DesignExpert中文教程

《DesignExpert中文教程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DesignExpert中文教程（126页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、使用Design Expert进行实验设计Xiaoping Huang （黄小平）Frank Dai （代欢欢）写在最前面作为一名研发人员，你是否和我一样，曾经有过这些困惑?怎样用最少的试验获得我想知道的关系？如果要考虑的因子中有的是离散型数据，有些是连续型数据我该怎么办？如果我面临的两个因子受到一些实际条件的限制，我该怎样设计试验？ 一些设计出来的试验方案不可能在真实的环境下完成，该怎么办？如果不做 这个试验，会有什么影响？我有一些历史试验数据，能把他们用在我的DOE方案中吗？在一轮DOE试验分析完成后，发现有一些未知项混杂在一起，但是从分析的 结果看它们的影响还很显著，该怎样办呢？市面上似

2、乎有很多软件都号称是数理统计专业软件JMP/SAS/Minitab,但是我 真的不知道如何入手帮我做DOE帮助文件都好难懂我设计了一个试验方案，但是不知道好不好，元芳能告诉我吗？如果我设计的产品会在不同的坏境下使用，而且我知道环境可能影响产品的 表现，我该怎么设计让尽可能多的用户满意？目录1. Design-Expert软件基本介绍2如何获取软件3. 软件界面以及主要功能介绍4. 学习本教程需要DOE基础知识5. 一个最基本的因子设计案例6. 部分因子设计7混料设计介绍 8 响应面设计介绍9. 田口设计介绍10. 结束语1软件基本介绍Design-Expert (Windows 版)Desig

3、n-Expert是一款专门面向实验设计 以及相关分析的软件。和其他一些老牌的专 业数理统计分析软件比如JMP, SAS , Minitab相比，它就是一个专注于实验设计 的工具软件，使用简单直接，不需要扎实的 数理统计功底，就可以用这款软件设计出高 效的试验方案，并对实验数据做专业的分析, 给出全面、可视的模型以及优化结果。该软件由State-East公司开发并发售， 其网站上有45天免费试用版下载用以学习该 软件。Design Expert软件的历史1982年，统计学家Pat Whitcomb决心开发一个简单易用的试验设计软件，取 名为Design-Easy, 1985年这个软件开发岀来并卖

4、岀了第一个拷贝。但是他的 真正商业化是在1987年之后Minnesota大学的一位教授在使用并写了一篇广为 流传的文章，赞扬它不可思议的简单易用之后。Design-Easy的主要功能是响 应面设计，后来改关键改进设计访问Stat-Ease网站www.Stat-Easy.ComstotisticsWdcome toWc offer Design of Ezperiments DOE) software； books, training, and coniulting services. Yau can improve the quality of /our products, develop e

5、fficicnt procosscj qjickl/ solve manufocturing probiAms? and make breakthrough diieoveriei by aoplyina powerful statistical methods A must for Lcori ond Six Sigrno丿 DOE helps you find that elusi /e sv/eet spot where all of your requirementi； are met at minimal cost Harness the power of multifoctur D

6、OEj jj-j“-:nnQuickGuide 3 2；:爲當二:j jsy 二“ 3sJ上尢；妇尢山匕日妇/Whats New.厂1云. I sFxnerimerit DewiariWorlcshoD (EDME).earn the basics cr DOE in and discover how to make breakthrough improvements usng powerful design of expenments (DOE) techniques, san s ted”See the latest news:DOE FAO Alert SU3tT8,ur StaisBa

7、de_asv_BLoanmngpohs, nilJune 18-19, 7013Contact UsNewsletter Sign Up2如何获取软件可在官网上下载45天试用版通过软件代理在国内购买正式版（代理价格为9000RMB左右，官网价格为995美元）例如：.c n/products/qua/statease/i ndex.htm?gclid=CI3fluDxx7cCFcw gpQodtwkAzgRetail prices for Perpetual Single-User Licenses (Breaks are given for higher quantity orders. Co

