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被日本奉为“国宝”的方法论——DOE试验设计
2020年03月09日 发布 分类:粉体入门 点击量:1144
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不管是粉体圈还是陶瓷圈,只要涉及到试验,我们都需要一套行之有效的方法论。事实上,方法论自古有之,并不是什么稀罕玩意儿。古人最常用的方法论是试错法。据说,神农尝百草,以身试药,毒发身亡,方得《本草经》。可见,试错法比较盲目,且成本非常高。随着历史的推进,方法论与人类共同进化,并逐渐演变出具有地域特色的多样化体系。

 

神农尝百草——典型的试错法

古极速5分快三对方法论往往讳莫如深,作为典型代表的《易经》倡导的方法是——变化分析,“易”即“变”,其中的“三要十应”可表征环境变化的随机因素,包括天时、地理、人品、行为、方卦、生物、器物、言语、声色和文字。而古希腊先哲亚里士多德的理论支柱——逻辑分析,则展现了另一种简洁、实用的方法论,基本可用数理统计来表征。

1  试验设计(DOE)介绍

试验设计(DOE)是20世纪初出现的一种科学试验方法论,可以实现低成本、高质量的稳健性设计,适用于绝大多数研发机构或企业。实际上,它综合了古极速5分快三的变化分析和古希腊的逻辑分析,一方面需建立明确、简洁的数理关系,另一方面还需分析随机因素引入的变化——试验误差。

 

田口玄一

田口玄一是日本著名的质量管理专家,他的DOE设计方法可以优选出最佳的参数组合,进而大大提高产品的性价比。据称,每年日本有数百家企业利用该方法完成10万余项研究,其质优价廉的产品在国际市场上畅销不衰,促使日本经济和技术飞速发展。因此,DOE试验设计被日本奉为“国宝”。

试验设计(DOE)的三个阶段

 

下面仅介绍其中应用最广泛的正交试验设计和信噪比设计。

1.1  正交试验设计

正交试验设计的“法器”是正交表。正交表设计出来的试验方案之所以合理,是因为具有正交性和综合可比的特征。其数据分析方法分极差分析和方差分析两种:极差分析简单方便,计算量少,但忽视了试验误差的影响;而方差分析将总误差分解为试验误差(组内偏差平方和)和因素偏差(组间偏差平方和),并提供各因素的显著性检验。

 

正交表示意图

极差分析与方差分析对比表

 

方差分析计算量大,其中涉及的公式列于下表。其中

CT=T2/nk代表水平重复数,m代表水平数,n=mk,代表总试验次数。

 

1.2  信噪比设计

田口玄一将通信概念信噪比(S/N比)引入试验设计中,借以描述产品质量特性的波动程度,成为现代试验设计的重要基础。信噪比设计也以正交表为工具,不过其指标并非试验结果,而是由试验结果计算得到的S/N比值,其它计算方式与方差分析相同。另外,信噪比还能提供最佳因素水平组合条件下的试验结果估计值及其波动范围。

在此,仅列出S/N比的计算方法:

对于望目特性指标,

对于望小特性指标,yi代表试验结果;

对于望大特性指标,yi代表试验结果。

2  试验设计(DOE)应用

某陶瓷生产企业需改进瓷砖的质量,试验指标为不合格品率。

2.1  根据生产经验和专业知识归纳出因素水平表

因素水平表

 

2.2  设计正交表

L8(27)正交表

 

2.3  极差分析

极差分析结果

 

经过简单的极差分析,可得到瓷砖最佳生产条件为A1B2C2D1E2F1G2;且各因素对瓷砖质量的影响排序为:A>F>G>E>D>B>C。

如果需判断各因素影响的显著性水平,则对其进行方差分析。

如果还要划定最佳生产条件下试验结果的波动范围,则需继续开展信噪比设计和相关分析。

粉体圈 作者:王京


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