工程应用分析之田口式实验计划法
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。
实验计划法田口式实验法
案例二：电子产品研发中的优化设计
总结词
田口式实验法在电子产品研发中应用，有助于优化产品设计，提高产品性能和用户体验。
详细描述
电子产品研发过程中，设计优化是关键。田口式实验法通过设计合理的实验方案，对不同设计方案进 行对比和分析，以找出最优设计方案。同时，通过实验验证和数据分析，还可以对产品性能进行预测 和改进，提高产品的性能和用户体验。
02
田口式实验法的基本原理
田口式实验法的概念
田口式实验法是一种以正交表为基础，通过实验 设计、数据分析与优化来研究多因素多水平系统 的一种实验设计方法。
它是由日本学者田口玄一先生提出，被广泛应用 于工业工程、生产制造、品质管理等领域。
田口式实验法的优点
科学性强
田口式实验法采用正交表进行实验设计，能 够科学地安排实验因素和水平，减少实验次 数，提高实验效率。
06
田口式实验法的总结与展望
总结
田口式实验法是一种 以正交表为基础，通 过控制实验条件进行 多水平实验的方法。
田口式实验法广泛应 用于各种领域，如化 工、机械、电子等， 旨在提高产品质量和 性能。
田口式实验法的核心 思想是通过控制三个 因素（质量、成本和 交货期）的组合，实 现产品优化。
田口式实验法采用正 交表设计实验方案， 具有高效、经济、灵 活的特点。
部分因子设计
只考虑部分可能的因素组合，以减少实验次数并获得 有价值的结论。
随机设计
以随机顺序进行实验，以避免实验者偏差和系统误差 。
实验误差控制
01 重复实验
进行多次实验以增加结果的可靠性和稳定性。
02 盲法
消除实验者和被试者对实验目的和分组情况的知 晓，以避免主观影响。
03 对照实验
田口实验简介
田口法设计原理1.1田口法简介田口法是工程领域中一种求最佳产品品质的实验方法，是由田口玄一博士所创立，它的核心思想是以最少的实验次数确定最佳的参数组合,快速筛选出最优设计方案。
其设计策略是尽可能减少由于状态改变而引起的品质变化，此方法已在众多工程领域中大量应用。
它的设计观念在于：①认为品质是产品的固有特性，并且是由决定产品或系统品质好坏的因素(控制因素)的水准取值决定，因此可以通过对控制因素水准的设计来对产品或系统的品质进行设计。
②产品的品质需要从“与目标的差别”、“抵抗噪声的影响的能力”以及经济性三方面来综合衡量。
图 2.1 田口法设计流程Fig. 2.1 Flow chart of Taguchi design method它创新地将产品中“恰与规格相符者”视为“最佳的性能”，从工程的角度出发，将社会损失成本作为衡量产品品质的依据，首先通过实验求取特定的品质特性指标和鲁棒性指标来求得各控制因素对产品“与目标的差别”以及“抵抗噪声的影响的能力”两个方面特性的影响效应，然后根据效应指标，在设计过程中结合成本对产品进行设计，最大限度减少产品在不同噪声环境下品质的变异，从而把质量构建到产品当中，最终生产出低成本且性能稳定可靠的物美价廉的产品。
1.2 田口法设计流程在设计时，田口法首先根据设计问题的实际将设计所涉及到的各类因素分类，并确定它们可能的水准取值，然后根据这些因素和水准的情况通过正交表工具进行实验安排并进行实验，根据实验得出各指标并将各控制因素筛选分类进而为设计提供依据，最后采用两阶段最佳化程序对产品或者系统进行设计，提炼出最经济有效的方案。
田口法具体设计流程如图 2.1 所示。
2 田口法设计相关概念2.1 因素及水准在田口法中，因素表示的是一件事物中的几个要素，水准则是因素的取值。
类似自动控制理论的原理，在田口法中对于一个产品或系统所涉及到的因素可用如图产品/系统影响因素示意图来表示：图 2.2 产品/系统影响因素示意图Fig. 2.2 Product/system influence factors sketch map如上图所示，因素可以分为信号因素(M)、控制因素(Z)，以及噪声因素(X)：①信号因素是由产品或系统使用人或操作人设定的参数，用以表示对产品所期望的质量参数。
doe田口式实验计划法的应用精品PPT课件
两行间交互作用的配置
• 假如我们预期两变量存在有显着的交互作用，则我们 可能在直交表中，预先保留一直行供配置交互作用， 以利清晰的估计交互作用。
• 如果我希望避开交络现象，则必需妥慎的配置交互作 用；如果不加注意，则即使是最简单的L4直交表，交 互作用的追踪分析也将变得困难。
• 可以利用的方法是三角矩阵法。 练习行(3)和(7)的交互作应配置于那里。
• 本直交表总共须做8次实验，最多能配置7个因子。 • 如果有因子间有交互作用时，将交互作用看作一个因子。
DOE
直交表的运用
利用自由度我们可选用最小且最合适的直交表，系依 据因素数量、每个因素的水准数，以及我们所欲调查的 交互作用数量等加以累加后的自由度来决定。例如：一 实验包含二水准因素A、B、C、D、E和交互作用A*B，A*C ，请问应选用何种直交表？
如果流量与线速有交互作用，如果流量配在L8的第三列， 线速配在第五列，那幺其交互作用行应配置在那里？
DOE
点线图
点线图是三角矩阵的图标方法，它利用圆点与直线图型 为工具，以便利完成直交中与交互作用的配置。
DOE
点线图之使用
1
• 配置因素于圆点上.
