试验设计的类别及实施步骤试验设计的类别和用途试验设计的有多种类别，分别适用于不同场合，针对 不同的用途选用正确的试验设计类别是十分重要的， 它直接决定了试验的效率、效果以至成败。 试验类别的选择依据在选择试验时，须至少考虑以下因素 1、研究目标：即通过试验希望达到什么目的，解决什么 问题。 2、因素和水平数：我们的调查/分析范围。 3、每次试验的成本。试验类别根据不同的目标和因素数，试验设计可分为下表所示6个种类 。试验类型目 标典型可控因素数试验类别1、全因子试 验（所有因素 和水平的组合 ）1、寻找最有利于输出的因 子水平 2、建立可评估所有交互影 响的数学模型4因子以内2、部分因子 试验（所有组 合的一个子集 ）1、寻找最有利于输出的因子 水平 2、建立可评估部分交互影 响的数学模型5因子以上3、筛选试验1、从大量因素中发现少数关 键因素（不评估因素间的交 互作用）7因子以上4、中心复合 设计1、优化 2、建立非线性影响存在时 的数学模型（常用响应表面 方法）3因子以上5、可靠设计1、优化 2、在存在噪声因子变化的 场合发现输出最小变异时对 应的因子水平5因子以上6、塔古奇动态 可靠设计1、优化7因子以上2、优化产品或制造过程的 函数 3、使输出对噪音因子敏感性 最小，对输入因子敏感最大田口可靠设计法与传统试验设计方法的比较，如下表 ：从上表可看出，传统方法和 田口方法从不同的角度着 手，解决了同一问题，在实际使用时，以上两种方法 均可选用。传统方法特点田口可靠设计特点1、如果存在许多输入因素 ，运行筛选DOE来确定关 键的少数因素1、确定产品或制造过程的 理想数学模型2、用因素试验、中心复合 试验或BOXBehken试验 设计完全研究关键的少数 因素2、在一组动态试验中同时 研究大量的控制因子，以 发现使理想模型中偏差最 小的因子和水平组合试验方案（类别）的选择流程试验方案的选择流程如下图：确定试 验目标选定自变量（因素）进行筛选DOE需要进行试验吗？结束试验精度要求高吗？进行因子DOE 全因子/分部因子观察实 际影响目标达成？开始进行优 化DOEY因素数 7NYNYNNYYN需要说明在实验水平较多，达4个以上时，有一种叫“ 均匀试验”的方法更适合使用。它的最大优点是能以较 少的试验次数完成很多因素和多水平的试验，且精度 不差。此方法是由我国统计学家王元教授和方开泰教 授于20世纪90年代所创，是一种新兴的科学方法。试验设计流程试验设计的一般步骤 1、通过确认历史数据或收集现场数据来确定目前的过程 能力。 2、确立试验目标。 3、确立衡量试验输出结果的变量。 4、确立影响输出结果的各类可控因子和噪声因子。 5、确定每个因子的水平数和各水平的实际取值。 6、选择试验用表，使其能适应所选择的因子和水平数并 确定试验次数。 7、验证测量系统。 8、试验资源准备，包括人员、材料、设备、资金等，建 立测试计划。9、进行试验，确信每个试验单元均被对应于其试验条件做好标识。 10、测量试验单元。 11、分析数据，标识主要影响因素。 12、确认取得最好输出结果的因素水平的组合。 13、在此优化组合的因素和水平值上进行重复试验以确认效果。 14、通过标准作业程序固定优化的试验条件（因子和水平），并进行应有的控制。 15、重新评估过程能力。试验设计计划试验设计计划有特别的表格，通过填写它可进行试验 设计的策划，步骤如下： 1、建立试验目标 （1）即确定想通过试验来改善什么。 （2）列出所有的关键特性。 2、确定用哪项或哪几项输出关键特性（CTS）来作为测量指标。 （1）如存在单一的指标可衡量所有关键特性，则以此为指标。 （2）如单一指标无法衡量所有关键输出特性，则可选用多个指标来衡量试验结果，但一般认为单个指标较好。3、确定可能影响到Y的可控因素一般在实际试验时，影响输出Y的因素非常多，在选 择可控因素时须据历史数据及经验先做筛选，以降低 成本和提高效率，对无法确认其影响的因素，可做为 试验因素，通过筛选试验可确定其对输出Y的影响程度 。 4、确定可能影响到输出Y的噪声因素。 5、DOE试验计划表例，某公司专门从事PCBA（印刷线 路板）元件焊接组装的公司，其波峰炉焊点不良率高 达35000ppm，客户怨声载道。急须进行改善，某6西 格玛小组经过长期定义、测量、分析阶段，已弄清问 题基本原因，现拟通过试验设计进行原因最终确认和 焊点合格率的改善，其拟定的试验计划表如下：DOE试验计划表黑带_部门/过程_项目_日期_DOE目标：_ 相关背景：现在公司波峰炉焊接不良率平均为35000ppm输出特性张三工程部波峰炉焊接品质改善 降低公司所有产品的波峰炉焊接焊点不良率关键特性如何测量规格是否用于DOE焊点不良率目视检查每个焊点有无冷焊 、假焊、桥焊、半焊等缺点小于1000PPMY返修引起的 二次不良单位时间返修率小于10块/小时（ 500点/PCBA）N是否通过对单一输出的衡量可满足所有关键特性？是的，因为测量焊点 不良率同时决定了返修率，返修率降低，则返修引起的二次不良自然降 低。可控因子焊接温度松香比例预热温度碎波高度对输 出的 影响 度试验 时改 变难 易度要否 做为 实验 因素目前水平目标水平如是试验因子如非试验因子 如何固定其为 常量，在何种 水平上 Y245Y0.810g/cm3Y 采用现在的 参数N符号含义： 有重大影响，容易改变 有中等影响，相对容易改变12070影响很小，很难改变波峰炉焊接可控因子表噪声因子PCB来料焊 盘设计对输 出的 影响 度试验 时改 变难 易度要否 做为 实验 因素策略试验 水平 设置如是试验因子如非试验因子 如何固定其为 常量，在何种 水平上？Y符号含义： 有重大影响，容易改变 有中等影响，相对容易改变影响很小，很难改变波峰炉焊接过程噪声因素稳健性 设计中 和V机种 TO8VS 机种E7通过试验计划，我们可了解丰富的试验信息 1、目标：因素、水平等一目了然。 2、已区分出可控因素与噪声因素。 3、因子对结果的影响有基本判断。 4、已确定哪些做为试验因素加以考虑哪些不予纳入试验因素。通过以上试验计划表所提供的信息，可以方便地选择 试验用表，着手试验。试验设计的成功因子试验设计是一个复杂庞大的系统工程，在实际使用中 ，要确保成功，须要注意一些关键的因素，这些因素 对试验的成功来说至关重要，分述如下： 试验设计的成功因子 1、对试验结果（输出）的准确衡量：在选择试验衡量指标时，须采用与试验过程直接相关 的输出作为指标。在必须测量缺陷的场合，尽量将缺 陷转化为计量值。这在第二章第四节已有阐述。 2、可靠的设计方案再大量的数据分析都无法补偿一个差劲的设计方案所 带来的影响，故必须在选择试验方案、输出因子（衡 量指标）、试验因素和水平时认真推敲。3、详尽的计划为达到试验进度与计划相吻合，所有参与试验的资源必须提前准备。 4、合格的测量系统为确定数据的有效性，在试验前须验证测量系统的有效性。 5、试验单元的追溯试验时须根据试条件对每个试验单元作好标识，以防信息丢失。影响DOE试验成功的几大因素1、问题定义不清楚 未明确问题的实质，导致方向性 失误。 2、试验目标不清楚 主要表现在所选的衡量指标与真 正须改善的目标间存在差异。 3、脑力激荡法方向不对 表现通过脑力激荡产生的因 素中涮掉了主要影响因素。 4、没有充分认识到试验的价值 认为试验不会给公司 带来实质性改善。 