【正文】 實驗設(shè)計 ─ 田口方法 1 實驗設(shè)計簡介 2 為什麼需要實驗設(shè)計 ? 同樣在生產(chǎn)同規(guī)格的產(chǎn)品，為什麼有些廠商的良品率就是比較高。 ? 同樣是在生產(chǎn)同類型的產(chǎn)品，為什麼有些人的產(chǎn)品性能以及壽命就是比較好，而成本又比較低呢〇 This is the Know how 相同原料 相同製程 為什麼良品率 不一樣〇 相同產(chǎn)品 相同功能 更便宜的原料 為什麼可以做出 低成本高質(zhì)量的產(chǎn)品〇 3 日本工業(yè)強盛的原因 ? 日本人在多種製造業(yè)，如汽車、鋼鐵、電子和紡織方面，居於領(lǐng)導(dǎo)地位，主要是因為他們能以具競爭力的價格，生產(chǎn)高品質(zhì)產(chǎn)品。 ? 美國研究後認為而他們致勝的法寶主要有二項〆 – QFD(自顧客要求一直策劃到相應(yīng)的製造管理要求 ) – 田口方法 (實驗設(shè)計方法之一，簡單易用，沒有複雜的統(tǒng)計原理 ) 4 實驗設(shè)計的想法 process output input supplier customer 客戶關(guān)心什麼，在乎什麼，抱怨什麼 如何確定成為量化的產(chǎn)品特性〇 Y特性， CTQ 過程中有那些的過程因子，其會影響到 y特性，那些可能有相應(yīng)的交互作用，從中找出 CTP 有那些的輸入因子會影響到 y，從中找出CTI 對供應(yīng)應(yīng)要提出那些的規(guī)格要求，尤其是CTI 5 Y=f(x)的思想 過程 產(chǎn)品 原材料 客戶 供應(yīng)商 Supplier Input CTI x Process CTP x Output CTQ y Customer VOC 6 Y=f(x) ? Y=F(x) 關(guān)鍵 x:利用其控制 y的平均值滿足需求，標準差滿足需要 非關(guān)鍵 x:由於其影響較不大，用其來降低成本 Y:優(yōu)先關(guān)注客戶重視的特性，要能量化。 有時不只一個 Y特性 7 二階段的實驗步驟 階段一 :篩選試驗 決定 y 把有可能影響到 y的 x都要考慮並做實驗，以挑選出關(guān)鍵 x 階段二 :最佳條件 決定 y 針對已挑出的關(guān)鍵 x，進行最佳條件的試驗，以決定最佳的 x值。 控制階段 決定 y 針對關(guān)鍵少數(shù)的 x參數(shù)，進行持續(xù)的控制，以 spc監(jiān)控其穩(wěn)定性。 8 線外 品管 系統(tǒng)設(shè)計 參數(shù)設(shè)計 公差設(shè)計 產(chǎn)品 設(shè)計 設(shè)計 品管 製程 設(shè)計 技術(shù)品管 線上 品管 診斷 預(yù)測 測量 生產(chǎn) 製造品管 服務(wù) 顧客品管 供 應(yīng) 商 雙贏 夥伴 顧 客 需求 期望 滿意 DOE的應(yīng)用階段 9 田口工程簡介 ? 由田口玄一博士所提出的一套實驗方法，它在工業(yè)上較具有實際應(yīng)用性，是以生產(chǎn)力和成本效益，而非困難的統(tǒng)計為依歸。 ? 廠商現(xiàn)在必頇致力於在生產(chǎn)前就使複雜的產(chǎn)品能達到高品質(zhì)。 ? 減少變異亦即要有較大的再現(xiàn)性和可靠性，而最終目的就是要為製造商和消費者節(jié)省更多的成本。 10 討論題 ? 實驗設(shè)計的目的是為了什麼〇 ? 實驗設(shè)計是線上品管還是線外品管〇 ? 為什麼線外品管要比線上品管早做呢〇 11 變異和雜音 ? 雜音因素就是使機能特性，如燃料效率、換檔壓力、磨耗和轉(zhuǎn)向力等偏離目標值的因素。雜音因素可分為三類〆 – 外部雜音 ─ 產(chǎn)品使用時，因使用條件，如溫度、濕度、灰塵等而使機能發(fā)生變異，此類條件為外部雜章因素。 – 內(nèi)部雜音 (劣化 )─ 產(chǎn)品組件的劣化。 – 產(chǎn)品間雜音 ─ 在既定的製造條件下，因條件變異而造成產(chǎn)品間發(fā)生差異。 – 所有品質(zhì)管制活動的目標就是要生產(chǎn)經(jīng)得起各種雜音因素考驗的產(chǎn)品。 12 堅耐性 ? 所有品質(zhì)管制活動的最終目標就是要生產(chǎn)經(jīng)得起各種雜音因素考驗的產(chǎn)品。 ? 堅耐性 (Robustness)就是產(chǎn)品的機能特性對雜音因素的差異不敏感，不受影響。 