实验设计─田口方法
实验设计——田口方法(精)
A
A1 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2
B
B1 B1 B2 B2 B2 B2 B2 B2
C
C1 C1 C1 C2 C2 C2 C2 C2
D
D1 D1 D1 D1 D2 D2 D2 D2
E
E1 E1 E1 E1 E1 E2 E2 E2
F
F1 F1 F1 F1 F1 F1 F2 F2
G
•直交表(正交表)
–直交表用於實驗計劃，它的建構，允許每一 個因素的效果，可以在數學上，獨立予以評 估。 –可以有效降低實驗次數，進而節省時間、金 錢而且又可以得到相當好的結果。
24
)
次數
1 2 3 4 5 6 7 8
)
A 1 1 1 1 1 2 2 2 2
B 2 1 1 2 2 1 1 2 2
C 3 1 1 2 2 2 2 1 1
28
)
內部瓷磚
外層瓷磚 (尺寸大小有變異)
改善前
改善後 上限
尺 寸 大 小
)
下限 外部瓷磚 內部瓷磚
29
討論題
• 從本案例中，你認為？
– 最能提供最完整的實驗數據的是那一個方法
• 一次一個因子法 • 全因子法 • 正交實驗法
• 正交實驗法有何優點？
30
)
31
)
直交表和線點圖
•傳統的實驗計劃方法是由英國的R.A.Fisher在 本世紀初發出來的，該方法包含多種的統計設 計技巧，其需要使用比較繁複的統計技巧，所 以較少使用在工業界上。 •田口方法：由田口玄博士所提出，它刪除許多 統計設計的工作，以一種可以直接、經濟的方 式一次就可以做許多因素的實驗，所以工業界 上較常用。
实验设计DOE田口方法
实验设计DOE田口方法田口方法（Taguchi Method）是一种实验设计（Design of Experiments, DOE）方法，旨在通过设计有限数量的实验来优化产品和过程。
这种方法是由日本工程师田口幸三在上世纪60年代提出的，已经在全球范围内应用广泛。
田口方法的主要目标是确定控制因素对产品或过程的性能目标的影响，并找到一组最优的控制因素设置，以实现这些性能目标。
田口方法通过以下三个步骤来实现这一目标：1.识别关键因素：首先，需要确定影响产品或过程性能的关键因素。
这些因素可能包括材料特性、工艺参数、环境条件等。
田口方法通过对影响因素进行分析和筛选，确定出最终需要考虑的关键因素。
2. 设计实验矩阵：在确定了关键因素后，需要设计一组实验来评估这些因素的影响。
田口方法采用正交实验设计（Orthogonal Array Design，OAD）来构建实验矩阵，以尽量减少实验数量同时保证数据的准确性。
正交实验设计可以在有限的实验次数情况下获得全面而有效的数据。
3. 分析实验数据：实验数据的分析是田口方法的核心。
不同的性能目标可能需要不同的统计分析方法。
常用的分析方法包括方差分析（Analysis of Variance，ANOVA）、信号/噪声比（Signal-to-Noise Ratio，S/N Ratio）分析等。
通过对实验数据的分析，可以确定关键因素的最佳设置，以达到性能目标的最优值。
田口方法的优点在于它可以在实验次数有限的情况下获得准确的数据，并最小化因素相互影响的效应。
此外，田口方法还可以有效地提高产品和过程的稳健性，使其对外部变化具有较强的抗干扰能力。
田口方法的应用非常广泛，适用于各种不同的工业领域。
它可以用于优化产品设计、改进工艺参数、减少能源和资源消耗等方面。
田口方法已经得到了许多企业的认可，并在实践中取得了显著的效果。
总结起来，田口方法是一种有效的实验设计方法，通过有限的实验次数来确定关键因素对产品或过程性能的影响，并找到最佳的因素设置来实现优化。
田口方法简介
田口方法简介引言田口方法，又称作田口设计，是一种应用于实验设计和质量管理中的统计技术。
它是由日本统计学家田口玄一郎（Genichi Taguchi）于20世纪50年代初提出的。