5、认为DOE花费太高。 6、认为DOE方法的策略缺乏了解。 7、对DOE方法的策略缺乏了解。 8、对DOE的工具缺乏了解9、在早期阶段未建立信息 在实施DOE的早期，觉得实施太复杂而中途放弃。 10、缺乏高层支持 高层支持是任何系统、方法实施的关键。 11、期望立即得到回报 因为心太急，在改善未取得结果前就放弃。 12、缺乏适当的辅导与培训 因为未经过正规培训，没有人掌握正确的实施策略而致试验失败。在进行试验设计时须考虑的因素1、了解试验过程的稳定状况。只有过程处于稳定状况，得到的数据才是可靠和有价 值的。 2、错误数据对试验结果的影响。错误的数据可能导致完全相反的结论，故须十分留意 ，确保数据的真实可靠。 3、潜在因素的影响未被选为试验因素的变量对结果的影响有多大，是在 试验计划和分析阶段必须考虑的因素，如发现潜在因 素对试验结果的影响很显著，则须将其纳入试验因子 的行列。4、测量精度。6西格玛系统是基于数据的决策方法，故数据的可靠性 直接影响决策的正确性，试验设计也不例外。设计前 对测量系统进行充分分析是十分重要的。 5、抽样/测试成本。在实际的试验设计中，无论哪个阶段均存在成本问题 ，在抽样和测试阶段，须在考虑样本容量时充分考虑 成本，以保持试验的经济性。 6、人力成本。试验时须考虑到涉及的人员，应将涉及人员数量限制 在允许的最小范围内。7、试验对生产的影响。试验必定需要时间，这可能对正常生产产生影响，这 要求6西格玛项目组在与制造等相关部门的协调方面做 到充分、及时，在试验过程中对试验品作好严密隔离 与标识，将对生产的影响减至最小。 8、将试验结果周图表来表示。这样做的好处是明白易懂，容易使所有人看到试验引 起的直观变化，激起大家的热情与支持。 9、从样本收集到样本测量的时间。一般来说，样本在试验后须立即进行测量，防止时间 间隔太久，从而产生潜在的未知因素对样本特性产生 好的或坏的影响，从而使试验数据偏离真值。10、测量方法的统一性。应规定标准测量方法，确保不同人、不同时间都用一 方法、同一标准去测量，从而保证测量结果的准确性 。 11、试验误差的影响。对试验结果进行分析时，会发现试验结果中的不可解 释（即误差）成分，此成分的比例须予以充分考虑， 如其过大，说明试验中还有重要的未知因素未包含至 因素中，这时须考虑重新设置试验因子，重新试验， 直至试验误差降至合理水平。DOE试验方案选定在实际的改善活动中，影响改善指标的因素往往非常 多，这些因素中有的对结果的影响一目了然改善方法 也很简单，显然没有必要对其进行试验。有些因素的 影响无法判断或影响已知但改善措施未知，则需将其 列为试验因素以进一步验证其对结果的影响，在试验 前须首先确定各因素的水平。对于影响已知但改善措 施未知的因素，其中一个水平设置为现状水平，另外 的水平可能须要找出其影响改善指标的原因，通过集 中大家智慧对此原因进行中和- 即找出对策来，最后 将对策作为此因素的一个水平列入试验表，以验证其 有效性。对输入变量（因素）进行分类通过对输入变量（因素）进行分类，我们可以判断那 引起因素必须用试验设计进行验证，那些因素无须， 下表是对输入变量的分类表。主要 输入 变量其最佳水 平已知吗 ？此因素现 在受控吗 ？如未受控， 能否控制它如可控， 如何控制受控因素 还是噪声 因素A BC未知 如未知其最佳 水平，需要对 其进行试验设 计分析。（作 为因素）受控无法控 制的因 素为噪 声因素受控因 素通过上表，可对改善过程中分析阶段发现的影响改善指标（ CTQS）的确信的所有因素进行判断，以确定是否必要进行 试验设计，如需要，要考虑哪些因素。