试验设计（田口法）方法与实操

课程背景：

很多制造型企业在开发新技术，新产品和新工艺的时候，面临着如下问题和困惑：工程师对于在设计过程中的很多影响因素，如何判断哪些是影响设计指标的关键影响因素，各影响因素对于设计指标的影响程度如何，各关键影响因素的最佳参数组合是什么？

传统的做法是工程师按照自己的经验来设计试验，不断通过试错来逼近想要的设计指标。往往会花费巨大的试验成本，很长的时间来进行试验。最终得到的结果也不能确定是否最佳的设计参数。

试验设计（DOE）提供了一种科学有效的方法来解决这个问题。其原理是通过数理统计的方法，科学地设计不同影响因素及其不同大小水平的排列组合，得到合理的试验样本安排。然后再通过分析试验数据，得到不同因素的交互影响关系以及不同因素的影响排序，进一步试验和分析得到满足设计指标的最佳设计参数。这个方法保证了各因素得到全面的评估，得到的结果是最优解决方案之一，同时极大程度地降低了试验的成本和花费的时间。帮助企业在新技术，新产品和新工艺开发上缩短研发周期，提高研发效率。

田口法是DOE众多类型里面应用较广的一种方法，该方法使所设计的产品质量稳定、波动性小，使生产过程对各种噪声不敏感。在产品设计过程中，利用质量、成本、效益的函数关系，在低成本的条件下开发出高质量的产品。降低产品质量对制造过程中的各种干扰因素的敏感度。是特别适合于制造型企业的一种DOE方法。

近年来越来越多的中国企业开始了解并相继使用了DOE这个工具，行业涉及电子、通信、软件、自动化、集成电路、机电设备、材料、食品、日化、医疗等，尽管这些企业规模大小不一、行业领域各异，但多数均在不同程度上取得了良好的收效。

课程收益：

• 全面了解DOE各种方法的优缺点，让学员了解什么情况下使用哪种DOE的方法可以更好的解决问题；
• 系统掌握田口法（正交试验）的基本理论，学习正交试验表的类型和使用方法
• 系统掌握田口法（正交试验）的数据计算方法和数据分析方法，掌握最佳组合与最适组合的推算方法
• 系统学习试验设计过程的具体操作步骤和技巧，掌握田口法（正交试验）的完整使用方法
• 学习使用Minitab来进行田口法的具体操作和分析方法，让学员掌握一个好用的数据分析软件
• 通过结合企业特点的案例讲解和实操，让学员沉浸式学习，尽快掌握方法要点，应用于实际工作中解决实际遇到的技术问题；
• 分享其它行业和公司的应用案例，开阔学员的眼界，了解先进企业的应用经验，帮助学员将来建立企业内部的DOE案例知识库。

课程特色：

实战化：讲师具有多年的DOE实战经验，并有丰富的团队培训辅导经验，帮助工程师解决实际的技术问题，指导企业研发团队打过胜仗，所讲内容为亲自实战后的提炼总结，理论少，干货多，专业、实战；

定制化：每次内训课均是在对企业现况、核心需求、学员的工作难点深度理解的基础上定制式课件开发，内容针对性强；

落地化：可以解决企业实际的技术问题。企业可以拿实际遇到的产品设计，工艺开发等遇到的问题来进行实战演练，在学习中解决实际问题。确保学习的知识可以应用于实际工作问题的解决。

多元化：丰富的培训模式，采用课堂讲述、案例分析、互动练习、教练演示、现场问答等方式，让培训课堂有料，有趣，让学员沉浸式学习，快速掌握所学的知识和技能

课程时间：2天，6小时/天，第1天，讲授课纲的内容，第2天，结合企业实际案例进行实战演练的案例讲解。两次课之间建议间隔2周左右，学员在间隔期间用来进行DOE实战演练。