8、ntact info for pricing information. Credit cards are accepted.)QuantityDesign-Ease 8 (DE-p)*Design-Expert 8 (DX-p)*2：$495.00 each$995.00 each3+Contact Stat-Ease for a quoteContact Stat-Ease for a quote73.软件界面以及主要功能介绍软件窗口 D:Wor2(n|DOEde妙rtMyDegignDeiignExpertFile Edit View Display Options /Design Too

9、ls Help必 D:V/ofk_2012%ll|DOEdesign expertMyDesign.dx7 Cesgn-Expert 7.1.2File Edit View Display Options Desgn Tools HelpMktureResponse SurfaceD-optimal DesignDesign for systems v/ith ooth Mixture and Process factors.。2旧|抽|呼|二Notos for F.1yD63ign.d k Grapn cciumns“2 Evaluation团“nolysisR1 (Empty)ptimiz

10、atonical3ont prediciionSelectStdRunFactor 1 AAFactor 2 D;0Factor 3 C:CResponse 1 R1111001 OO1 OO221.00-1.00-1.0053 1.00 1.001.0074-1.001.001.00c51.001.001.0046 1.001.00-1.00t37-1.001.001.00/88 001 OO1 OOJ选择试验方案设计试脸参数试验设计2回归分析3设计优化详细设计8实验数据主要功能介绍Design Expert的功能非常的明确，就是这样的三部曲：设计试验、回 归分析、预测优化；可以这样说：它提

11、供几乎所有我们需要的有关DOE 的功能，同时不提供几乎任何和DOE无关的功能。(1) 设计试验(Design)(2) 回归分析(Analysis)预测优化(Optimization)#设计试验(Design)每次新建一个试验方案的时候，在软件 界面的左边会提供所有可供选择的方案 ,我们可以根据自己项目的特点选择合 适的方案，比如因子设计、响应面设计 、混料设计或者是混合设计，在下一页 我们会简单介绍这四种设计方法。母匂【帀Ei Mln Run Mln Run Ros 17FectorhliirGQuOr Fraction General Factorial OptimalPlackett-Bu

12、rmanTaguchl OA在设计好试验方案之后，左边的菜单界 面会变应树形的菜单结构，其中有Design 、Analysis、Optimization三个主要的功能 o其中Design的功能是对我们的试验方案 作出总结，并对设计方案的好坏给出评 估。这个功能是很多通用型数理统计软 件所没有的。Mrtex far RSM.dxp：-pl DcKjniActiiAO卜二 SjfWi6ry f- L Gccfti Cdumnx :-2 Evciucticn: Anly$is； i R1 CcaverswnL 丈I 尺2 ACIMty:.Q Opthizcn - ；2t MjnKjncrf 卜匪Q巒

13、81 齐鱼 PohlPrMcOon i- Conlrmeiion11Design Expert提供的4大类试验方案Design Expert提供以下4大类试验设计方法，帮助我们优化产品或者流程, 在每夫类中又命自分为若干小类设计方法，我们应根据自己问题的特点选择 合适的设计方法。 Factorial Designs-iS过因子设计确定能够影响你的流程或者产品的关键因 素。然后通垃改变这些因子达到改进性能的冃的。因子设计是最基本的 试验设计方法，筛选试验、部分因子试验、全因子试验都是因子设计的 重奏方法，通常也是响应面方法的前奏，用以了解因子以及交互因子作 用的显著性。 Response Sur

14、face Methods (RSM)-响应而设计方法通过更多的水平实验方 案，拟合二阶以上的模型，帮朋我们找到设计的最优点。 Mixture design techniques -混料设计能帮助我们找到最优的混料配方设 计。Combined designs -综合设计，提供设计方案，将流程变量、混料变量、 以及类型变量曇不同的因子放在一个实验方案中一起考虑。13(2)回归分析(An alysis )ZFit Summary:对模型 做不同种类的拟合. 比如线性拟合、二次 拟合、三次拟合等等, 目的是帮助我们看看 哪种拟合效果最好厂E(x) Model:在选定数学变化，以及决定采用哪种拟合方式以

