田口方法实战训练

望大：
S/N = 10log

1 n
y i2
（3-2）
望小：
S/N = - 10log

y i2
（3-3）
S/N以10倍的对数来表示
田口设计选优准则
田口博士将S/N做为实验设计的优选评价标准:
S/N比极大化
无论特性是什么情形-望小/望大/望目
SN值越大则品质越好!
静态设计与动态设计
信号因子： 是指产品使用人设定的参数，是动态特性中输出变量的 因素。举例说，一台电扇的转速，是使用人期望风量的信 号因子；在一个测量系统中，零件真值是信号因子，其测 量值是响应变量。 静态设计： 在一个系统中，如果没有信号因子或者信号因子表现为 一常数值，以寻求“点”的最佳设计，便称为静态设计； 动态设计： 在一个系统中，如果加入了信号因子，以寻求“线”的 最佳设计，便称为动态实验设计。
因子
水平
1 2
建立试验计划
使用L4（23）正交表
实验编号 1 2 3 4 A 炉温 1 1 2 2 B 轨道速度 1 2 1 2 C 镀银变化 1 2 2 1
信噪比S/N 手工计算
直交表与实验数据表
实验编号
1 2
A炉温
1 1
B轨道速度
1 2
C镀银变化
1 2
Yi
15 18
3
4
2
2
1
2
2
1
12
45
田口方法与正交实验的区别
相同：都使用正交表(但田口使用内外表)
区别：使用的分析评价标准不同
正交实验设计—— 极差分析法 田口实验设计—— 信噪比分析
田口设计展开应用
【例1】改善小组计划采取降低PCB过炉泛黄不良率的 ＤＯＥ改善活动。 望小 因子水平表
A 炉温 235 240 B 轨道速度 60 62 C 镀银变化 300 305
田口的质量哲学
定义：“质量是产品出厂后给社会带来的损失”。
品质不是检验出来的，品质必须设计到产品中去； 品质的目标是：
“最小化与目标值的偏差，且能免于噪音的影响”；
品质成本应当用与标准值偏移的函数关系来衡量——这就 是著名的“质量损失函数模型”。
品质损失函数模型
设质量特性为y，目标值为m，质量损失函为L（y）：
田口正交表样式
噪音表
控制表
试验观察值
实验次数成倍数增加: 9*8 = 72 次
设置噪音的简化方法
正确识别和确定噪音及其水平，是成功实现稳健 设计的基础。
综合误差法： 选择少数几个点，如3-4个
最不利误差法： 选定2个端点—— 正偏，正负
田口正交表样式(简化)
实验次数: 9*2= 18 次
对于噪音的识别分类，还可以有更多的分类， 只要有益于改进，就应该做深入地分析！
噪音分析的意义
产品性能指标除了受可控因子的影响外，还受到噪音的影响。 但传统的试验设计对误差的分析比较笼统，全部归为随机误 差（实验误差）。 但是在稳健设计中，为了达到产品或过程的稳定性，必须仔 细的分析这些误差是如何形成的。首先要识别噪音的具体状 况，进行仔细的分析并加以描述，进而在设法在试验中反映 这些变差，才能通过稳健设计的策略实现“抗干扰”的目的。
-24.73 -25.82 -26.6.91 -28.00 -29.084
A1 A2 B1 B2 C1 C2
工程推断：
1）主次因子顺序：B 速度—C 镀银—A 炉温度 2）最优因子水平组合：A1-B1-C2
静态望大设计实例演练
【案例2】提高磁鼓电机力矩之改善 磁鼓电机是彩色录象机的关键部件，国外同类产 品力矩指标规定大于210g.cm。为提高电机的输出力矩， 需要进行实验。 因子水平表 望大问题
SN分析
效应 等级
田口实验设计 分析基础
对Y的响应值
均值分析
效应 等级
正交实验设计 分析基础
步骤5：效应图分析- S/N
S/N 主效应图
充磁量 角度 匝数
田口方法：根据S/N 做决策！
分析：（1）显著因素顺序: B—A—C;