课程对象：研发经理，工程经理，品质经理，研发工程师，工艺工程师，品质工程师等企业技术人员

课程方式：讲师讲授+案例分析+课堂互动+实操演练+辅导答疑+课后作业辅导等方式

课程成果：

1. DOE的优点及使用时机
2. 正交试验法的操作方法
3. 使用Minitab进行正交试验的操作方法

课程模型：

课程大纲

引言：DOE是什么？和我们有什么关系？为什么要学习DOE？

第一讲：了解工具——DOE的优点及特点

导入：DOE的含义与发展历程

一、试验方法的分类

方法1：试错法

方法2：单因子法

方法3：DOE

对比：三种试验方法的比较及DOE的优势

二、传统试验方法的缺点

缺点1：再现性低

缺点2：无因子交互作用的信息

缺点3：无法缩小试验规模

三、DOE可以达成的目标

1. 设计对使用环境不敏感（即受环境的影响小）的产品

2. 改进产品品质、成本和性能指标

3. 降低总的开发周期

4. 提高新设计产品的工艺性

5. 确定、验证和优化制造过程的主要影响变量及其影响

分享：DOE在不同领域的用途及DOE的分类

四、DOE的使用要求

1. DOE的使用时机

时机1：为产品选择最合理的配方（原料及其含量）

时机2：提高老产品的产量和质量

时机3：对生产过程选择最合理的工艺参数

时机4：研制开发新产品

时机5：寻找最佳的生产条件

分析：DOE实验过程应避免的情况

2. DOE应遵循的三个原则

——分块，随机性，重复性

3. DOE的执行策略

五、DOE基本术语

——指标、因素、水平、主效应与交互作用

案例：DOE在制造型企业中的应用分享

课程成果1：DOE的优点及使用时机

第二讲：巧用方法——田口法（正交试验法）的操作

导入：正交试验法是什么？有什么优点？

一、正交试验法特点与工具运用

工具：正交试验表

1. 选用正交试验表的原则

原则1：列号数不少于因素个数，保证每个因素都有一个列号安排

原则2：水平个数相对应，因素的水平个数与列号中的水平个数对应

2. 正交试验法的优点

优点1：均匀分散性

优点2：整齐可比性

3. 如何使试验设计更加经济

方法1：偷工“加”料法

方法2：不要让列号为空

4. 指标的特性介绍

1）静态特性（望大，望小，望目）

2）动态特性

5. 填写正交试验表的步骤

第1步：根据指标确定其特性

第2步：挑因素，选水平，制定因素水平表

第3步：选正交表及表头设计

第4步：制定正交试验方案表

分析：填写正交试验表的要点：

--指标的特性要正确；每组试验的重复次数不少于两次，选择合适的正交表

分享：如何选择和确定因子及水平

案例：不同的正交试验表填写方法

二、正交试验法的操作步骤

第一步：明确目的

第二步：选择指标

第三步：确认影响因素和水平

第四步：选择正交试验表

第五步：制定试验计划

第六步：实施试验，收集记录数据

第七步：整理和分析数据，确定最优因素组合

第八步：验证试验结果

分析：试验设计过程中的要点：

--尽可能利用历史数据；谨慎选取水平；保证试验的仿真性；不要遗漏关键因素

三、正交试验法的实施与结果分析

1. 执行试验

第1步：按照正交试验表的分组进行样品的准备

第2步：按照计划进行试验

第3步：试验过程中记录试验的条件和结果

分析：试验执行过程中的要点

--测量前评估测量系统的能力；试验次序随机化，记录试验过程的状况，收集好数据并记录

2. 试验结果分析

导入1：几个关键名词（信噪比（S/N），最佳组合，最适组合）

导入2：不同指标特性的S/N计算公式

第1步：计算各试验S/N及Mean值

第2步：计算所有试验的平均 S/N 及 Mean值

第3步：计算每个因素各水平的S/N 及 Mean值

第4步：最佳组合的选择及结果推算

第5步：最适组合的选择及结果推算

分析：分析试验结果过程中的要点：

--确认试验过程是否有异常情况；检查试验条件是否符合要求；检查指标特性和计算公式是否正确

四、验证试验结果

对分析的结果（参数组合）进行验证试验

分析：验证试验过程中的要点

分享：DOE的使用限制

案例：正交试验法案例分析

五、成功进行DOE的十个窍门

1. 选题画龙点睛

2. 充分掌握现况

3. 提升信息质量

4. 拟定有效目标

5. 试验循序渐进

6. 要因深入分析

7. 掌握母数因子

8. 两水平走极端

9. 多水平靠大边

10. 试验善加管理

讨论：结合十个窍门讨论在过往试验中遇到的问题，有哪些启发？

课程成果2：正交试验法的操作方法

第三讲：善用工具——使用Minitab进行DOE数据分析（0.7h）

一、DOE常用工具软件介绍

——Minitab，JMP

对比：两个工具的优缺点

二、使用Minitab进行正交试验的实际案例操作演示

1. 操作界面介绍

2. 操作方法和步骤

第一步：明确目的

第二步：选择指标

第三步：确认影响因素和水平

第四步：选择正交试验表

第五步：制定试验计划

第六步：实施试验，收集记录数据

第七步：整理和分析数据，确定最优因素组合

分析：DOE在实操过程中存在的8个普遍问题及其解决方法（0.3h）

案例：其它行业的案例分享(0.5h)

实操：本企业案例实操分析

课程成果3：使用Minitab进行正交试验的操作方法

课程总结回顾、答疑解惑及经验分享

课后作业：

每个小组完成一个DOE的完整试验，按照模板规定的要求完成，包含试验计划，数据分析，结论以及验证试验。

李健老师的其它课程