DOE详细讲解课件.ppt

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1、实 验 设 计 （ DOE） Design of Experiment为什么要进行试验设计？ 这 里 有 27个 球 ， 其 中 有 且 只 有 一 个 球 质 量为 9克 , 其 它 26个 都 为 10克 。 给 你 一 架 天 平 ， 请找 出 重 为 9克 的 那 个 球 。请 问 ， 你 至 少 要 称 几 次 ？ 实 验 设 计 的 意 义 :应 用 数 理 统 计 学 的 基 本 知 识 ， 讨 论 如 何 合 理 地 安 排 试验 、 取 得 数 据 ， 然 后 进 行 综 合 科 学 分 析 ， 从 而 尽 快 获 得 最优 组 合 方 案 。 在 工 程 学 领 域 是 改

2、 进 制 造 过 程 性 能 的 非 常 重要 的 手 段 。 在 开 发 新 工 序 中 亦 有 着 广 泛 的 应 用 。在 工 序 开 发 的 早 期 应 用 实 验 设 计 方 法 能 得 出 以 下 成 果 ：1. 提 高 产 量 ；2. 减 少 变 异 性 ， 与 额 定 值 或 目 标 值 更 为 一 致 ；3. 减 少 开 发 时 间 ；4. 减 少 总 成 本 ； DOE实 验 计 划 ： 在 进 行 DOE实 验 之 前 ， 要 充 分 考 虑 Y=f（ x1、 x2 xn)因 变 量 Y和 自 变 量 x的 关 系 。 确 定 实 验 因 子 的 人 数 ， 据 此 可确

3、 定 实 验 因 子 表 进 行 实 验 ， 一 般 实 验 计 划 包 括 如 下 内 容 。1) 确 定 实 验 目 的 ： 要 有 一 个 明 确 的 实 验 目 的 ， 以 此 才 能 达 到需 要 的 目 标 。2) 确 定 实 验 因 子 ： 要 分 析 影 响 因 变 量 变 化 的 因 子 个 数 ， 进 行全 因 子 的 DOE实 验 。3) 确 定 实 验 因 子 水 平 ： 不 同 的 实 验 因 子 水 平 会 影 响 实 验 结 果 。4) 选 定 DOE实 验 表 格 ： 根 据 因 子 数 和 因 子 水 平 确 定 DOE实 验 表格 。5) 安 排 实 验 时

4、 间 ： 根 据 DOE进 行 次 数 确 定 实 验 时 间 。 考 虑 过程 的 连 续 性 ， 尽 量 安 排 在 同 一 阶 段 进 行 实 验 为 好 。 6) 分 析 实 验 结 果 ： 将 实 验 结 果 进 行 方 差 分 析 ， 确 定 实 验 因子 的 重 要 性 及 各 因 子 对 实 验 结 果 的 影 响 程 度 。7) 重 复 性 实 验 ： 将 重 要 因 子 或 影 响 实 验 的 主 要 因 素 进 行 评估 ， 重 新 进 行 DOE实 验 ， 以 确 定 其 实 验 的 真 实 性 。8) 作 出 结 论 ： 对 实 验 结 果 进 行 分 析 后 作 出

5、 结 论 。 名词介绍 1、 试 验 因 素 试 验 因 素 指 当 试 验 条 件 变 化 ， 试 验 考 核 指 标 也 发 生 变 化时 ， 影 响 考 核 指 标 取 值 的 量 称 为 试 验 因 素 （ 因 子 ） ， 一 般记 为 A， B， C等 。 试 验 因 素 可 以 理 解 为 试 验 过 程 中 的 自 变 量 ， 如 ： 化 学试 验 中 的 温 度 、 压 力 、 时 间 、 催 化 剂 用 量 ； 机 械 加 工 中的 切 削 速 度 、 吃 刀 量 、 刀 具 的 几 何 参 数 等 。 从 广 义 上 讲 ，试 验 因 素 可 理 解 为 若 干 变 量 间

6、 的 某 种 确 定 关 系 ， 如 原 料的 配 方 比 例 、 供 货 单 位 、 工 艺 流 程 等 也 都 可 以 看 作 为 一种 广 义 因 素 。 2、 因 素 的 位 级 试 验 因 素 的 位 级 （ 水 平 ） 是 指 试 验 因 素 所 处 的 状 态 。一 般 试 验 方 案 是 由 若 干 个 试 验 因 素 所 组 成 的 若 干 组 合 ，因 素 的 几 种 状 态 ， 就 称 为 有 几 个 位 级 （ 水 平 ） 。例 如 ， 在 化 学 试 验 中 ， 温 度 、 时 间 、 压 力 这 些 因 素 允 许 在一 定 范 围 内 变 化 ， 但 在 一 个