（2）最优因素组合：充磁量A2-角度B2-匝数C3
步骤5：效应图分析-均值
信噪比S/N 分析
S/N比一览表
代号 A B 因子名称 炉温 轨道速度 效应等级 3 1 MAJ-MIN 3.0103 6.5322 水准1 水准2
- 24.3137 - 27.3140 - 22.5527 - 29.0849
C
镀银变化
-22.552 -23.64
2
4.9485
S/N比
- 28.2931 - 23.3446
第一次实验的SN比：SN=-10㏒152 = -23.5218 第二次实验的SN比：SN=-10㏒182 = -25.1055 第三次实验的SN比：SN=-10㏒122 = -21.5836 第四次实验的SN比：SN=-10㏒452 = -33.0643
A1信噪音比 = （ -23.5218 -25.1055）/2 = - 24.3137
c.确认所选 定的设计
田口设计- 试验计划表
由系统得到正交表
：
L 9 （ 3 4）
修改设计（因子水平命名）
菜单 Stat-DOE-Modify Design.
修改因子命名/ 水平设定
中文因子 命名
水平值设置： 数字间留空格！
为保证课程讲述方便—— 取 默认值
静态田口设计
步骤2：执行试验，收集数据
因子 充磁量 位角度 线圈匝数
水平
1 2 3
A
900 1100 1300
B
10 11 12
C
70 80 90
步骤 1：制定试验计划（选择正交表）
菜单：Stat-DOE-Taguchi-Create Taguchi Design.
选择设计类型 a.水平数选 3 是L9（34） ，默认 b.因子 数选3
在通讯工程里，常以电讯的输出“信号”与“噪音” 之比作为品质指标，以此值越大表示通讯品质越好。S/N 比的原始定义是指信号噪音比，，可用以下公式表示：
S/N = 信号/噪音
该比值越达，表明品质越好。 单位 以分贝（db）表示。
S/N 理论表达式
设实际测量值y与目标值m之偏差为y1、 y2、…，yn，则有:
正交表与信噪比
正交表和信噪比是田口方法的重要基础及工具。 正交表——建立试验计划的基础 信噪比——评价品质优劣的基础
正交表
什么是正交表？ 正交表是一种规格化的表格，也是试验计划， 从一般意义讲，只要掌握正交表的运用方法就可 达到DOE目的。 正交表的表达方式：
L9（ 3
列号
可控因子是工程师能够控制和调整的因素及过程参数， 如反应温度、时间、压力、材料种类……等等/
噪音：
有许多参数非为设计工程师所能控制的因子，即随机 误差，田口称其为噪音，田口博士将噪音归纳为外部噪音、 内部噪音和零件间变异三类。 外部噪音
噪音
内部噪音
零件间变异
噪音分类1：外部噪音
外部噪音
由于环境因素与使用条件的变化或变异，如 温度、湿度、位置、粉尘、电压、电磁干扰、震 动 以及操作者人为错误等。
均值 主效应图
充磁量 角度 匝数
两种分析方法 的结论一致— —但，不会总 是一致的！
分析：显著因素—B角度—A充磁量—C 匝数
wk.baidu.com
（2）最优因素组合：充磁量A2-角度B2-匝数C3
步骤6：试验结论
工程推断：
1）主次因子顺序：B角度—A充磁量—C 匝数
2）最优因子水平组合：A2-B2-C3
步骤7：预测
田口乘积表
田口方法建立实验计划也是使用正交表,所不同的 是,使用内表+外表——乘积表 将可控因子安排在——内表 (控制表） 将噪音因子安排在——外表 (噪音表) 同时考虑可控因子及噪音对响应的影响,是田口方 法的特点. 田口方法的优势: 通过调整可控因子的水平,来降低或弱化噪音 对Y的影响, 从而提高设计方案的抗干扰能力.
总误差：
平均误差： 误差方差： 信噪比：
ST =
Sm = Ve =