田口方法通过减少质量波动性，提高产品和服务的质量，从而降低成本并增加客户满意度。
本文将介绍田口方法的由来、基本原理以及应用领域。
田口方法的由来田口方法的提出源于田口玄一郎对质量管理的思考和实践。
田口玄一郎为了解决当时日本制造业中存在的质量问题和高成本，开始寻求一种新的方法来改善产品和服务的质量。
他意识到，传统的质量管理方法仅关注产品在特定条件下的质量，无法应对生产过程中存在的随机变动因素。
于是，他提出了田口方法，通过优化产品和服务的设计以及控制生产过程，来减少质量波动性，提高整体质量水平。
田口方法的基本原理田口方法的核心原理是通过三个步骤：参数设计、参数优化和参数控制，来实现质量的持续改进。
参数设计参数设计是田口方法的第一个步骤，其目标是确定影响产品或服务质量的关键参数。
在传统的实验设计中，只关注少数几个重要参数，而忽略了其他可能影响质量的参数。
田口方法则采用了正交表的方法，通过设计一组相对独立和均匀分布的试验条件，覆盖了尽可能多的参数组合情况，从而更全面地了解参数对质量的影响。
参数优化参数优化是田口方法的第二个步骤，其目标是找到最佳的参数组合，以最大化产品或服务的质量。
田口方法使用信号-噪声比（S/N比）作为质量评估指标，通过优化S/N比来确定最佳参数组合。
在田口方法中，S/N比根据具体的质量特征可以选择不同的计算方法，如最小化方差、最大化平均值等。
参数控制参数控制是田口方法的第三个步骤，其目标是通过控制生产过程中的关键参数，实现质量的稳定控制。
田口方法常用的控制方法包括平均值控制、离散程度控制和参数偏移控制。
通过监控和调整关键参数，可以减少生产过程中的波动性，实现质量的稳定控制。
田口方法的应用领域田口方法广泛应用于各个领域的质量管理和实验设计中，包括制造业、服务业以及科研领域的实验设计等。
田口方法导入与配置实验设计
田口方法导入与配置实验设计田口方法，又称为田口质量管理方法，是一种通过合理设计实验来寻找最佳工艺参数的方法。
它是由日本科学家田口玄一在20世纪60年代提出的，旨在通过少量的实验次数找到最佳条件。
田口方法在工业实验设计以及优化工程中被广泛应用，具有经济、高效、科学的特点。
田口方法的核心思想是通过有限的实验次数，尽量获取到最多的信息。
在实验设计中，首先明确要研究的因素和水平，然后设计试验矩阵，并进行试验。
最后，通过分析试验结果，找到最佳的工艺条件。
田口方法的导入与配置实验设计主要包括以下几个步骤：1. 确定研究因素和水平：首先明确需要研究的因素和水平。
因素是影响实验结果的各个变量，而水平是每个因素的不同取值。
通常情况下，因素的水平数目不宜过多，一般控制在3-5个，以保证实验的可控性和可行性。
2. 构建田口试验矩阵：根据因素和水平确定田口试验矩阵。
田口试验矩阵是通过对各个因素在不同水平下的组合进行排列组合，生成实验方案。
田口试验矩阵采用正交设计，可以最大程度地减少试验次数，提高实验效率。
3. 进行试验：根据田口试验矩阵，进行实验。
在试验过程中，需要严格按照设计方案进行操作，确保实验的可靠性和可重复性。
同时，要收集实验数据，并及时记录。
4. 分析试验结果：通过对实验数据的分析，找到最佳的工艺条件。
可以利用统计方法，如方差分析、回归分析等来分析实验数据，确定各个因素对实验结果的影响程度，找到最佳的因素水平组合。
田口方法的导入与配置实验设计需要考虑以下几个因素：1. 确定目标：在实验设计之前，需要明确实验的目标。
是寻找最佳的工艺参数、优化产品性能、提高生产效率还是解决某个问题。
只有明确目标，才能有针对性地设计实验方案。
2. 确定因素和水平数目：在确定因素和水平时，需要考虑到实际情况。
因素的选择应该与实际生产密切相关，并且水平数目不宜过多。
太多的水平数目会增加实验的难度和成本，同时也会降低实验的可行性。
