快) 2(快) 2(快) 2(快) 1(中塊) 1(中塊) 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 3、列出試驗條件：表5-4是一張列好的試驗方案表。表的每 一橫行代表要試驗的一種條件。每種條件試驗一次，該表 共8

39、個橫行，因此要做8次試驗。8次試驗的具體條件如下： 第1號試驗：A1B1C1D2E2F1，具體內容是： 乙醇用量：200mL； 水合肼用量：理論量的2倍 反應溫度：回流溫度； 反應時間：2h； 水合肼純度：粗品； 攪拌速度：中快。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 第3號試驗：A1B2C2D2E2F2，具體內容是： 乙醇用量：200mL； 水合肼用量：理論量的1.2倍； 反應溫度：60； 反應時間：2h ； 水合肼純度：粗品； 攪拌速度：快速。 至于第2，4，5，6，7，8號試驗的具體條件，讀者可作為 練習，自行排出。 到這里，完成了試驗方案的制訂

40、工作。隨后的任務是，按 照方案中規定的每號條件嚴格操作，并記錄下每號條件的 試驗結果。至于8個試驗的順序，并無硬性規定，看看怎么 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 方便而定。對于沒有參加正交表的因素，最好讓它們保持 良好固定狀態，如果試驗前已知其中某些因素的影響較小， 也可以讓它們停留在容易操作的自然狀態。 （三）試驗結果的分析 本例的考察指標是產品的產率和顏色。八個試驗的結果 填在表1的右方，得表5-5。怎樣充分利用這八個試驗的結果 呢？ 1、直接看，可靠又方便 直接比較八個試驗的產率，容易看出： 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教

41、案 實驗設計DOE方法培訓資料 表5-5 試驗結果分析 試驗計劃試驗結果 乙醇用量 A 水合肼用 量B 溫度C時間D 水合肼純 度E 攪拌速 度F 產率 （） 顏色 123456 1 2 3 4 5 6 7 8 1(200mL) 2(0mL) 1 2 1 2 1 2 1(2倍 ) 1 2(1.2 倍) 2 1 1 2 2 1(回流) 2(60) 2 1 2 1 1 2 2(2h) 2 2 2 1(4h) 1 1 1 2(粗品) 1(精品) 2 1 1 2 1 2 1(中塊) 1 2(快) 2 2 2 1 1 56 65 54 43 63 60 42 42 合格 紫色 合格 合格 合格 合格 紫

42、色 合格 I=位級1四 次產率之和 =位級2四 次產率之和 215 210 244 181 201 224 207 218 213 212 205 220 極差R=I、 中，大數-小 數 5632311115 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 第2號試驗的產率為65，最高；其次是第5號試驗，為 63。這些好效果，是通過試驗的實踐直接得到的比較可 靠。 對于另 一項指標外觀，第2號和第7號是紫色，顏色 不合格，而第2號的產率還是最高。為弄清出現紫色的原因， 對這兩號條件又重復做一次試驗。結果是，產率依舊，奇 怪的是，其顏色卻得到桔黃色的合格品。這表明

43、，對于產 率，試驗是比較準確的，對于顏色，還有重要因素沒有列 入要考察的因素，而又沒有固定在某個狀態。工人師傅對 這兩號試驗的前后兩種情況進行具體分析后推測，影響顏 色的重要因素可能是加料速度，決定在下批試驗中進一步 考察 。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 2、算一算，有效又簡單 對于正交試驗的數量結果，通過簡單的計算，往往能由 此找出更好的條件，也能粗略地估計一下哪些因素比較重要， 以及各因素的好位級在什么地方。怎么算呢？ 如表5-5每一列的下方，分別列出了I、與極差R，它們 的算法如下： 如第1列的因素是乙醇用量A。它的I=215，是由這一

44、列四 個位級1（A1）的產率加在一起得出的。第1列的數碼“1”所 相應的試驗號是第1，3，5和7號，所以 （ 產率和數）I=+=56+54+63+42=215 其他五列的計算I、的方法，跟 第1列相同。 為了檢查計算是否正，對每列算得的I和進行驗證： 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 I+=425（即8次試驗產率的總合） 倘若不等，要找出差錯，把它改正。 至于各列的極差R，由各列I、兩數中，用大數減去小數 即得。如： 第1列乙醇用量的R=215-210=5 第2列水合肼用量的R=244-181=63 怎樣看待這些計算所得的結果呢？ 首先，對于各列，

45、比較其產率和數I和的大小。如I比大， 則占有該列的因素的位級1，在產率上通常比位級2好；如 比I大，則占有該列的因素的位級2比位級1好。比如第4列的 =218，它比I=207大，這大致表明了時間因素以2位級為好， 即反應時間2小時優于4小時。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 極差R的大小用來衡量試驗中相應因素作用的大小。極差大 的因素，意味著它的兩個位級對于產率所造成的差別比較大， 通常是重要因素，而極差小的因素往往是不重要的因素。在本 例中，第2列（水合肼用量B所占有）的R=63，比其它各列的極 差大。它表明對產率來說，水合肼用量是重要因素，理