15、后就可以在这里对模的细节进行设遢了，比如要保留那些因子项Jgl交互项。丿(ANOVA：方差分析,软件会口动对模型进行拟合，然后根据残差对各种因素的贡献做方差分析，让我们知道那些项是关键的，J必须在模和审保留丿Diagnostics:在做完拟 合之后，用图示的方 式给出分析结果，比 如残差的止态性、分 布的随机性等等Transform:对模型做 一些数学变换，比如 对数变换、倒数变换, 目的是让因子和响应 之间的关系变得简单, 比如线性化屮 rronarorm:s fi： uwar/ f(x) Mo3 el/Model Graph:用图形的方式告诉用户模型 是什么样子的，比如 /用等高线来描述响

16、应 /和因子之间的函数关_ doles Icr RSM dxpj-8適n(ActsU5UTIW:-L Orc(*i Coumr ：g ZeKi&on:.SI Araksis甘 AHOVAMedel GraphsToorozdh$ fesfjcnse. dek cattie atovc cow insucccssicoTraixformdicnEquaihn；R1:Conve eion Anily2e/vr LoM AfcsnscrtCoding far Analysis:None (lainhda- l.0y,=yUse wih 3typcalrt$pon$e.Reccnee fom $1 t

17、o 97R&lb of max lorTinfel .901S6A faUoQfeGicrtran 4Dm*/ ndcaec tfensiortnaitonie recfjreci. For rcos IE 治 than 3 the psver trarfofm$ hrveitlk effett.15(3)预测优化(Optimization)#Numeric MPortFVeaaon；Confionalicc_)Nrt能伽比刑加巾；X Ueyjjji(ActM)；-,r 9rmY: L G齐hCoKimz二3 EvdjMon:-d gy曲j j_ R1. Corwwsisn (Antrx0 :

18、：刃 R2 AdM1y*4 Crrixvlicri-A. Crrtena J Sotulions 固BTttflperalure CM彌 Conx-ersionA:TimerongeG00I tSeaLlfitS!0时w.cyttafij JK)poftsnaosoUpper40.0050.00A:Time厂Criteria:得到模型之、后我们就可以用它来 预测最佳的设计参数 是多少了。这里Criteria是给出优化的 条件，比如各个因子 的取值范围、优化的标是吊咎等 丿；Solution:在Criteria中 设定了优化的约束和 目标之后，这里就会 给出优化的结果， 般是用列表的形式给 出一

19、些详细设计参数 供我们参函丿Gr叩hs:用图形的方 式给出解空间的形状, 或者是解在设计空间 的位过，如右图。174 学习本教程需要的DOE基础知识Y 二 f (X)Xs三研究对象（产品或者工艺过程）Ys可控变量这些变量的改变会影 响最终的结果，在试 验或者应用中我们可 以主动去改变控制这响应试验的结果ttttz9n Degn-Expert 7.1.3File Edit View Dtspky- Options Oegn Tools Hdp 纠钊皂|总I? |胡新建Welcome to DMign-Expert!To get started., click on the Fite menu a

20、nd select either1 New Designor2 Open Design因子设计：2 Level Factorial戈习 C:U5rsPubfecDocumenU.DX8Tnal data$ampleMyDeigndxp Deogn-Exped 8.0.7.1 file Edit View Display Qptions Resign Tools Help Tips2-Level Factorial DesignDesign for 2lo 21 factors vhere each factor is varied over 2 levels Useful for eslima

21、ling main effects and IM合ctlons. Fractional factorials can be used for screening many faclora to find the significant few*. Tbe color ccdrna representslhe desiQn resolution: Green = Res V or hiQher. Yellow = Res (V. 3nd Red = Res III.Min-Run Res rvIrregular Fradion General Factorial Optimal Piackett

22、-Eurman Taguchi OANumber of Factorsto22222 r326421282562 :严299 io 1 乙x2 17-11IV2 42 17-10IV2严2 17-122 ?102 12-52 18-112e2 11-5IV2 12-62 16-9o 9-5IIIQ 15-9 Gy262；2 15-8IV2 18-122懵W rvo 19-12W rvr 8-1厶 VIII2 11-4q 15-10 IV2阳Q 19-11 厶rvo 8-2厶V2 11-2 厶VII2雅2.2 13-13 2 1M42 15-6VI，19-10乙IV2.72 r20-13厶IV2