3. 控制实验误差：在进行实验时，需要严格按照设计方案进行操作，确保实验的可靠性和可重复性。
DOE -田口实验设计方法
17.75 34.75 15.25
27
水准1 水准2
A
B
C
D
石灰石 添加物 蜡石量 蜡石
量 粗细度
种类
12.75 26.75 25.25 19.00
35.50 21.50 23.00 29.25
E
F
G
原材料 浪费料 长石量
加料量 回收量
30.50 13.50 33.00
17.75 34.75 15.25
实验设计主要对试验进行合理安排,以较 小的试验次数、较短的试验周期和较低的 试验成本，获得理想的试验结果以及得出 科学的结论。
3
为什么需要DOE
同样在生产同规格的产品，为什么有些厂商良品率 是比较高
同样是在生产同类型的产品，为什么有些厂商的产 品性能以及寿命是比较好，而成本又比较低呢？
日本工业强盛的原因
加 料 量 1300
1200
1300
1200
1200
1300
1200
1300
F 浪费料
回 收 量 0
4
4
0
0
4
4
0
G 长石量
0 5 5 0 5 0 0 5
瓷砖 尺寸不
良 率
16 17 12 6 6 68 42 26
25
A1（5%的石灰石）的作用所对应的不良率 为：（16+17+12+6）/4=12.75%，A2(1%的石灰 石)的作用所对应的不良率为：（6+68+42+26） /4=35.50%。
44.1
24.1
4.1 A1 A2 B1 B2 C1 C2 D1 D2 E1 E2 F1 F2 G1 G2
田口实验设计方法 -回复
田口实验设计方法-回复什么是田口实验设计方法？田口实验设计方法，又称为田口方法或田口质量工程，是一种广泛应用于工程和科学领域的实验设计方法。
它由日本工程师田口玄一于20世纪60年代提出，并由此得名。
田口实验设计方法旨在通过最小的实验次数，获得较为准确的研究结果，从而提高产品或过程的质量和效率。
田口实验设计方法的核心理念是寻找和优化实验因素对于结果的影响情况。
这些实验因素也被称为设计变量，它们是在一个实验中被设定和调整的不同变量。
通过系统的实验设计和数据分析，田口方法帮助研究者确定哪些设计变量对于结果的影响最大，并帮助找到优化的工作条件。
如何运用田口实验设计方法？田口实验设计方法的运用可以分为以下几个步骤：1.明确研究目标：首先需要明确研究目标，确定要优化的结果是什么。
这可以是产品质量、工艺性能、生产效率等。
2.确定关键因素和水平：在田口方法中，关键因素是指对结果有较大影响的变量。
研究者需要根据经验或文献调研确定哪些因素可能对结果有影响，并确定每个因素的水平。
水平可以是离散的（例如高、中、低）或连续的。
3.构建田口表：田口表是田口实验设计方法的基础，它通过系统地排列和组合不同水平的因素来构建。
该表的设计使得能够识别出主要因素的影响，同时最小化实验次数。
4.进行实验和收集数据：根据田口表进行实验，并记录每个实验条件下的结果数据。
确保数据的准确性和可重复性。
5.分析数据和建立模型：通过统计方法和数据分析，研究者可以确定不同因素对结果的影响程度。
这有助于建立模型并找出优化的工作条件。
6.验证和优化：最后一步是验证和优化结果。
通过对实验结果的确认和分析，可以确定最佳的工作条件，并对过程或产品进行进一步的改进。
田口实验设计方法的优势和应用领域田口实验设计方法具有以下几个优势：1.最小化实验次数：田口实验设计方法的设计能够最小化实验次数，节约时间和资源。
2.系统的变量分析：田口方法能够系统地分析多个变量对结果的影响，帮助确定主要因素并解释变量之间的相互作用。
DOE田口实验设计
DOE实验设计(田口方法)▲设计思想现代企业已经充分意识到了品质管理的重要性，不少成功企业已将品质管理（QC）很好的融入到了产品研发及生产的各个阶段。
众所周知，品质管理包括离线品管和线上品管两个部分。
离线品管活动发生在产品和制程的设计阶段。