13 堅耐性和雜音間的關(guān)係 PROCESS INPUT OUTPUT Y CUSTOMER 可控因子 X表示 不可控因子 Z表示 Z Z Z Z X X X 堅耐性設(shè)計，利用 X使得 Y達目標值，且不易受 Z因子方影響，謂堅耐性設(shè)計 14 討論題 ? 當你在讀書時，外界有人在吵，有人在放音樂，請問這些是信號，還是雜音〇 ? 什麼是雜音，可否用比較簡易的方式來表達〇 ? 什麼是堅耐性，如果以此題來表達時〇 15 正交實驗法導(dǎo)入 16 一個瓷磚工廠的實驗 ? 在 1953年，日本一個中等規(guī)模的瓷磚製造公司，花了200萬元，從西德買來一座新的隧道，窯本身有 80公尺長，窯內(nèi)有一部搬運平臺車，上面堆疊著幾層瓷磚，沿著軌道緩慢移動，讓瓷磚承受燒烤。 ? 問題是，這些瓷磚尺寸大小的變異，他們發(fā)現(xiàn)外層瓷磚，有 50%以上超出規(guī)格，則正好符合規(guī)格。 ? 引起瓷磚尺寸的變異，很明顯地在製程中，是一個雜音因素。 ? 解決問題，使得溫度分佈更均勻，只要重新設(shè)計整個窯就可以了，但需要額外再花 50萬元，投資相當大。 17 內(nèi)部瓷磚 外層瓷磚 (尺寸大小有變異 ) 上限 下限 尺寸大小 改善前 改善前 外部瓷磚 內(nèi)部瓷磚 18 原材料粉碎及混合 成型 燒成 上釉 燒成 控制因素 水準一 (新案 ) 水準二 (現(xiàn)行 ) A:石灰石量 5% 1% B:某添加物粗細度 細 粗 C:蠟石量 53% 43% D:蠟石種類 新案組合 現(xiàn)行組合 E:原材料加料量 1300公斤 1200公斤 浪費料回收量 0% 4% 長石量 0% 5% 19 實驗方法 ? 一次一個因素法 – 每次只改變一個因子，而其他因子保持固定。 – 但它的缺點是不能保證結(jié)果的再現(xiàn)性，尤其是當有交互作用時。 ? 例如在進行 A1和 A2的比較時，必頇考慮到其他因子，但目前的方法無法達成。 20 一次一因素的實驗 實驗次數(shù) A B C D E F G 實驗結(jié)果 1 A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 1 2 A2 B1 C1 D1 E1 F1 G1 2 3 A2 B2 C1 D1 E1 F1 G1 3 4 A2 B2 C2 D1 E1 F1 G1 4 5 A2 B2 C2 D2 E1 F1 G1 5 6 A2 B2 C2 D2 E2 F1 G1 6 7 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G1 7 8 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 8 21 全因子實驗法 ? 全因子實驗法 – 這種實驗方法，所有可能的組合都必頇加以深究。 – 但相當耗費時間、金錢，例如 ? 7因子， 2水準共頇做 128次實驗。 ? 13因子， 3水準就必頇做了 1,594,323次實驗，如果每個實驗花 3分鐘，每天 8小時，一年 250個工作天，共頇做 40年的時間。 22 A(64) B(32) C(16) D(8) E(4) F(2) G(1) 結(jié)果 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 1 2 3 1 1 1 1 1 2 1 4 1 1 1 1 1 2 2 5 1 1 1 1 2 1 1 6 1 1 1 1 2 1 2 7 1 1 1 1 2 2 1 8 1 1 1 1 2 2 2 9 1 1 1 2 1 1 1 10 1 1 1 2 1 1 2 11 1 1 1 2 1 2 1 12 1 1 1 2 1 2 2 13 1 1 1 2 2 1 1 ….. 127 2 2 2 2 2 2 1 128 2 2 2 2 2 2 2 23 正交表 (Orthogonal Array) ? 直交表 (正交表 ) – 直交表用於實驗計劃，它的建構(gòu)，允許每一個因素的效果，可以在數(shù)學(xué)上，獨立予以評估。 – 可以有效降低實驗次數(shù)，進而節(jié)省時間、金錢而且又可以得到相當好的結(jié)果。 