• 考虑因素间的交互作用 ，若交互作用存在，则 配置该交互作用于联接 该两因素圆点的直线上 。
一次一个因子法 全因子法 正交实验法 正交实验法有何优点？
DOE
二、直交表和点线图
• 传统的实验计划方法是由英国的R.A.Fisher在本世纪 初发明出来的，该方法包含多种的统计设计技巧，需 要使用繁复的统计技巧，所以较少使用在工业界。
• 田口方法：由田口玄一博士所提出，它删除许多统计 设计的工作，以一种可以直接、经济的方式一次就可 以做许多因素的实验，所以工业界上较常用。
第1章 DOE的经典案例
第一章田口式实验计划法的经典案例1953年，日本一个中等规模的瓷砖制造公司，花了200万美元，从西德买来一座新的隧道窑，窑本身有80米长，窑内有一部搬运平台车，上面堆放着十几层瓷砖，沿着轨道缓慢移动让瓷砖承受烧烤。
问题是，这些瓷砖尺寸大小有变异，他们发现外层瓷砖有50%以上超出规格要求，内层则正好符合规格要求。
工程师们很清楚，引起产品尺寸变异的原因是窑内各个不同位置的温度偏差导致的，只要更换隧道窑的温度控制系统，提高窑内温度的均匀就能够解决。
使得温度分布均匀，需要重新改进整个窑，需要额外再花50万美元，这在当时是一笔很大的投资，不到万不得已时谁也不愿意这样做，大家都希望寻找其他方法来解决，比如通过改变原料配方，如果能找到对温度不敏感的配方，则不需投入资金就能够化解温度不均匀而导致的尺寸变异和超差。
工程师们决定用不同的配方组合来进行试验，以寻找最佳的配方条件，具体的思路是，对现行配方组合中的每一种原料寻找替代方案，通过实际生产运行筛选能够化解温度变异的最佳配方，对于熟悉瓷砖生产工艺的工程师来说，每一种原料的替代方案其实不难找到（见下表），但每一个因素的替代方案的组合并不一定是最佳组合，最佳组合可能是各种原料现行条件和替代方案的所有组合方式中的一种，到底是哪一种，只有进行实验，对实际效果进行评价才能予以判定。
替代方案表参与过产品开发或工艺改进的人都知道，灵感可以在一秒钟内产生，但实际操作却是耗时耗力的事情。
七个可变的因素，每个因素两种选择，用全因素实验法进行筛选，就有128种组合，如果用小型设备做实验，每个实验做一天，买上8个实验用的小炉子，同时做八个实验，8天即可完成，然后在所有128个组合中寻找产品尺寸变异最小的组合即可，但本实验在小型设备中无法模拟，因为所要解决的问题的关键就在于隧道窑的温度变异，只有在该窑里做实验，找到的配方组合才是能够化解该窑温度不均匀的最佳组合（若还有另外一个窑存在类似问题，就得另外再找，因为每个窑的温度不均匀状况是不同的），这样一来，每做一次实验其实就是在不同的条件下生产一窑的瓷砖，需要全体员工折腾整整一天，128种组合就需要全体员工搞四个月，试想，能不能找到可化解温度变异的配方尚不知道，就要停产四个月搞实验，其人工、水电、材料耗费比投资50万美元还多，可行吗？除非能够有办法用几次实验就找到最佳组合方案，尚可以一试，否则就只好花钱买高精度温控系统了。
实验设计DOE田口方法
1.2. 应用领域、目的、特点
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.
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.
