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Chapter5 Experimental Design第五章 （试验设计） 一、质量改进与试验设计 二、试验设计的基本概念 三、正交试验设计的分析方法 四、正交试验设计的应用 一、质量改进与试验设计 “质量没有最好，只有更好”——追求质量不断地改进；TQM和 的目标； 质量改进的方法(PDCA循环）： （1）确立质量改进的项目； （2）调查可能的原因； （3）确定因果关系； （4）进行预防和纠正； （5）下一轮循环、继续改进。 分层图：将大量有关某一特定主题的意见、 观点或想分类汇总； 因果图：根据症状分析原因、解决问题的方法； 流程图：说明现有的流程、设计新流程； 头脑风暴法：确定问题的解决办法和潜在的质量改正机会。 控制图：控制和调整生产过程的稳定性、诊断过程不稳定的异常因素、确认某过程的改进； 直方图：显示波动的形态、直观地给出有关过程的信息、确定在何处进行改进工作； 排列图：按重要性顺序显示出每一项对整个过程的作用、确定改进的机会； 散布图：发现和显示两组数据间的关系、确定两组数据间的预期的关系； 试验设计：合理安排试验、获得科学的质量数据。 4. 作为质量改进工具的试验内容 重复试验 试验顺序随机化 局部控制 二、试验设计的基本概念 在生产实践中，试制新产品、改进工艺、寻求好的生产条件等都需要先做试验。而试验要花时间、消费人力、物力，因此希望做试验的次数尽量少，而得到的结果尽可能好。 2个7水平的因素，如果对每个因素的每个水平都互相搭配进行试验，要做 次试验，而3个7水平的试验要做 次，6个7水平要做 次试验。 这么多次试验，要花费人力、物力和时间。 试验的费用很高时、或破坏性试验时，在不影响试验结果的前提下，怎样尽可能减少试验次数？怎样合理安排试验、科学地分析试验数据？ 正交试验设计可解决这个问题。 正交设计的作用：正交设计是一种安排多因素试验的方法，这种方法简单、易于应用、省时、经济、效果良好。它适用于制定新工艺或改良老工艺等需要大量试验的情况 正交设计的背景：试验设计是英国数学家R.A.Fisher在20世纪为使农业试验合理化而提出的一种用于安排试验和分析试验数据的数理统计方法。在农业生产中，用试验设计方法来安排各种肥料及施肥量对农作物产量的影响试验，结果使农业大幅度增产。随着生产的发展，试验设计的理论和方法也就随之不断发展。 （1）早期的方差分析法； （2）传统的正交设计法； （3）信噪比试验设计法与三阶段设计。 2. 试验设计中涉及的基本术语 定量指标—直接用数量来表示的指标，如收率、产量、长度等； 定性指标—不能直接用数量来表示，只能凭感觉或感官 (触、观、尝、嗅等)来评定的指标，如棉花的手感与颜色、色品的酥、脆、香等。 例如，在化工产品收率试验中，收率为试验的指标，反应温度、时间、催化剂种类、环境温度、湿度都会对收率产生影响，为因素。 有些因素可以在试验的过程中人为的加以调节与控制，称之为可控因素。如反应温度、反应时间、催化剂种类等。 另一类因素是由于自然、技术与设备等条件的限制，暂时还不能人为调控，称为不可控因素或试验误差。如普通环境下的温度、湿度。 我们主要研究可控因素。只考虑一个因素的试验是单因素试验,多于一个因素的试验是多因素试验。 例如：温度有550C、600C、800C三状态（水平）；又如催化剂有甲种、乙种，二水平。 反应温度的三个水平是定量的，而催化剂种类的两个水平是定性的。 对于定性水平因素，只要给每个水平规定具体的含义,就可以与定量因素水平一样对待。 3 . 用正交试验设计分析质量问题的步骤 （1）明确试验目的，确定要考核的质量试验指标。 （2）根据试验目的，确定要考察的质量因素和各因素的水平；对实际问题的具体分析选出主要因素，略去次要因素。 （3）选用合适的正交表，安排试验计划； （4）根据安排的计划进行试验，测定各试验指标； （5）对试验结果进行计算分析，得出合理的结论。 4. 正交试验设计的工具——正交表 正交表 2水平的： ， ， ， ； 3水平的： ， ； 4水平的： ； 5水平的： 。 通用表达式： （3）正交表的性质 （4）混合型正交表 c. 特点： 每一列中不同数字出现的次数是相同的； 每两列各种不同的水平搭配出现的次数是相同的，但每两列不同水平的搭配的个数是不完全相同的。 拟水平法 5