24 次數(shù) A B C D E F G 結(jié)果 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 Y1 2 1 1 1 2 2 2 2 Y2 3 1 2 2 1 1 2 2 Y3 4 1 2 2 2 2 1 1 Y4 5 2 1 2 1 2 1 2 Y5 6 2 1 2 2 1 2 1 Y6 7 2 2 1 1 2 2 1 Y7 8 2 2 1 2 1 1 2 Y8 25 L8直交表 A 石 灰 石 量 B 粗細 度 C 蠟 石 量 D 蠟 石 種 類 E 加 料 量 F 浪 費 回 收 G 長 石 量 每百件尺寸缺陷數(shù) A B C D E F G 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 1 1 1 1 1 1 1 1 5 粗 43 現(xiàn) 1300 0 0 16 2 1 1 1 2 2 2 2 5 粗 43 新 1200 4 5 17 3 1 2 2 1 1 2 2 5 細 53 現(xiàn) 1300 4 5 12 4 1 2 2 2 2 1 1 5 細 53 新 1200 0 0 6 5 2 1 2 1 2 1 2 1 粗 53 現(xiàn) 1200 0 5 6 6 2 1 2 2 1 2 1 1 粗 53 新 1300 4 0 68 7 2 2 1 1 2 2 1 1 細 43 現(xiàn) 1200 4 0 42 8 2 2 1 2 1 1 2 1 細 43 新 1300 0 5 26 26 要素 不良總數(shù) 不良百分比 要素 不良總數(shù) 不良百分比 A1 51/400 E1 122 A2 142 E2 71 B1 107 F1 54 B2 86 F2 139 C1 101 G1 132 C2 92 G2 61 D1 76 合計 193 D2 117 回應(yīng)表 (Response Table) 27 最佳條件確認 ? 由於缺陷是愈小愈好，所以依此選出的最佳條件為〆 A1B2C2D1E2F1G2。 ? 確認實驗〆將預(yù)期的缺陷數(shù)和“確認實驗”的結(jié)果做比較。 ? 但事實上廠商選得是 A1B2C1D1E2F1G2，主要的原因是 C(蠟石 )要因的價格很貴，但改善的效果又不大，所以選 C1(蠟石含量為 43%) 28 內(nèi)部瓷磚 外層瓷磚 (尺寸大小有變異 ) 上限 下限 尺寸大小 改善前 外部瓷磚 內(nèi)部瓷磚 改善後 29 討論題 ? 從本案例中，你認為〇 – 最能提供最完整的實驗數(shù)據(jù)的是那一個方法 ? 一次一個因子法 ? 全因子法 ? 正交實驗法 ? 正交實驗法有何優(yōu)點〇 30 正交實驗配置 31 直交表和線點圖 ? 傳統(tǒng)的實驗計劃方法是由英國的 本世紀初發(fā)出來的，該方法包含多種的統(tǒng)計設(shè)計技巧，其需要使用比較繁複的統(tǒng)計技巧，所以較少使用在工業(yè)界上。 ? 田口方法〆由田口玄博士所提出，它刪除許多統(tǒng)計設(shè)計的工作，以一種可以直接、經(jīng)濟的方式一次就可以做許多因素的實驗，所以工業(yè)界上較常用。 32 單因素實驗 ? 所謂單因素實驗方法，即實驗過程中只允許單一因素變動，其餘因素必頇保持固定的實驗方法，但單因素實驗法可能之問題如下 – 將會漏失複合因素的訊息 – 當因素數(shù)很多時將較不真實 – 無法保證在實際的製造條件中，可獲得實驗結(jié)果的再現(xiàn)性 – 見次頁 33 一次一因素的實驗 實驗次數(shù) A B C D E F G 實驗結(jié)果 1 A1 B1 C1 D1 E1 F1 G1 1 2 A2 B1 C1 D1 E1 F1 G1 2 3 A2 B2 C1 D1 E1 F1 G1 3 4 A2 B2 C2 D1 E1 F1 G1 4 5 A2 B2 C2 D2 E1 F1 G1 5 6 A2 B2 C2 D2 E2 F1 G1 6 7 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G1 7 8 A2 B2 C2 D2 E2 F2 G2 8 34 全因素實驗 ? 全因素實驗計劃方法允許在同一時間內(nèi)檢查多數(shù)因素的效果，而在做全因素實驗時所有因素的複合水準都將被檢查。 次實驗次實驗次實驗次實驗七個因子有323,594,132187325621282,,12787????GFEDCBA35 A(64) B(32) C(16) D(8) E(4) F(2) G(1) 結(jié)果 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1