23、 10-2 VI2 16-10 IV，20-12 厶IV2 10-4IVQ 14-82 16-11 IV2 17-8 厶VI9 20-11Z V2 19-13 厶rv2 17 厶rv9 14-5 乙VIo 14-7 厶IV2 17-99 16-7 厶VI2 10-3 厶Vo 15-7W v9 13-4 厶VI27o 19IIIQ 2014o 11-3厶V)0 16-8 乙VO 18-9厶52.r2 14-10 w III9 12-322 I2；ReplCAtes: 1Forfedclp, press Fl2 7-15/|Cenier potnti per Dbct 0Show Generaio

24、rscaAeiContinue NUM输入因子信息2-Level Factorial Designo Horizontal Factorsg VerticalNameUnitsTypeLowHighA NumericTemperatu redeg CNumeric2435B NumericPres-surepsigNumeric1015C NumericConcentrationpercentNumeric24D NumericStir RatepmNumeric15S32-Level Factorial DesignOptional Power Wizard For each respons

25、e, you may enter the mhimum change ibe design shouM detect ds sta:ietcaty sicrifcant and 3sc the estna:ed standard deviation of eacn response (generaty obt3ned from hislorcol dota. The rate il then be calculated in the Dcta?SigTa feW. Press Contruc tc see :he calculated power for each response. Apro

26、oatxlcy of 80% or higher ib recorrnended If power is ow. consider adding r by choosing a taroer design or replcobon. or reconcic yourself to not detecting a signal this smal.Lcoyc Sigma and Octo fckJ3 blank to skip power coljlflbcn.Responses: 1 v (1 1o 999) EdHcpdd for power.NameUMSDiff. tc detec: D

27、etarSignaOEet Std. Dev.SOmaiioise)Deta?Si;r6(SgnaVNofce Ratio) |Fttraticn RategalionsJhr37买验后记录响应值C:UserPubWDocumenUDX8Tnal daU$ample.MyDeigrdxp - Design-Exped 8.0.7. file Edit View Display Options Resign Tools Help Tips2j nd说 ftr UyO6rr* Design (Actual)Sunwery Grapl CobmnaEvaLalfcn-卫| Anabsfe； 1 Rt

28、FitfsHonRste(B.Q Optiriz&tbn:.TJ nufTerfcfil對 Graphical呂Port PredHioSidRunFa dor A.TGirperatuft oegc2 135.0015224.0010335.002435.00625.00924.001724.0016835.004935.00111024.0051124.0071224.00121335.00141435.0013115Factor 2 B.Fteaaufe 阳0Fado 3C.Concentrat percentFacior 4D.SU Rate rpm15 004 0015.0(15.0

29、04.0030.0(10 002 0030.0C10.0020015.010 004 0015 0(10.0020030.W10 0020015 0(15 004 003015.0020015.015 002003010.004.0015.0(15 004 0015.0(150020030.0(10 004 0030.0C10.004.0030.W1S0020015 0(24.CO24.00Select 1StdRunFactor 1 Tempersiura dcgCFactor 2 B:PrG88ure 咧Factor 3 OConcentrat.percentFactor 4 D:Stir

30、 Rate rpmReepcrse 1 Filtration Rate golbzhr11 124 0015 002 0030.0045.09224 0010 0020030.0043.012335 0015 00ZOO30 00104 013424 0010004 0030.0075.015524 0015.004 0030.0070.0U635 001OOO4 0030 OO86D2735 00100020015 0071.03624 0015.0020015 0048.07924 001S004 001S00800101035 0010 0020030.00100.031135 0015

31、004.0015 0065.0112240010.002 0015.005.041335 0015 0020015 0065.061435 0010 004 0015 00600161535 00佔004.0030.00并.051624 00woo4 0015 00G6.0设计 Summary紂 C:UscriPubfecDocumenUDX8Tnal datd.SampleXFiltraie dxp - Den*Expert 8.0.7.1 file Emt Yiew Display Options Design Tools bdp lipsData V P 场？心Li NoIm for F

