《试验设计》PPT课件.pptx

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1、2023/2/102023/2/10试 验 设 计汇报者：王海全221:01试验设计汇报提纲1简介2正交试验设计3方差分析（ANOVOA）4JMP-DOE实例讲解5稳健性试验设计（robustness）6JMP-Taguchi Design7补充321:01试验设计汇报提纲1简介2正交试验设计3方差分析（ANOVOA）4JMP-DOE实例讲解5稳健性试验设计（robustness）6JMP-Taguchi Design7补充421:01试验设计简介实验设计DOE是什么？l以统计技术为主要手段理解流程、解决问题的系统、科学、且高效的分析方法HypotheticalProcessMachineYi

2、eldPressureOperatorHumidityTemperatureCostInputs（Factors）Outputs（Responds）521:01试验设计简介实验设计DOE的价值l成本l效率l方案实验设计DOE的应用领域l质量改进l流程优化l产品研发l市场调研l适用行业:农业、化工、医药、电子、半导体、汽车、银行、电信等l稳健型设计621:01试验设计简介u如何使用如何使用DOE试验设计步骤定义问题求解1定义输入和输出2安排试验3进行试验收集数据4数据分析5得出结论重新优化6721:01试验设计简介u三三种经典设计种经典设计821:01试验设计简介u序贯试验序贯试验（Sequen

3、tial trial）设计类型筛选试验（部分析因设计）全因素试验响应面法实验因子数量：3152623效应预测：主效应主效应和交互作用主效应交互效应曲面效应目的：（purpose）识别重要因子变量之间的关系优化和预测921:01试验设计简介Ronald Aylmer Fisher(1890-1962)19231923，方差分析，含，方差分析，含F F 检验检验 （F F testtest）正交表正交表的构造和开发的构造和开发Genichi Taguchi(1924-2012)稳健稳健试验设计试验设计试验设计回归设计1021:01试验设计汇报提纲1简介2正交试验设计3方差分析（ANOVOA）4JM

4、P-DOE实例讲解5稳健性试验设计（robustness）6JMP-Taguchi Design7补充1121:01试验设计正交试验设计一、相关一、相关概念概念试验指标根据试验目的而选定的的用来衡量试验效果的特征值；因素可能对试验指标产生影响的条件；水平因素的不同剂量等级或状态；处理各试验因素不同水平的组合；主因素某因素的各水平的的差别；交互效应当某一因素的单独效应随着另一因素变化而变化时，称这两个因素间存在交互作用；1221:01试验设计正交试验设计二、正交表（最简单正交表）Latin试验次数不同水平试验因素数基本性质正交性均衡分散性综合可比性1321:01试验设计正交试验设计三、基本方法三

5、、基本方法1.试验方案设计试验方案设计明确试验目的，确定试验指标明确试验目的，确定试验指标确定试验因素，选取适当水平确定试验因素，选取适当水平选用合适的正交表选用合适的正交表进行表头设计进行表头设计编制试验编制试验方案方案2.极差分析极差分析法法1421:01试验设计正交试验设计极差分析极差分析法法（R法）法）R法步骤“直接看”“算一算”趋势图1521:01试验设计正交试验设计交互作用表头设计交互作用表头设计交互作用参照设计表：交互作用参照设计表：1621:01试验设计正交试验设计多指标试验设计多指标试验设计u综合平衡法综合平衡法1.各因素对于单项指标的主次顺序和优水平各因素对于单项指标的主次

6、顺序和优水平2.各项各项指标对试验的重要程度指标对试验的重要程度1721:01试验设计正交试验设计多指标试验设计多指标试验设计u综合评分法综合评分法根据各项指标的重要程度分别赋予加权或者打分，转化成单一指标根据各项指标的重要程度分别赋予加权或者打分，转化成单一指标综合评分转化系数符号正：表示越大越好负：表示越小越好1821:01试验设计正交试验设计1921:01试验设计汇报提纲1简介2正交试验设计3方差分析（ANOVOA）4JMP-DOE实例讲解5稳健性试验设计（robustness）6JMP-Taguchi Design7补充2021:01试验设计方差分析极差极差分析分析？如何考虑试验误差影

7、响如何考虑试验误差影响方差分析方差分析(analysis of variance,ANOVA)，是对两个或是对两个或多个样本平均数差异显著性检验的方法。多个样本平均数差异显著性检验的方法。在科学实验中常常要探讨不同实验条件或处理方法对实验结果的影响。通常是比较不同实验条件下样本均值间的差异u方差分析步骤方差分析步骤1.计算偏差平方和和自由度计算偏差平方和和自由度2.显著性检验（显著性检验（F检验）检验）3.寻求最优组合和置信区间寻求最优组合和置信区间2121:01试验设计方差分析u方差分析步骤方差分析步骤1.计算偏差平方和和自由度计算偏差平方和和自由度2221:01试验设计方差分析u方差分析步