46、論量的 2倍比1.2倍明顯地提高產率。要想再提高產率，可對水合肼用 量詳加考察，決定在第二批試驗中進行。第3，6和4列的R分別 是23、15和11，相對來說居中，表明反應溫度、攪拌速度和反 應時間是二等重要因素，生產中可采用它們的好位級。第1列 的R=5，第5列的R=1，極差值都很小，說明兩個位級的產率差 不多，因而這兩個因素是次要因素。本著減少工序、節約原料、 降低成本和保障供應的要求，選用了不加乙醇（砍掉這道工序） 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 A2和用粗品水合肼E2這兩個位級。對于次要因素，選用哪個 位級都可以，應根據節約方便的原則來選用

47、。 現在，按照極差R的大小，把諸因素按極差從大到小排列 確定出主次因素。 注：極差分析法的分析過程比方差分析法粗，后面對本案 例的方差分析結果可以看出在諸因素中只有B因素（水合肼用 量）對試驗結果有顯著影響。 表5-6將選用的位級排列，幫助大家看得更清楚。 表 5-6 因素 因素從主到次 水合肼用量 反應溫度 攪拌速度 反應時間 乙醇用量 水合肼純度 位級 數值 B1 C2 F2 D2 A2 E2 理論量的2倍 60 快速 2h 0mL(不用） 粗品 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 （四）直接看和算一算的關系 怎樣看待“直接看”與“算一算”的好條

48、件呢？在本例中，正 交 試驗向我們提供了“直接看”的好條件A2B1C2D2E1F1與“算一 算的 好條件A2B1C2D2E2F2。本例有六個兩位級的因素，可產生26=64 個試驗條件，由正交表選出的八個條件是其中的一部分。然而 藉正交表的正交性，這8個條件均衡地分散在64個條件中，它 們的代表性很強。所以“直接看”的好條件A2B1C2D2E1F1的產 率 65，在全體64個條件中會是相當高的。大量實踐表明，這種 好結果，在生產上常能起到很大的作用。 但八個條件畢竟只占全體的八分之一，即使不改進位級， 也還有繼續提高的可能。“算一算”的目的，就是為了展望一 下 更好的條件。對于大多數項目，“算一

49、算”的好條件（當它不 在 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 已做過的八個條件中時），將會超過“直接看”的好條件。不 過，對于少部分項目，“算一算”的好條件卻比不上“直接看” 的。由此可見，“算一算”的好條件（本例中A2B1C2D2E2F2）， 還只是一種可能好的配合。 如果生產上急需，通常應優先補充試驗“算一算”的好條 件。經過驗證，如果效果真有提高，就可將它交付生產上使 用。倘若驗證后的效果比不上“直接看”的好條件，就說明該 試 驗的現象比較復雜。還有一種情況是，由于試驗的時間較長， 等不到驗證試驗的結果。對于這兩種情況，生產上可先用“直 接看”

50、的好條件，也可結合具體情況作些修改，而與此同時， 另行安排試驗，尋找更好的條件。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 （五）調優試驗（第二輪試驗，撒小網） 在第一輪試驗的基礎上，為進一步提高產出率（收率） 和弄清影響產品的顏色（合格品率）的原因，決定按調優 原則進行第二輪試驗（習慣上稱其為撒小網）。 第二輪正交試驗設計： 1、挑因素、選位級，制定因素位級表 根據第一輪試驗結果的分析和調優試驗原則，第二輪試 驗決定挑選下面三個要考察的因素及相應的位級。 （1）重要因素有苗頭處加密 因素A粗品水合肼用量。 位級1：A1=理論用量的1.7倍。 位級2：A2

51、=理論用量的2.3倍。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 水合肼用量是每一輪試驗中的重要因素，應該詳細考 察。在第一輪試驗中好位級2倍用量的附近加密，選擇1.7倍 和2.3倍兩個新用量繼續試驗。 至于水合肼的品種,在第一輪試驗結果的極差分析中可知, 它們的極差很小。這表明粗品和精品基本上沒有差別。本 著次要因素按技術、經濟兩方面綜合考慮的原則，決定第 二輪試驗一律采用粗品。 注：水合肼的精品又貴又少，北京化工廠原工藝采用的 精品是對采購的粗品進行提純加工所得。現改用粗品后， 撤消了提純車間、減少了環境污染和對工人的身體損傷， 降低了生產成本，是一舉

52、多得的善舉。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 （2）有疑問的因素重復考慮 因素B反應時間。 位級1：B1=2h， 位級2：B2=4h， 在第一輪試驗結果的分析中可知，2h的反應，其產出率優 于4h的反應，這與一般的專業理論似乎不相符合，而且，生產 第一線的工程技術人員對2h的反應時間優于4h反應時間很感興 趣，為慎重起見，再一次比較2h和4h這兩個位級。 （3）意外發現補充考慮 因素C加料速度。 位級1：C1=快速加料。 位級2：C2=慢速加料。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 在追查出現紫色產品的

