2
科学方法
Data数据
Deduction演绎、推论 Hypothesis假设 Induction归纳
Data数据
Deduction演绎、推论 Induction归纳 Hypothesis假设
Hypothesis假设
科学方法应用到设计过的实验上
Experiment实验 Experiment实验 design of experiment 实验设计 analysis of results 结果分析 Conjecture推测
被动工具（管制图）：
增加有慧眼观察员注意到关键事件的机会，然而，被动工具并不会增 加关键事件发生的机率，有慧眼观察员必须等着过程告诉他。（即等 着特殊原因的发生）
主动工具（实验设计）
增加有慧眼观察员看到关键事件和增加关键事件发生的机率。 所以实验设计是一种更有效的学习工具。
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学习：深度知识
• 深度学习的结果导致产生戴明所说的深度知识，深度知 识是了解控制过程的基本原理。
斜率越大，
影响越大？
Wind
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我们如何表现出相互作用？
相互作用图示——成绩平均值
球棒 1 -1 球 1 -1 1 -1 1 -1 -1
1
1 -1 风
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从试验中我们能得出什么样决定？
成为一名更好的高尔夫球手 使用平牌球棒和 当时状况时使用 大风：塔梯牌球 没风：排哪牌球 DOE对于任何需要改进的过程都是一种好策略
design of experiment 实验设计 Conjecture推测
analysis of results 结果分析
Conjecture推测
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学习：评鉴标准
要想学到东西，必须要满足下列条件：
1. 关键事件(Critical Event)
2. 慧眼的观察者(Perceptive Observer)
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试验策略
选择输入变量 高尔夫球棒 球 风状况 识别不可控制变量 在这个试验中没有
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选择变量水平
水平： 因素水平指试验中要检验的变量值。对于定量变量，任一 选择值就是水平。例如：如果试验在两种温度下进行，那 么因素温度有两种水平，在定性变量情况，清洁和不清洁 是两种水平。 水平1 水平2 球棒 平牌 考微牌 球 塔梯牌 排那牌 风状况 有风 没风
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工业实验的种类
1. Screening放映、演示过程 哪一些因子对此过程最重要？ 解决问题 关制图的应用 2. Empirical实验式
这些重要的因子如何影响效应(Response)？ 3. Mechanistic机械装置
为什么此效应会被这些因子所影响？
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经过设计的实验：新科技的陷阱
‧Cookbookery (照猫画虎)： 将所有问题强迫融入一二套特定的技术模式，而没有充分 考虑探索的真正目的或者这些方法背后有关的假设条件。 ‧Mathematistry (数学狂)： 为理论而理论开发一大堆理论，首先是存在一个工业上的 问题，然而目前的活动已远离主题，有一群人对玩弄问题 十分有趣，但对解决却从不测试其实用性，会议中，他们 沉醉在阅读大家的论文，而起态度通常是十分友善的。 非常不幸，工程师把数学看得太重，不懂时会被数学吓倒， 他们错误地对他们地常识丧失信心，并且采用一些由没有 科学经验的数学家发展出来并不适合的程序来进行。
C残余压应力 (kpa) （3）
C160（1） C280（2） C280（2） C160（1） 105 107 52.5 53.5
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利用正交试验设计，即可以对试验进行合理安排，选择少数 几个有代表性处理组合进行试验，解决第一个矛盾；又可以 对少数几个有代表性处理组合的试验结果进行科学的处理， 得出反映事物本来面目的正确结论，解决第二个矛盾。 L4（23）正交表
列号 试验号
1
1 1 2 2
2
1 2 1 2
3
1 2 2 1
34
本例是三个二水平因素的试验，共有23=8种处理组合。
对全部处理组合都进行试验，称为全面试验 为了减少试验次数，只能从所有的处理组合中选择一 部分进行试验，称为部分试验
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试验设计所追求的目标之一，就是要用尽量少的部分 试验来实现全面试验所要达到的目的。 这样，就产生了两个突出的矛盾： 一是多组合的全面试验，与希望实际上只能进行少数 试验的矛盾。 二是实施少数试验，与要求获取全面试验信息的矛盾。
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我如何开始试验？我做什么试验？所有可能的组合 是什么？ 1、平牌球棒 2、考微牌球棒 3、平牌球棒 4、考微牌球棒 5、平牌球棒 6、考微牌球棒 7、平牌球棒 8、考微牌球棒 塔梯牌球棒 塔梯牌球棒 排那牌球棒 排那牌球棒 塔梯牌球棒 塔梯牌球棒 排那牌球棒 排那牌球棒 没风 没风 没风 没风 大风 大风 大风 大风