8、骤方差分析步骤1.计算偏差平方和和自由度计算偏差平方和和自由度2321:01试验设计方差分析u方差分析步骤方差分析步骤1.计算偏差平方和和自由度计算偏差平方和和自由度计算总偏差平方和总偏差平方和自由度2421:01试验设计方差分析u方差分析步骤方差分析步骤1.计算偏差平方和和自由度计算偏差平方和和自由度计算列偏差平方和列偏差平方和自由度2521:01试验设计方差分析u方差分析步骤方差分析步骤2.显著性检验显著性检验2621:01试验设计u方差分析步骤方差分析步骤2.显著性检验显著性检验方差分析2721:01试验设计u方差分析步骤方差分析步骤2.显著性检验显著性检验方差分析判断显著因素a0.1显

9、著因素A显著因素C2821:01试验设计方差分析u方差分析步骤方差分析步骤1.计算偏差平方和和自由度计算偏差平方和和自由度最优组合：1.优选显著因素A2C12.非显著因素，选取适当水平B2D1最优组合：A2B2C1D12921:01试验设计汇报提纲1简介2正交试验设计3方差分析（ANOVOA）4JMP-DOE实例讲解5稳健性试验设计（robustness）6JMP-Taguchi Design7补充咖啡强度试验（The Coffee Strength Experiment）3021:01试验设计定义研究内容u对象对象l12盎司盎司/杯的咖啡杯的咖啡u对象对象l找出相关因素找出相关因素l最最优组

10、合优组合u响应响应l咖啡强度咖啡强度u测量方法测量方法l冲溶五分钟后测量折射率（冲溶五分钟后测量折射率（1.3最优最优 可接受）可接受）u因素因素研磨温度时间供给位置3121:01试验设计定义研究内容Factor RoleRange of SettingsGrindCategoricalMedium,CoarseTemperatureContinuous195-205TimeContinuous3-4ChargeContinuous1.6-2.4StationBlocking1,2,3实验因素与范围u实验组实验组数，如何选取数，如何选取？l资源因素资源因素l时间时间因素因素u12lStatio

11、n（1 2 3）4JMP演示3221:01试验设计汇报提纲1简介2正交试验设计3方差分析（ANOVOA）4JMP-DOE实例讲解5稳健性试验设计（Robustness）6JMP-Taguchi Design7补充3321:01试验设计稳健性试验设计（Robustness）SN比试验设计比试验设计u控制控制因素因素在稳健性设计中，为了使目的特性值尽量接近目标值，需要对特定在稳健性设计中，为了使目的特性值尽量接近目标值，需要对特定的某些因素进行操控或者调整，这些因素为信号因素的某些因素进行操控或者调整，这些因素为信号因素如：机床切削加工，改变切削速度如：机床切削加工，改变切削速度 v，切削深度，切

12、削深度 f 和背吃刀量和背吃刀量 ap u误差因素误差因素干扰产品发挥性能的因素，也就是噪声。干扰产品发挥性能的因素，也就是噪声。外部外部噪声，如：温度、湿度等噪声，如：温度、湿度等内部噪声，如：产品发生劣化、磨损等内部噪声，如：产品发生劣化、磨损等产品间噪声，如相同规格间的差异引起的波动产品间噪声，如相同规格间的差异引起的波动3421:01试验设计稳健性试验设计（Robustness）SN比试验设计比试验设计实际计算中：实际计算中：3521:01试验设计稳健性试验设计（Robustness）望目特性的望目特性的SN比，如：产品尺寸、重量、电阻值等比，如：产品尺寸、重量、电阻值等望小特性的望小

13、特性的SN比，如：振动、噪声、废气等比，如：振动、噪声、废气等望大特性的望大特性的SN比，如：机械强度、弹簧寿命等比，如：机械强度、弹簧寿命等3621:01试验设计稳健性试验设计（Robustness）uSN比试验分析步骤比试验分析步骤1.计算计算SN比比2.方差分析方差分析3.选取最优组合选取最优组合（步骤步方差分析类似）（步骤步方差分析类似）3721:01试验设计汇报提纲1简介2正交试验设计3方差分析（ANOVOA）4JMP-DOE实例讲解5稳健性试验设计（robustness）6JMP-Taguchi Design7补充3821:01试验设计JMP-Taguchi DesignByrne

14、andTaguchiu响应响应lmaximize the adhesivenesslminimize the assembly costs of nylon tubingu因素因素Interfer Wall Depth AdhesiveTimeTemperatureHumidity1111L1L1L12222L2L2L23333JMP演示3921:01试验设计补充u相关相关书籍书籍1.任露泉任露泉.试验优化设计与分析试验优化设计与分析.第第2版版M.高等教育出版社高等教育出版社,2003.2.Montgomery D C.Design and analysis of experiments,8th edition u磨粒流论文磨粒流论文1.P.Ali,A.Sri,R.Walia,S.Singh,Optimization of process parameters in Abrasive Flow Machining.2.R.Butola,Q.Murtaza,R.Walia,Two start and Three Start Helical Abrasive Flow Machining for Brittle Materials,Materials Today:Proceedings 4(2)(2017)3685-3693.软件选取4021:01试验设计谢谢