田口方法实战训练

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.
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
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
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
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
设实际测量值y与目标值m之偏差为y1、 y2、…，yn，则有:
总误差： ST = yi2
平均误差： 误差方差：
Sm = Ve =
1 (
n
yi2 )
ST Sm n 1
信噪比：
S/N = 10log S m V e
n *Ve
（3-0）
S/N 应用公式
望目： S/N= 10log（y2/ s2）
【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。
因子水平表
望小
水平
因子
1 2
A 炉温
235 240
B 轨道速度
60 62
C 镀银变化
300 305
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
C 镀银变化
1
2
2
1
2
2
1
信噪比S/N 手工计算
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 4 ）正交表 (样式)
列号 实验号
1 2 3 4 5 6 7 8 9
A
1 1 1 2 2 2 3 3 3
B
1 2 3 1 2 3 1 2 3
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。
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）。
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。
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
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
• 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
设质量特性为y，目标值为m，质量损失函为L（y）：
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。
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。
水平
1 2 3
温度 A
60 75 90
压力 B
32 36 40
厚度 C
1.00 1.25 1.50
步骤 1：制定试验计划（选择正交表）
- 28.2931 - 23.3446
-22.552 -23.64
-24.73 -25.82 -26.6.91 -28.00 -29.084
S/N比 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
步骤5：实施试验，收集数据；
实
步骤5：构建田口模型；
施
步骤7：分析数据，确定最优因子组合； 分
步骤8：验证设计。
析
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
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.
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
菜单：Stat-DOE-Taguchi-Create Taguchi Design.
是L9（34） ，默认
选择设计类型
a.水平数选 3 b.因子 数选3
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 （34）
修改设计（因子水平命名）
菜单 Stat-DOE-Modify Design.
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.
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
【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
水平
因子
1 2 3
充磁量
A
900 1100 1300
位角度
B
10 11 12
线圈匝数
C
70 80 90
步骤 1：制定试验计划（选择正交表）
C
D
1
1
2
2
3
3
2
3
3
1
1
2
3
2
1
3
2
1
正交表的 正交性质
1. 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。
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。
要点：通过『Option』——正确设置 S/N
输入y 确定S/N比
.本例属望大
Hale Waihona Puke 望大望目 望目 (优选)望小
SN分析
步骤4：数据分析
效应 等级
均值分析
效应 等级
田口实验设计 分析基础
对Y的响应值
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！
1962年田口博士获得戴明个人奖。
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
A1信噪音比 = （ -23.5218 -25.1055）/2 = - 24.3137
信噪比S/N 分析
S/N比一览表
代号 A B C
因子名称 炉温
轨道速度 镀银变化
效应等级 3 1 2
MAJ-MIN 3.0103 6.5322 4.9485
水准1
水准2
- 24.3137 - 27.3140
- 22.5527 - 29.0849
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。