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1.9. 田口方法中正交表的特点
试验观察值
实验次数成倍数增加: 9*8 = 72 次
一次游程（设置）重复了8次，在重复试验每一次对噪音a,b,c,d的水平有调整，—— 会造成 Nhomakorabea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！
噪音是量产过程“人、机、料、法、环”的非可控部分；它不是人为的破坏或不遵守，不 是硬件资源故障，不是违背管理要求的非批准供方物料，不是原材料的彻底不合格等。它 是过程要素在批准准备或批准（作为PPAP的前提条件或已经PPAP）条件下（即许可的量 产条件下）的非受控波动。如：资格（拟）认可的两个班次的操作者；（拟）批准两家合 格供应商供应的同一材料号或不同批号；（拟）批准的两种测量方法；（拟）批准的常规 生产环境；（拟）批准的协变量（非受控的连续变量）-如：环境温度等等
正交表具有正交性，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（使用了全部试验的一部分），但 仍有可靠的代表性。 ➢ 信噪比 —— 评价品质优劣的基础
工程应用分析之田口式实验计划法
工程应用分析之田口式实验计划法田口式实验计划法（Taguchi Method）是由日本质量管理专家田口玄一郎于20世纪60年代提出的一种工程应用分析方法。
该方法是通过设计和执行一系列实验来优化产品、系统或过程的设计参数，以实现最佳性能和品质控制。
田口式实验计划法以其简洁、高效和准确的特点在全球范围内被广泛应用于工程领域。
田口式实验计划法的核心思想是通过考虑设计参数对结果的影响，确定最佳的参数组合来优化产品或系统的性能。
与传统的试验方法相比，田口式实验计划法减少了实验次数，但仍能得出可靠的结论。
田口式实验计划法主要包括三个步骤：参数选择、水平选择和实验设计。
首先，确定影响结果的关键参数。
然后，为每个参数选择适当的水平。
最后，设计实验矩阵并执行实验，以收集数据和分析结果。
在参数选择阶段，田口式实验计划法强调选择对结果影响最大的参数。
通过使用正交实验矩阵，可以确定最少的实验次数来获得最大的信息量。
正交实验矩阵是一种特殊的矩阵，具有平衡各种因素的能力，并且可以减少因素之间的相互作用。
因此，正交实验矩阵能够在最少的实验次数下提供有效的数据。
在水平选择阶段，田口式实验计划法要求选择适当的水平来代表参数的范围。
通常，参数的水平可以分为三种类型：高水平、低水平和中心水平。
高水平和低水平用于极端测试，而中心水平用于检测参数的相互作用。
通过选择不同水平的参数组合，可以确定最佳的参数组合来实现最佳性能。
在实验设计阶段，根据正交实验矩阵的设计，执行一系列实验并收集数据。
通过对数据进行统计分析，可以确定影响结果的关键参数和最佳参数组合。
这种分析方法可以减少试验次数和时间，并提高实验结果的准确性和可靠性。
田口式实验计划法的应用非常广泛，涵盖了各个领域的工程问题。
例如，在产品设计中，田口式实验计划法可以优化产品的功能、性能和可靠性。
在生产过程中，田口式实验计划法可以优化工艺参数，减少产品的变异性和缺陷率。
此外，田口式实验计划法还可以用于系统设计、质量改进和环境优化等领域。
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。
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工程应用分析之田口式实验计划法
田口式实验计划法（Taguchi Method）是由日本的质量工程师田口玄一在上世纪60年代提出的一种工程应用分析方法。
该方法在工程领域中广泛应用，能够提高产品质量、降低成本和缩短开发时间。
本文将对田口式实验计划法的原理和应用进行分析，以及其在工程领域的实际应用情况。
田口式实验计划法的原理是通过系统地设计实验，找出影响产品性能的关键因素，并确定这些因素的最佳水平，以实现产品性能的最优化。
通过田口式实验计划法，能够通过最少的试验次数，尽可能全面地研究产品生产过程中的因素之间的相互关系。
田口式实验计划法的具体步骤分为三个阶段：问题解决方案阶段、实验设计阶段和实验分析阶段。
在问题解决方案阶段，需要明确产品性能的目标和影响目标的因素。
在实验设计阶段，根据问题解决方案阶段得到的目标和因素，利用正交表设计合理的实验方案。
在实验分析阶段，通过分析实验数据，确定最佳因素水平，以达到产品性能的最优化。
田口式实验计划法在工程领域有广泛的应用。
例如，在产品研发过程中，可以利用田口式实验计划法确定产品的最佳设计参数，以保证产品性能的优良。
在制造过程中，可以利用田口式实验计划法确定影响产品质量的关键因素，并优化这些因素以提高产品质量和降低制造成本。