7、试 验 方 案 中 ， 温 度 、 时 间 、 压力 等 因 素 总 是 固 定 在 几 个 状 态 中 变 化 。 例 如 ： 温 度 可 以 是100 ， 120 ， 150 等 ； 时 间 可 以 是 1h， 1.5h， 2h等 ；压 力 可 以 是 1MPa， 1.5MPa， 2MPa等 。 这 称 为 试 验 中 因 素的 三 个 位 级 （ 水 平 ） 。 3、 考 核 指 标 考 核 指 标 是 在 试 验 设 计 中 ， 根 据 试 验 目 的 而 选 定 的用 来 衡 量 试 验 效 果 的 量 值 （ 指 标 ） 。 考 核 指 标 可 以 是 定 量 的 ， 也 可 以

8、是 定 性 的 。 定 量 指标 如 硬 度 、 强 度 、 寿 命 、 成 本 、 几 何 尺 寸 、 各 种 特 性 等 。定 量 指 标 根 据 试 验 结 果 的 预 期 要 求 ， 又 可 分 为 望 目 值 、望 小 值 、 望 大 值 三 种 类 型 。 定 性 指 标 不 是 按 数 而 是 按 质区 分 ， 如 质 量 的 好 与 坏 ， 天 气 的 晴 与 阴 ， 指 标 可 以 用 加权 的 方 法 量 化 为 不 同 等 级 。 考 核 指 标 可 以 是 一 个 ， 也 可 以 是 多 个 。 前 者 称 为 单指 标 试 验 设 计 ， 后 者 称 为 多 指 标

9、试 验 设 计 。 在 多 指 标 试验 设 计 中 ， 一 般 根 据 指 标 的 重 要 程 度 予 以 加 权 ， 确 定 为一 个 综 合 性 考 核 指 标 ， 以 便 进 行 计 算 。 4、 完 全 因 素 位 级 组 合 完 全 因 素 位 级 组 合 指 参 与 试 验 的 全 部 因 素 与 全 部 位级 相 互 之 间 的 全 部 组 合 次 数 ， 即 全 部 的 试 验 次 数 。A1 B1B2 C1C2C1C2 A2 B1B2 C2C1C 2C1图 1 1 三 因 素 两 位 组 的 完 全 因 素 位 级 组 合 若 试 验 中 共 有 i个 因 素 ， 每 个

10、因 素 各 有 j个 位 级 ， 则 其完 全 因 素 位 级 组 合 数 （ 全 部 试 验 的 次 数 ） 应 有 N=ji次 。 如 ，对 于 一 个 具 有 3个 因 素 （ A， B， C） ， 每 个 因 素 各 有 两 个位 级 （ A1， A2， B1， B2， C1， C2） ， 其 完 全 因 素 位 级 组 合数 为 N=23=8次 ， 其 实 际 组 合 情 况 如 图 5 1所 示 。 随 着 因 素 位 级 数 的 增 加 ， 完 全 因 素 位 级 组 合 数 也 随之 增 加 ： 34=81 27=128 45=1024 215=33768 231=214698

11、3648 理 论 上 认 为 只 有 经 过 全 部 试 验 （ 完 全 因 素 位 级 组 合 ）后 才 能 准 确 找 出 最 佳 的 因 素 位 级 组 合 （ 最 佳 的 试 验 方案 ） 。 但 是 ， 当 因 素 位 级 数 比 较 多 时 ， 实 现 完 全 因 素 位级 组 合 又 是 不 可 能 的 。 实验案例利用Minitab中设计DOE 改 进 热 处 理 工 艺 提 高 钢 板 断 裂 强 度 问 题 。 合 金 钢 板 经热 处 理 后 将 提 高 其 抗 断 裂 性 能 ， 但 工 艺 参 数 的 选 择 是 个复 杂 问 题 。 影 响 断 裂 强 度 有 4个

12、 因 子 ， 确 认 哪 些 因 子 影 响确 实 是 显 著 地 ， 进 而 确 定 出 最 佳 的 工 艺 条 件 ， 这 几 个 因子 及 实 验 水 平 如 下 ： A： 加 热 温 度 ， 低 水 平 ： 820， 高 水 平 ： 860（ 摄 氏 度 ） B: 加 热 时 间 ， 低 水 平 ： 2， 高 水 平 ： 3（ 分 钟 ） C： 转 换 时 间 ， 低 水 平 ： 1.4， 高 水 平 ： 1.6（ 分 钟 ） D： 保 温 时 间 ， 低 水 平 ： 50， 高 水 平 ： 60（ 分 钟 ） 设计模型 设计模型 设计模型 设计模型 输入结果 拟合选定模型 拟合选定模型 拟合选定模型 拟合选定模型 P 0.001特 别 显 著P 0.05显 著P 0.05不 显 著拟合选定模型 拟合选定模型 各效应显著性分析 各效应显著性分析 各效应显著性分析 各效应显著性分析 各效应显著性分析 模型诊断 模型诊断 模型诊断 主互效应显著性判断 主互效应显著性判断 主互效应显著性判断 等值线和曲面图 实现最优化 实现最优化 实现最优化 实现最优化 结果验证 实现最优化 部分因子实验 部分因子实验