DOE实验设计中的田口方法是一种统计方法，利用该方法可以简化或是删除许多统计设计工作。
英瑞奇特推出此课程，旨在向您讲述如何将各项实验方法运用于产品和制程设计中，以便更有效的降低杂音因素的敏感影响，减少过程中各项的变差，从而使产品及制程设计臻于完美。
一、田口方法的涵义随着市场竞争的日趋激烈，企业只有牢牢把握市场需求，用较短的时间开发出低成本、高质量的产品，才能在竞争中立于不败之地。
在众多的产品开发方法中，田口方法不失为提高产品质量，促进技术创新，增强企业竞争力的理想方法。
田口方法是日本田口玄一博士创立的，其核心内容被日本视为“国宝”。
日本和欧美等发达国家和地区，尽管拥有先进的设备和优质原材料，仍然严把质量关，应用田口方法创造出了许多世界知名品牌田口方法是一种低成本、高效益的质量工程方法，它强调产品质量的提高不是通过检验，而是通过设计。
其基本思想是把产品的稳健性设计到产品和制造过程中，通过控制源头质量来抵御大量的下游生产或顾客使用中的噪声或不可控因素的干扰，这些因素包括环境湿度、材料老化、制造误差、零件间的波动等等。
田口方法不仅提倡充分利用廉价的元件来设计和制造出高品质的产品，而且使用先进的试验技术来降低设计试验费用，这也正是田口方法对传统思想的革命性改变．为企业增加效益指出了一个新方向。
田口方法的目的在于，使所设计的产品质量稳定、波动性小，使生产过程对各种噪声不敏感。
在产品设计过程中，利用质量、成本、效益的函数关系，在低成本的条件下开发出高质量的产品。
田口方法认为，产品开发的效益可用企业内部效益和社会损失来衡量．企业内部效益体现在功能相同条件下的低成本，社会效益则以产品进人消费领域后给人们带来的影响作为衡量指标。
实验设计─田口方法
实验设计─田口方法实验设计是科学研究中非常重要的一环，能够确保实验结果可靠、有效。
田口方法（Taguchi method）是一种常用的实验设计方法，采用统计学原理和数学模型，能够在较少的实验次数下得到较准确的实验结果。
下面将详细介绍田口方法的原理和实施步骤。
田口方法的原理基于“变动因子设计”的思想，即通过有选择性地改变实验因素，观察其对实验结果的影响，从而找到对结果最敏感的因素。
田口方法的核心原则是尽量降低实验次数，同时保持实验可靠性和有效性。
以下是田口方法的实施步骤：1.确定实验目标和结果指标：首先明确实验的目标和所要考察的结果指标。
结果指标应具体、可量化并符合实验目的。
例如，如果实验目标是改进产品的质量，结果指标可以是产品的尺寸、外观等。
2.选择实验因素和水平：在确定了实验目标和结果指标后，选择对结果指标有潜在影响的因素和其水平。
实验因素可以是材料的组成、工艺参数等。
每个因素应有两个或多个不同的取值水平。
3.构建田口表：田口表是田口方法的核心工具，用于设计实验矩阵。
根据实验因素和水平的选择，使用田口表，可以确定实验的设计，以达到尽量少的实验次数。
田口表是一个n×k的矩阵，其中n表示实验次数，k表示实验因素的个数。
4.进行实验并记录结果：按照田口表中的设计，在每一次实验中使用对应的实验参数，在相同条件下进行实验。
记录每次实验的条件设定和所得的结果。
5.分析实验结果：通过对实验结果的统计分析，寻找对结果产生最大影响的因素和最佳水平组合。
可以使用图形分析、假设检验等方法进行分析。
6.优化实验条件：根据实验结果的分析，调整实验因素的水平，以达到最佳的实验结果。
通过最优化实验条件，可以找到最佳的因素组合，提高产品的质量或性能。
田口方法的优点在于它能够在较少的实验次数下获得比较准确和可靠的结果。
由于实验设计是经过统计学原理和数学模型导出的，因此可以避免大量的试验和浪费资源。
此外，田口方法还可以降低环境因素的干扰，提高实验的稳定性。
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5