在服务领域，可以利用田口式实验计划法优化服务流程和服务质量，提高用户满意度。
田口式实验计划法的一个重要应用领域是质量工程。
质量工程是一种以数据为基础的管理方法，旨在通过分析数据，找出影响质量的最重要的因素，并制定相应的改进措施。
田口式实验计划法可以提供一个系统性的分析框架，以帮助质量工程师进行实验设计和数据分析。
通过田口式实验计划法，质量工程师可以更加高效地寻找和改善影响产品质量的因素，从而提高产品质量和客户满意度。
除了在质量工程领域外，田口式实验计划法还可以在其他工程领域中应用。
例如，在工业设计中，可以利用田口式实验计划法确定产品的最佳设计参数，以满足用户的需求和提高产品的竞争力。
在物流管理中，可以利用田口式实验计划法找出影响物流效率的关键因素，并进行相应的改进，从而提高物流效率和降低物流成本。
总之，田口式实验计划法是一种在工程领域中广泛应用的方法，能够帮助工程师找出影响产品性能的关键因素，并确定最佳因素水平，以实现产品性能的最优化。
通过田口式实验计划法，可以提高产品质量、降低成本和缩短开发时间。
田口式实验计划法在质量工程、工业设计、物流管理等领域都有实际应用，对于提升工程领域的竞争力具有重要意义。
田口式实验计划法（Taguchi Method）是由田口玄一（Genichi Taguchi）发展起
来的一种实验设计方法，旨在通过最小化试验次数和优化因素水平来提高产品或过程的性能。
它在上世纪60年代被广泛应
用于工程领域，并在此后几十年中得到了进一步的发展和改进。
田口式实验计划法的核心理念是通过设计特定的实验矩阵来获
取关键因素对产品或过程性能的影响，并确定最佳的因素水平。
这种方法与传统的一因素一次试验方法不同，它通过正交表（Orthogonal Array）来组织试验，使得因素之间的相互作用
可以更好地被理解和分析。
通过设置合适的试验水平和剂量，田口式实验计划法可以在最少的试验次数下找到最佳的因素组合。
田口式实验计划法的应用过程可以分为以下几个步骤：
1. 问题定义：明确产品或过程的目标和性能指标，以及可能影响这些指标的因素。
2. 实验设计：选择合适的正交表，确定试验的因素和水平，并设置试验次数。
通过这一步骤，可以将大量的可能性缩小到有限的一组实验。
3. 数据采集：按照实验设计，收集试验数据，记录因素水平和对应的性能指标。
4. 分析数据：利用统计方法和数据分析工具对试验结果进行分析，识别主要影响因素和因素之间的相互作用。
5. 优化：基于实验结果，确定最佳的因素水平组合，以达到最优性能。
通过田口式实验计划法能够获得以下几个显著的优点：
1. 节省试验成本和时间：田口式实验计划法通过设计较小的试
验矩阵，减少试验次数和资源消耗，提高试验效率。
2. 提高数据可靠性：田口式实验计划法通过正交设计，更好地解释因素之间的相互作用，减少其他因素的干扰，提高数据准确性和稳定性。
3. 确定重要影响因素：通过分析实验结果，田口式实验计划法能够识别主要影响因素和相互作用，帮助工程师更好地理解过程或产品的性能特征。
除了这些优势之外，田口式实验计划法还有一些适用的限制：
1. 假设线性关系：田口式实验计划法通常假设因素和响应之间存在线性关系，但在实际应用中，这种关系并不总是成立。
2. 影响因素的选择：田口式实验计划法需要事前确定影响因素和水平，这对于复杂的问题可能存在一定的困难。
尽管有这些限制，在很多工程实践中，田口式实验计划法仍然是一个非常有用的工具。
它在不同的领域中都有广泛的应用，例如产品设计、工艺改进、质量控制和服务优化等。
让我们来看几个具体的例子：
1. 产品设计优化：在新产品设计过程中，田口式实验计划法可以帮助确定关键因素和水平，以达到最佳的性能和质量。
例如，在汽车工业中，通过田口式实验计划法可以确定引擎性能的最佳参数设置。
2. 工艺改进：在制造过程中，田口式实验计划法可以用来优化关键工艺参数，以提高产品质量和稳定性。
例如，通过田口式实验计划法确定的最佳焊接参数可以显著减少焊缺陷。
3. 质量控制：田口式实验计划法可以用来优化质量控制方案，减小产品质量的变异。
例如，在半导体制造中，通过田口式实验计划法优化的生产参数可以显著降低缺陷率。
4. 服务优化：在服务领域，田口式实验计划法可以用来优化服务流程和提高客户满意度。
例如，在酒店业中，通过田口式实验计划法确定的最佳服务流程可以帮助提高客户的入住体验。
综上所述，田口式实验计划法是一个有效的工程应用分析方法，在工程领域有广泛的应用。
它通过最小化试验次数和优化因素水平，帮助工程师提高产品质量、降低成本和缩短开发时间。
通过田口式实验计划法，可以找出影响产品性能的关键因素，并确定最佳因素水平，以实现产品性能的优化。
无论是在产品设计、制造过程、质量控制还是服务优化方面，田口式实验计划法都有着重要的应用价值。