實驗設(shè)計（DOE）作為一種強(qiáng)大的統(tǒng)計學(xué)工具，被廣泛用于產(chǎn)品設(shè)計、工藝改進(jìn)、質(zhì)量改進(jìn)等方面，幫助制造業(yè)和服務(wù)業(yè)的人員尋找最優(yōu)的設(shè)計方案、最佳的工藝參數(shù)組合、最可信的現(xiàn)場問題的根本原因和主要原因。

正確實施DOE，有利于利用經(jīng)濟(jì)而有效的方法改進(jìn)過程能力和產(chǎn)品質(zhì)量，減少變差、降低成本。本文主要想簡要分享DOE的正確實施步驟。

1 前提：

1.1實驗設(shè)計不僅僅是一種統(tǒng)計技術(shù)；

1.2有效的試驗需要好的計劃、紀(jì)律、對問題的了解和統(tǒng)計方法

2實驗設(shè)計步驟

2.1定義試驗?zāi)繕?biāo)

2.2選擇輸出和輸入因素

2.3確定所需的試驗資源

2.4選擇設(shè)計矩陣和分析方法

2.5進(jìn)行試驗并記錄數(shù)據(jù)

2.6分析數(shù)據(jù)， 作出結(jié)論并驗證試驗

3步驟詳解

3.1定義試驗?zāi)繕?biāo)考慮：

3.1.1問題到底是什么：平均值漂移？厚度偏差過大？不合格率太高？……

3.1.2我們想通過實驗得到什么：什么因素對輸出有最大影響？輸入因素怎樣影響輸出？ 怎么樣設(shè)置輸入因素以得到最好的輸出？ 怎么樣設(shè)置輸入因素以確定輸出是在可接受的水平？ 怎么樣設(shè)置輸入因素才能使輸出對非受控因素不敏感？

3.1.3試驗?zāi)繕?biāo)：最大化輸出？最小化輸出？將輸出調(diào)整到目標(biāo)值？最小化偏差？實驗是否緊急？

3.2選擇輸出和輸入因素考慮：

3.2.1問題的關(guān)鍵輸出變量是什么？

3.2.2數(shù)據(jù)是計量型的還是計數(shù)型的？

3.2.3輸出變量的預(yù)測差異是多少？

3.2.4怎樣測量輸出變量？

3.2.5測量系統(tǒng)是否準(zhǔn)確和精確？

3.2.6主要輸入因素：它們是怎樣被確定的？我們有遺漏一些重要因素嗎？ 我們是否包括了太多的重要因素？這些因素是否是定量的？怎樣測量這些因素？可以控制它們嗎？它們的可能設(shè)置范圍是多少？試驗的設(shè)置范圍是什么？因素間有交互作用嗎？

3.3確定所需的試驗資源考慮：

3.3.1需要什么樣的樣本？

3.3.2收集樣本需要多長時間？

3.3.3收集樣本需要什么資源？

3.3.4測量方法是否破壞性的？

3.3.5我們能有多少樣本？

3.3.6區(qū)組和隨機(jī)化試驗次數(shù)對試驗有什么影響？

3.4選擇實驗矩陣和分析方法考慮：

3.4.1獲取所需信息的最有效途徑是什么？

3.4.2可以用什么試驗矩陣達(dá)到目的？

3.4.3哪個試驗矩陣最適合？

3.4.4是否有必要將某些因素區(qū)組？

3.4.5試驗次序可以隨機(jī)化嗎？

3.4.6應(yīng)該使用哪些分析工具？

3.5進(jìn)行實驗并記錄數(shù)據(jù)考慮：

3.5.1在試驗時出現(xiàn)誤差是正常的，但任何誤差都有可能導(dǎo)致試驗失敗。

3.5.2確保：設(shè)備操作正常/因素設(shè)置正確/正確清楚標(biāo)識樣本。

3.5.3試驗者應(yīng)該在場，不能假設(shè)一切都會按計劃進(jìn)行而沒突發(fā)狀況。

3.6分析數(shù)據(jù)， 作出結(jié)論并驗證試驗考慮：

3.6.1利用軟件進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)分析。

3.6.2試驗者應(yīng)該理解軟件所用的分析方法和方法的原理。

3.6.3利用合適的分析技術(shù)來驗證模型。

3.6.4進(jìn)行驗證試驗。

4實驗設(shè)計的成功因素

4.1確認(rèn)結(jié)果：根據(jù)設(shè)計模型，對輸出進(jìn)行一次實驗驗證

4.2選擇合適的設(shè)計策略：

4.3增長知識達(dá)到最佳水平的策略：

4.3.1第一次實驗使用25%的預(yù)算經(jīng)費(fèi)

4.3.2策劃進(jìn)行幾次實驗

4.3.3實驗是連續(xù)進(jìn)行的：

從許多因子開始，尋求幾個重要因子

尋求重要因子之間的交互影響，尋求響應(yīng)曲線

尋求每個因子的最佳設(shè)定值，建立變量之間的關(guān)系

4.4選擇因子指導(dǎo)：

4.4.1利用工程知識來選擇因子和設(shè)定值

4.4.2選擇較多的因子比遺漏重要的因子要好

4.4.3盡量選擇會影響響應(yīng)或涉及到實驗?zāi)繕?biāo)的因子。

4.4.4選擇涉及問題不同特征的因子（獨(dú)立性）

4.4.5關(guān)于因子的水平，通常采用兩個水平就足夠了，除非希望作出曲線

4.5結(jié)論

4.5.1在實驗期間獲得的結(jié)果要形成文件

4.5.2要用過程術(shù)語表達(dá)結(jié)果，不能用統(tǒng)計術(shù)語表達(dá)

4.5.3給出建議

4.5.4結(jié)果和建議必須有數(shù)據(jù)支持

4.6驗證結(jié)論

4.6.1驗證實驗結(jié)論的兩種基本方法：

驗證試驗—用建議的設(shè)定值進(jìn)行幾次補(bǔ)充實驗，看是否能達(dá)到希望的響應(yīng)結(jié)果。

實施建議的過程更改—更改過程并利用SPC方法跟蹤結(jié)果，以保證達(dá)到和維持希望的響應(yīng)。

4.6.2持續(xù)監(jiān)視過程以保證耐久性

4.6.3實驗室和生產(chǎn)環(huán)境的差異，或是設(shè)備的差異都可能影響到結(jié)果，這通常稱為量產(chǎn)的差異。

4.6.4在花費(fèi)時間和費(fèi)用進(jìn)行實驗得出的結(jié)論之前，希望驗證此結(jié)論。必須驗證之后才能實施結(jié)論。

4.7DOE常規(guī)期間的考慮：

4.7.1實驗要簡化

4.7.2實驗后設(shè)備恢復(fù)到原始狀態(tài)（這對生產(chǎn)設(shè)備很重要）

4.7.3檢查過程沒有偏離

4.7.4檢查每次實驗的可行性，若次數(shù)遺漏或發(fā)生變更，就可能喪失希望的設(shè)計特性，分析工作可能更復(fù)雜或不準(zhǔn)確。

4.7.5若可能，重復(fù)遺漏的次數(shù)。

4.7.6初始實驗只使用部分預(yù)算（一般20%～40%）。

4.7.7按計劃進(jìn)行實驗。

4.7.8給意外事件預(yù)留時間。

4.7.9從受影響供方采購，指定人員職責(zé)和評審其結(jié)果。