53、原因的驗證試驗中。意外發現加料速 度可能是影響產品顏色的重要原因。因此，在第二輪試驗中要 重點考察這一意外發現。 綜合以上，得因素位級表5-7： 表 5-7 因素水合肼用量時間加料速度 位級1 位級2 1.7倍 2.3倍 2h 4h 快 慢 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 至于上批試驗的其他因素，為了節約與方便，這一批決 定砍掉中途“加乙醇”這道工序，用“快速攪拌”。“反應 溫度 60 ，雖然比回流好，但60 難于控制，決定用60 -70 之間。另外，由于第一批試驗效果很好，在第二批試驗中， 打算除去“精制主料氯化苯”這道危險工序，而一律采用工

54、業 氯化苯。 2、利用正交表確定試驗方案 L4（23）是兩位級的表，最多能安排3個兩位級的因素，本 批試驗用它來安排是很合適的。 至于填表及確定試驗方案的過程，即所謂“因素順序上 列”、 “位級對號入座”及列出試驗條件的過程已經介紹過，不再 描 述。現將試驗計劃與試驗結果列于表5-8。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 表 5-8 試驗計劃試驗結果 因素 列號 試驗號 水合肼用量A 時間B 加料速度C產率 % 顏色 1 2 3 1 2 3 4 1(1.7倍) 1(2h) 1(快) 2(2.3倍) 1 2(慢) 1 2(4h) 2 2 2 1 62

55、86 70 70 不合格 合 格 合 格 不合格 I=位級1二次產率之和 II=位級2二次產率之和 132 148 132 156 140 156I+II=288=總和 極差R=I、II中,大數小數 24 8 24 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 3、試驗結果的分析 關于顏色，“快速加速”的第1，4號試驗都出現紫色不合 格品，而“慢速加料”的第2，3號試驗都出現桔黃色的合格 品。 另外兩個因素的各個位級，紫色和桔黃色各出現一次，這說 明它們對于顏色不起決定性的影響。由此看出，加料速度是 影響顏色的重要因素，應該慢速加料。 關于產率： 直接看：第2

56、號的86%最高（比第一批的好產率65%又提 高了不少），試驗條件是： 水合肼用量為理論量的2.3倍； 反應時間為2h； 慢速加料。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 算一算： 因素從主到次 水合肼用量 加料速度 時間 好位級 2.3倍 慢 2h “算一算”的好條件和“直接看”的好條件一致。 最后順便提一下投產效果。通過正交試驗法，決定用下 列工藝投產：用工業2，4-二硝基氯化苯與粗品水合肼在乙 醇溶劑中合成；水合肼用量為理論量的2.3倍，反應時間為 2h，溫度掌握在60 -70 之間，采用慢速加料攪拌。效果 是：平均產率超過80%，從未出現紫色外形

57、，質量達到出口 標準，砍掉“精制主料氯代苯”的危險工序。總之，這是 一個 較優的方案，可以達到優質、高產、低消耗的目的。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 （六）標準化 將優化的工藝條件納入企業工藝文件。 （七）該案例的方差分析 表5-9為試驗結果分析及平方和計算表，表5-10為正交試 驗方差分析表。從計算結果可判斷，因素B對試驗結果具有 非常顯著的影響，而其他因素的影響均不具有顯著性。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 表 5-9 試驗結果分析及平方和計算 因素(列) 試驗 號(行) 試驗方案試驗結果

58、 A乙醇 用量 B水合 肼用量 C反應 溫度 D反應 時間 E水合 肼純度 F攪拌 速度 空項產率 % 顏色 11(200)1(2倍)1(回流)2(2h)2(粗品) 1(中快)256合格 22(0)12(60)21(精品)1165紫色 312(12倍)2222(快速)154合格 4221212243合格 51121(4h)12263合格 6211122160合格 7121111142紫色 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 續表 因素(列) 試驗 號(行) 試驗方案試驗結果 A乙醇 用量 B水合 肼用量 C反應 溫度 D反應 時間 E水合 肼純度 F

59、攪拌 速度 空項產率 % 顏色 8222121242合格 K1215244210207213205221yi=K1=K2 =425 yi2=23223 P=(yi)2/8 =22578.125 Sj=K1+K2/4- P K2210181224218212220204 R563231111517 Sj3.125496.125 66.12515.1250.12528.125 36.125 22 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 表 5-10 正交試驗方差分析表 方差來源平方和Sj自由度f均方sF值臨界值 因素A 因素B 因素C 因素D 因素E 因素F

60、 空項e 3.125 496.125 66.125 15.125 0.125 28.125 36.125 3.125 496.125 66.125 15.125 0.125 28.125 36.125 0.189 30.025* 4.002 0.92 0.0076 1.702 F0.01=16.3 F0.05=6.61 F0.10=4.06 小項和e82.625516.125 總和644.875 結論：因素B對試驗結果具有非常顯著的影響。 深圳市邦凱電子有限公司DOEDOE培訓教案培訓教案 實驗設計DOE方法培訓資料 四、正交試驗設計法的廣泛應用 正交試驗設計法在諸多方面具有廣泛的應用范圍，以