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课程目录：

1.DOE的发展及基本类型

2.DOE中的术语或惯用语理解

3.实施DOE基本原则、流程

实验设计(Design of Experiments DOE )

实验设计是一种安排实验和分析实验数据的数理统计方法。

计划安排一批试验，并按照计划在设定的条件下进行这些试验，通过改变过程的输入变量，获得新数据，然后对之进行分析，获得我们所需要的信息，从而得出科学的结论，并据此作出合理有效的决策。

实验设计DOE的发展过程

DOE实验设计的意义:

基本研究(Basic Research)：

1、发现相关问题

2、明了技术要点

产品设计(Product Design)：

1、灵敏度分析

2、建立可靠性的公差

3、特征组件

4、特征结构

5、包括低成本组件

6、包括低等级物料

7、最小的变化

8、性能的改善

工艺研发(Process Development)：

1 、变量研究

2、变量的优化设置

3、建立可靠公差

4、发现降低成本的解决办法

5、分析变化

6、改善过程中心

7、减少生产周期

8、降低废品率

9、改善产品的可靠性

工艺改善( Process Improvement)：

1、解决问题

2、明了变量及过程之关系

3、进行过程能力研究

4、设备及方法比较

计量 (Metrology)：

1、进行测量系统研究

2、判定误差的主要来源

3、最小测量误差

Mintab 中的 DOE工具：

1. 正交实验和正交表:

在科学研究、工业化生产和工程化应用过程中，经常遇到多因素、多指标、多水平试验问题，实验方案设计得好，可以达到事半功倍的效果。否则，试验次数急剧增加，而且实验结果仍不能令人满意，时间、人力、资金等方面都造成极大的浪费。

正交试验设计是利用正交表来安排与分析多因素试验的一种设计方法。它是由试验因素的全部水平组合中，挑选部分有代表性的水平组合进行试验的，通过对这部分试验结果的分析了解全面试验的情况，找出最优的水平组合。

优点：可以通过代表性很强的少数次试验，摸清各个因素对试验指标的影响情况，确定出因素的主次顺序，找出较好的生产条件或最佳参数组合。

图(a),A3和C1水平出现6次，A1，A2，C2，C3和B3水平只出现一次，试验点布局不合理，试验结果的代表性就减弱，甚至把最优组合漏掉。

图(b)中各因素各水平均出现3次，均衡分散，比较好的代表了27组试验的情况。

正交表的基本性质：

(１)正交性

(1)任一列中，各水平都出现，且出现的次数相等

(2)任两列之间各种不同水平的所有可能组合都出现，且对出现的次数相等

①正交表各列的地位是平等的，表中各列之间可以互相置换，称为列间置换；

②正交表各行之间也可相互置换，称行间置换；

③正交表中同一列的水平数字也可以相互置换，称水平置换。

(2)代表性

①任一列的各水平都出现，使得部分试验中包含所有因素的所有水平。

②任意二列间的所有组合全部出现，使任意两因素间都是全面试验。

由于正交表的正交性，正交试验的试验点必然均衡地分布在全面试验点中，具有很强的代表性。因此，部分试验寻找的最优条件与全面试验所找的最优条件，应有一致的趋势。

(3)综合可比性

① 任一列的各水平出现的次数相等；

② 任两列间所有水平组合出现次数相等，使得任一因素各水平的试验条件相同。这就保证了在每列因素各水平的效果中，最大限度地排除了其他因素的干扰。从而可以综合比较该因素不同水平对试验指标的影响情况。

根据以上特性，我们用正交表安排的试验，具有均衡分散和整齐可比的特点。所谓均衡分散，是指用正交表挑选出来的各因素水平组合在全部水平组合中的分布是均匀的 。

正交表的三个基本性质中，正交性是核心，是基础，代表性和综合可比性是正交性的必然结果。

正交表

1、等水平正交表 各列水平数相同的正交表称为等水平正交表。如L4(23)、L8(27)、L12(211)等各列中的水平为2，称为2水平正交表；L9(34)、L27(313)等各列水平为3，称为3水平正交表。

2、混合水平正交表 各列水平数不完全相同的正交表称为混合水平正交表。如L8(4×24)表中有一列的水平数为4，有4列水平数为2。也就是说该表可以安排一个4水平因素和4个2水平因素。再如L16(44×23)，L16(4×212)等都混合水平正交表。

Mintab 的DOE中的游程组合同样遵循了正交原则

2. 响应(Response)

实验输出的结果，即因变量，通常用“Y”表示

Mintab中的解释：试验中所关注的变量(测量或观测的变量)称为响应或因变量。

- 在工厂中，当实验发生在产品设计开发过程时(即DOE以产品设计开发活动为实验研究主体)，因变量往往是指被设计的最终产品所具备的产品特性(最终产品特性)，如：被设计的最终产品所具备的强度/硬度/密封性/响应时间/功率输出/，等等；

- 在工厂中，当实验发生在制造过程设计开发过程(制造过程也是首先被设计)或量产的问题分析/改进时(即DOE以制造过程为实验研究主体)，因变量往往是指被加工出来的“产品特性”(过程输