3 1 2 2 1 1 2 2 5 细 53 现 1300 4
5
4 1 2 2 2 2 1 1 5 细 53 新 1200 0
0
5 2 1 2 1 2 1 2 1 粗 53 现 1200 0
5
6 2 1 2 2 1 2 1 1 粗 53 新 1300 4
0
7 2 2 1 1 2 2 1 1 细 43 现 1200 4
36
田口试验
•假设实验执行所需花费的成本相当高，在此情况下不 管任何理由，我们希望只做四次实验，以代替全因素 实验。请问下列二表，你会选择那一项
35
田口试验
次数 A B C D E F G 结果 1234567
1 1 1 1 1 1 1 1 Y1 2 1 1 1 2 2 2 2 Y2 3 1 2 2 1 1 2 2 Y3 4 1 2 2 2 2 1 1 Y4 5 2 1 2 1 2 1 2 Y5 6 2 1 2 2 1 2 1 Y6 7 2 2 1 1 2 2 1 Y7 8 2 2 1 2 1 1 2 Y8
见次页
31
田口试验
一次一因素的实验
A 实验次
数
B
C
D
E
F
G
实验结 果
1 A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 1
2 A2 B1 C1 D1 E1 F1 G1 2
3 A2 B2 C1 D1 E1 F1 G1 3
4 A2 B2 C2 D1 E1 F1 G1 4
5 A2 B2 C2 D2 E1 F1 G1 5
上限
尺
寸
大 小
外部瓷砖
改善前
内部瓷砖
下限
17
田口试验
原材料粉碎及混合 成型 烧成 上釉 烧成
控制因素
水准一(新案)
水准二(现行)
A:石灰石量
5%
1%
B:某添加物粗细 度
C:蜡石量
细 53%
粗 43%
D:蜡石种类
新方案组合
现行组合
E:原材料加料量 1300公斤
1200公斤
F:浪费料回收量 0%
4%
G:长石量
6 A2 B2 C2 D2 E2 F1 G1 6
7 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G1 7
8 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 8
32
田口试验
全因素实验
全因素实验计划方法允许在同一时间内检查多 数因素的效果，而在做全因素实验时所有因素 的复合水平都将被检查。
有A, B, C, D, E, F , G七个因子 27 128次实验 28 256次实验 37 2187次实验 312 1,594,323次实验
23
田口试验
L8直交表
A B CDE
石 粗 蜡蜡加 A B C DE F G灰 细 石 石 料
石 度 量种量
量
类
FG 浪长 费石 回量 收
1 23 45671 2 3 4 5
67
1 1 1 1 1 1 1 1 5 粗 43 现 1300 0
0
2 1 1 1 2 2 2 2 5 粗 43 新 1200 4
问题是，这些瓷砖尺寸大小的变异，他们发现外层瓷砖， 有50%以上超出规格，另外50%则正好符合规格。
引起瓷砖尺寸的变异，很明显地在制程中，是一个杂音因
素解决问题，使得温度分布更均匀，只要重新设计整个窑就 可以了，但需要额外再花50万元，投资相当大。
16
内部瓷砖
田口试验
外层瓷砖 (尺寸大小有变异)
改善前
所有质量管理活动的最终目标就是要 生产经得起各种杂音因素考验的产品。
坚耐性(Robustness)就是产品的机能 特性对杂音因素的差异不敏感，不受影 响。
12
田口试验
坚耐性和杂音间的关系
可控因子X表示
X
X
INPUT
PROCESS
X
OUTPUT Y
CUSTOMER
Z
Z
不可控因子Z表示
Z
Z
坚耐性设计，利用X使得Y达目标值， 且不易受Z因子方影响，谓坚耐性设计
田口试验
实验设计─田口方法 实验设计简介
1
田口试验
为什么需要实验设计?