9
试验设计法
试验设计法是一系列的程序和试验，它能使我们评估一个或 多个因素的效果，而不会考虑更多因素或主观判断，它开始 于试验主体陈述结束于结果报告。它可能引导出更多试验。 它是科学工具，给出朴实结果能用于确定原因和结果。
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有效试验的障碍
问题不清楚 不适当头脑风暴 DOE成本很高 缺乏对DOE策略了解 早期阶段没有信心 马上需要结果 目标不正确 试验结果不清楚 DOE很花时间 缺乏对DOE工具了解 缺乏管理支持 缺乏合适技术支持
3 4
A1820（1） B2500（2） C280（2）
A2840（2） B1460（1） C280（2） A2840（2） B2500（2） C160（1）
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试验方案可以看出两个特点
在每一列中每个因素的各个不同水平在试验中出现的 次数相等。 在任意两列中，两个因素各种不同水平的所有可能搭 配都出现了，而且出现的次数相等。
1 2 3 4
4）表头设计 正交表的每一列都可以安排一个因素，将试验中需要考察的因素， 分别安排到正交表的各列上去，叫做表头设计。 5）编制试验方案
因素(列号)
试验号
A淬火温度 （ 0C ）
B回火温度 （ 0C ）
C残余压应 力 （ kpa ）
1
A1820（1） B1460（1） C160（1）
2
28
三次设计法
系统设计 参数设计 容差设计
29
试验方案的设计
1）确定试验指标 试验指标用数量表示的，称为定量指标，如温 度、压力、硬度、强度、寿命、成本等 不能直接用数量表示的指标，称为定性指标，如产品 的外观质量可作为定性指标。 2）确定试验因素并选取适当水平 试验中，凡对试验指标可能产生影响的原因，称为 因素。类似数学中的自变量，通常用大学字母A、B、 C、……表示 因素在试验中所处的各种状态，或所取的不同值， 称为水平，通常用下表1、2、3….表示。
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让我们换种方法表示 试验结构设计
平牌球棒 塔梯牌球
排那牌球 考微牌球棒 塔梯牌球 排那牌球
没风
风 1 3 5 7
没风 2 4 6 8
塔梯牌球 平牌球棒
没风 塔梯牌球
考微牌球棒
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结果是什么？对我有何区别？
大风 平牌球棒 塔梯牌球 排那牌球 考微牌球棒 76 78
没风 78 76
塔梯牌球 排那牌球
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例：
淬火温度
回火温度为 喷丸残余压变力为
因素 水平
8200C、8400C
4600C、5000C 60kpa、80kpa （C）
残余压变力0C
（A）
淬火温度0C
（B）
回火温度为0C
1 2
（A1）820 （A2）840
（B1）460 （B2）500
（C1）60 （C2）80
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3）选用合适的正交表
24
正交表是试验设计的重要工具，由于选定的因素和水平不同， 有多种正交表可供选用。 例如，某种试验需安排的4个因素，而每个因素又分3个水平做 试验，可选择的正交表
表示最多能安排4个因素
L9（34）
表示每个因素有3个水平 表示按此表要做9次试验 表示正交表的符号
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试验设计的优点
1）实际使用时，只需确定影响考核指标的因素和水平就 可方便地从正交表中得到相应的方案。而方案和水平的确 定主要取决于专业知识和实践经验。所以正交实验法简单 易学、容易掌握。 2）能用较少的试验，得到最优的方案。例如对一个7因素 与2水平的试验。按常规做法需作27=128次试验。如取13个 因素、3个水平则需作313=1594323次试验。如采用正交试 验，选L8（27）和L27（313）正交表作试验，只需分别做8 次和27次即可。
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3）通过对试验数据的分析，可以很快找到影响结果的 主要因素和次要因素，从而有利于采取纠正，预防措施 和达到质量改进。
4）通过对试验结果的分析，可以分析因素之间有无 “交互”作用。以及交互作用对试验结果的影响。 5）一般而言，试验可以在正常生产条件下进行，边生 产边试验，无需专门投资，也无需增加设备。
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试验设计的步骤
1）有关人员在一起，共同确定需考核的指标，影响指标 的因素，以及每个因素分几个水平进行试验。 2）选择合适的正交表，在表头设计时，最好不要将因素 排满，空列可作分析交互作用或误差用。
3）按试验方案安排实验，并详细记录试验结果。
4）试验完成后进行分析计算，找出主要因素和“最佳水 平组合”
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试验结果分析表
因素(列号)
试验号
1 2 3 4 Yj1 Yj2 Yj1 Yj2
A淬火温度 （ 0C ）（1）
A1820（1） A1820（1） A2840（2） A2840（2） 97 115 48.5 57.5
B回火温度 （ 0C ）（2）
B1460（1） B2500（2） B1460（1） B2500（2） 110 102 55 51