32、awJ anrI! SummafY I : LJ Graph Coimrng ：-*gn*Expert 8.0.7.1 file Edit View Display Qptions Resign Tools Help Tips2j NEMtorFfraB：-!r| Design (AduaoJ 5tnm9r； Grooh CohimnQ；色 Evabstioa-卫| Anabsfe； lj RtFitfsHonRsteCA.Q Optiriz&tbn:.TJ nufTerfcfil對 Graphical呂Port PredHiotdCllfl0h3Design-ExpeftSoftreFilt

33、ration RateShapiro-VVilk test 7/A-alue = 0 974 p-x*alu9 = 0.927 A Temperature B: PressureC ConcentrationD Stir Rate %：a Megatwe EffectsMseqon:% eE0N口 AC口 A曰AD BJ d-1B13-11 50-4 871 75Standardized Effect8 3815 0021 63NUM分析 Analysis分析 AnalysisE C:UsersPublicDocumentsDX8Trial dataSampleFiltrate.dxp Des

34、ign-Expert 8.0.7.Eile Edit Yi&v Display Options Design Tools Help lipsCj Notes for FltrateL T Obsqh (Actual):-厂 Summary:j也 Graph Columns:；壬EvaluationL-rt Analysisff R1:Filtr8tion Rato I昌?導Iyx Trnstam/ EfftcllANOVA 丄 Diaanosiics wood Graohs卜IlliUse your mouse :o right clck on individual cele lor defn

35、rt)ons.Response 1Filtration RateAUOVA for selected factorial modelJ Optirrizoton 工3 Numerical .理 GraphicalM： Poirt Predict onConfirmotoaAnalysis of variance table (Partial sum of squares - Type illSum ofMoanFsourceSquaresdfSquarevalueModel5535.8151107.1656.74A-Temp&rstu18705517870 369586C-Cnccntra39

36、0.05139M6(9.99D-Stir Race855.561855 564185AC 4.0511314C7.34AD1105.5611105 5656.6Resiluai195 13101951Cor Total5730315The Model F-vohe of S6.74 impks the rrodci s 5nifcant. There is onlya 0 01% chance that a Model F-Valte, this large could occur due to noiseV3ues of Proof ess than 0.0600 mdca:e rode F

37、 0.00010 0001aoo2“.000彳2000$0.0001If there are many insignifcanc model terms (not count ng those required to suppon hferarchy)mdal reduction may improve your mxfel.P-value 0.05的 时候，代表此 用壬曰苹 (7d-响应的影响大)sic Tiat33分析 Analysis分析 AnalysisC:UserskPublicDocumentADX8Tn4l 3flto5ampleFi trdtr.dKp - Dejgn-Expr

38、rt 8 D.7File Edit View Display Options Design Took 旦创p TipiLJ Notes for Fitrate:-Zj Oeign (AcfudbSurmary卜Ll Graph Colurms二切 Eva bate n卜曲 Analyse:L的 R1 filtration Rate il.R Cpiimizatonj也 Numericalh豹 Graphical卜当 Pont PrediztbnL御 Confrmdtiony Iransforn|厂 曰feet i鸟 AWOYATJhiagnasitfi ；: ModelI 一I一l.=Adeq

39、 Preoson* mea3ure3 the signal to noise rate. A rate grsaterthan 4 e desiraWe. Yourrobo of 20 641 hdicates an adequate signal This rrodel con be used to nflvigote the desigr spaceCoefficientStandard95% Cl95% ClFactorEstimatedfErrorLowHighVIFhtercept70.0611.1067.6072.52A-Tenperatur(10.8111.10&3513.271.00C-Concenirstc4.9411.102.487.401.00D-Str Rate7 31104.659 771.00ACg.0611.10-11.52-6.601.00AD8.3111.10S.3S10.771.00基于实际因子水平的回归公式Final Equation in Terms of Actual Factors:I基于己编码因子 的回归公式（正 项代表正的相关 关系，负项代表 负的相关关系， 大小代表相关关 系的大小）Filtration Rate=36.75000