1 ( n
yi2

yi2 )
ST S m n 1
S m Ve S/N = 10log n *V e
（3-0）
S/N
望目： S/N=
应用公式
（3-1）
10log（y2/ s2）
s2 1 n

1 n
( yi y ) 2
实验号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
4
）正交表 (样式)
B
1 1 1 2 2 2 3 3 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
A
C
1 2 3 2 3 1 3 1 2
D
1 2 3 3 1 2 2 3 1
正交表的 正交性质
每一列都是自我平衡的：在任意一列中，因子各 水平出现次数相同； 2.每两列都是平衡的：任两列中，某一水平的试验 组出现的频率都是相同的。
• 进行实验，将响应值Y输入工作单。
提示：试验顺序应按照随机原则执行。
步骤3： 设置SN，构造田口模型
•菜单：Stat-DOE-Taguchi-Analyze Taguchi Design
要点：通过『Option』——正确设置 S/N
.本例属望大
望大
输入y 确定S/N比
望目 望目 (优选)
望小
步骤4：数据分析
信噪比 (S/N)
田口博士创造性提出了信噪比的概念，以S/N比 作为分析改善对象和评价方案的核心指标。 S/N比的特点： 综合反映关于响应位置和离散度两个特性的信 息，从而达到获得最理想的品质效果。 ——这也正是稳健设计的核心机理。虽然缺少统计 理论支持，但实践证明它是最优良的方法。
S/N 之来源
1.
这两个性质称正交性，导致对试验结果有“均衡 分散，整齐可比”的特点，有利于计算回归方程。 因此，虽然是局部试验，但仍有可靠的代表性。
正交表的优势
试验次数少 L9(34)的全部组合 = 81次（3*3*3*3） 正交表获得的结论,在整个试验范围都成立; 具有良好的再现性； 资料分析简单.
本课程只介绍静态设计方法
田口方法的类型
，
望大特性
静态设计 望小特性 望目特性
田口方法
动态设计
加入了信号因子
田口设计的基本程序


步骤1：明确改善目标或试验目的； 步骤2：选择品质特性（起关键作用的） 计 步骤3：筛选并确定因子及其水平； 划 步骤4：确定试验计划； 步骤5：实施试验，收集数据； 实 施 步骤5：构建田口模型； 步骤7：分析数据，确定最优因子组合； 分 析 步骤8：验证设计。
当产品性能恰好为趋近目标时，质量损失最小；产 品性能偏离目标值越远，质量损失越大。
田口关于参数分类
对于一个产品或者制程，我们可以用参数图来表示。 如图2-3所示，其中y表示此过程输出的产品或制程的品质 特性（响应值）。影响y的参数可分为可控因子、噪音因子 和信号因子三类。
可控因子与噪音
可控因子：
噪音分类2：内部噪音
内部噪音
产品在库存和使用过程中，产品本身的零件、材料会随 着时间的推移发生质量变化。例如：
绝缘材料的老化 零件在使用过程中的磨损、蠕变等……
噪音分类3：零件间的变异
零件间的变异
由于构成产品的材料、零件存在变异， 制程中由于操作、设备、工艺参数的变化 以及环境因素的变化形成的变异， —— 会造成零件间的变异。
三星六西格玛系列培训
施荣伟
2011-05
田口方法与健壮设计
二战之后，日本的田口玄一博士，将试验设计方法应用于 改进产品和系统质量，并研究开发出“田口品质工程方 法”，简称田口方法。从而提升了日本产品品质及日本产 业界的研发设计能力，成为日本战后质量管理及设计开发 的核心工具。 田口方法具有很强的抗干扰能力，因此又称为“稳健参数 设计”——通过调整可控因子的水平,来降低或弱化噪音 对Y的影响, 从而提高设计方案的抗干扰能力. 1962年田口博士获得戴明个人奖。
菜单：Stat-DOE-Taguchi-Prediet Taguchi Results
1）点选L 2）点选
T设置： 只分析主效应：A B C 系统是默认的
3）点三角下拉表，设 定最优因子水平值
最佳水平：
A2-B2-C3
田口设计预测结果
Predicted values 信噪比 均值
S/N Ratio 47.7985
充磁量
Mean 240.778
角度 线圈匝数
Factor levels for predictions （最优因子水平组合）
1100
11
90
步骤8：验证实验。
田口望目设计实例演习
【案例3】提高塑料袋密合强度的稳定性
产品工程师要评估影响装货用塑料袋密合强 度的因素。有3个可控因素温度、压力、厚 度（它们分别有3个水平），另外识别出有2 个噪音条件（Noise1和Noise2）。 Y属于望目特性，规格要求定为18。