•同样在生产同规格的产品，为什么有些厂商的良品率就是比
较高。
•同样是在生产同类型的产品，为什么有些人的产品性能以及
寿命就是比较好，而成本又比较低呢？This is the Know how来自相同原料 更便宜的原料
相同制程
相同产品 相同功能
33
田口试验
A(64) B(32) C(16) D(8)
E(4)
F(2)
G(1) 结果
1
1
1
1
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
2
3
1
1
1
1
1
2
1
4
1
1
1
1
1
2
2
5
1
1
1
1
2
1
1
6
1
1
1
1
2
1
2
7
1
1
1
1
2
2
1
8
1
1
1
1
2
2
2
9
1
1
1
2
1
1
1
10
1
1
1
2
1
1
2
11
1
1
1
2
1
2
1
12
1
1
1
2
1
2
2
13
1
1
1
2
2
非关键x:由于其影响较不大， 用其来降低成本
6
田口试验
二阶段的实验步骤
阶段一:筛选试验 决定y
把有可能影响到y的x都要考虑并做实验，以挑 选出关键x
阶段二:最佳条件 决定y
针对已挑出的关键x，进行最佳条件的试验， 以决定最佳的x值。
控制阶段 决定y
针对关键少数的x参数，进行持续的控制，以 spc监控其稳定性。
21
田口试验
正交表(Orthogonal Array)
3.直交表(正交表)
直交表用于实验计划，它的建构，允许每一个因 素的效果，可以在数学上，独立予以评估。
可以有效降低实验次数，进而节省时间、金钱而 且又可以得到相当好的结果。
22
田口试验
次数 A B C D E F G 结果 1234567
1 1 1 1 1 1 1 1 Y1 2 1 1 1 2 2 2 2 Y2 3 1 2 2 1 1 2 2 Y3 4 1 2 2 2 2 1 1 Y4 5 2 1 2 1 2 1 2 Y5 6 2 1 2 2 1 2 1 Y6 7 2 2 1 1 2 2 1 Y7 8 2 2 1 2 1 1 2 Y8
1
1
…..
127
2
2
2
2
2
2
1
128
2
2
2
2
2
2
2
34
田口试验
直交性
•在实验计划中最主要的一个特性，便是实验结果的再现 性；另外，当我们希望能在各种相异的条件，以最有效 的方式比较因素水平时，都只有在直交性实验计划方法 中才能达到 •利用直交表进行实验，在实验结果的可靠度及高再现性 上，都具有高效益。不管制程条件如何变化，在不同条 件下，获得好的再现性之效果是相同的。 •假如我们的实验计划均为直交，则我们在回应表中比较 A1和A2时，我们将可确定A1中B效果与A2中的B效果应为 相同，且当因素以直交方式变动时，其它的效应将不会 混合于各因素的水准内。
0%
5%
18
田口试验
实验方法
1.一次一个因素法:
每次只改变一个因子，而其它因子保持固定。 但它的缺点是不能保证结果的再现性，尤其是当有 交互作用时。
例如在进行A1和A2的比较时，必须考虑到 其它因子，但目前的方法无法达成。
19
一次一因素的实验
A 实验次
数
B
C
D
E
F
1 A1 B1 C1 D1 E1 F1
13
田口试验
讨论题
当你在读书时，外界有人在吵，有人在放音 乐，请问这些是信号，还是杂音？
什么是杂音，可否用比较简易的方式来表达？ 什么是坚耐性，如果以此题来表达时？
14
田口试验
正交实验法导入
15
一个瓷砖工厂的实验
田口试验
在1953年，日本一个中等规模的瓷砖制造公司，花了200 万元，从西德买来一座新的隧道，窑本身有80公尺长，窑内 有一部搬运平台车，上面堆栈着几层瓷砖，沿着轨道缓慢移 动，让瓷砖承受烧烤。
厂商现在必须致力于在生产前就使复杂的产 品能达到高质量。
减少变异亦即要有较大的再现性和可靠性， 而最终目的就是要为制造商和消费者节省更多的 成本。
9
田口试验
讨论题
实验设计的目的是为了什么？ 实验设计是线上品管还是线外品管？ 为什么线外品管要比线上品管早做呢？
10
田口试验
变异和杂音
杂音因素就是使机能特性，如燃料效率、换档压 力、磨耗和转向力等偏离目标值的因素。 杂音因素可分为三类：
客户关心 什么，在 乎什么， 抱怨什么
4
Y=f(x)的思想
田口试验
供货商
原材料
过程
产品
客户
Supplier
Input CTI
x
Process CTP x