田口DOE及MINITAB应用
田口方法的产生背景 正交设计是田口方法的主要工具，创立于50年代初;它是一种高效益的试验设计与最优化技术。在60年 代，日本应用正交设计就已超过百万次。 田口玄一博士介绍：“日本人学质量管理，用一半时间学习正交设计”。 在日本，据说一个工程师如果不懂这方面知识，只能算半个工程师。 二次大战后日本经济高速增长并超过美国的一个决定性(技术)因素是在于推广应用正交设计。其原因 是:美国对专业技术(系统设计)投入很多，日本则较少，主要是向美国照搬照学；对通用技术(参数设计和 容差设计)美国缺少和落后，日本则大大领先。
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田口方法的基本概念-03
田口DOE及MINITAB应用
正交表意味着设计是平衡的，即各个因子水平被赋予相等的权重。
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田口方法的应用
田口DOE及MINITAB应用
技术开发
生产线外 品质工程
★系统设计 ★参数设计 ★允差设计 ★测量器具的系统校正
产品设计
制程设计
★利用计量值的控制 ★制程的诊断与调节 ★反馈系统的设计与管制 ★预防保养 ★规格、安全与检查设计
田口DOE及MINITAB应用
Taguchi Design of Experiments and Minitab Application
朱克龙
2013年8月18日
主要内容
田口DOE及MINITAB应用
产品全生命周期质量保证技术的特点 田口方法的产生背景 田口方法的特点、基本概念及其应用 田口的产品设计的三个阶段 正交试验法的概念和基本方法 田口对产品质量引入了新的定义 田口方法与传统设计的区别 Minitab 中的田口设计试验 静态田口设计示例 插拨电开关机爆音问题参数优化示例 小结—Minitab中田口方法的优点
Minitab田口正交表
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Minitab 中的田口设计试验（续） 执行田口设计试验 可能包括以下步骤：
田口DOE及MINITAB应用
1 开始使用 Minitab 之前，需要先完成所有预试验计划。例如， 需要为内侧阵列选择控制因子 ，为外侧阵列选择噪声因子。控制因子是可以进行控制以优化过程的因子。 噪声因子 是可以影响系统性能但在预期的产品使用过程中不受控制的因子。请注意，虽然在过程或产品 使用中不能控制噪声因子，但是为了进行试验必须能够控制噪声因子。 2 使用创建田口设计生成田口设计（正交表）。或者使用自定义田口设计根据工作表中已有的数据创 建设计。使用“自定义田口设计”，可以指定哪些列是因子和信号因子。然后，便可以轻松地分析设计 并生成图。 3 创建设计后，可以使用修改设计来重命名因子、更改因子水平、向静态设计中添加信号因子、忽略 现有信号因子（将设计作为静态设计处理）以及为现有信号因子添加新水平。 4 创建设计后，可以使用显示设计来更改 Minitab 在工作表中表示因子所用的单位（已编码或未编码）。 5 执行试验并收集响应数据。然后在 Minitab 工作表中输入数据。请参见收集和输入数据。 6 使用“分析田口设计”分析试验数据。请参见分析田口设计。 7 使用“预测结果”预测所选新因子设置的信噪比和响应特征。请参见预测结果 。
美国研究日本战后强盛的原因后，认为日本制胜的法宝有两项： QFD(质量机能展开，自顾客要求一直策划到相应的制造管理要求) 田口方法(简单易学，沒有复杂的统计原理)
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田口方法的特点
田口DOE及MINITAB应用
田口方法是日本质量管理专家田口玄一博士创立的一门崭新的质量管理技术,它立足于工程技术,着眼于 经济效益,开辟了质量管理的新天地。与传统的质量管理相比,有以下特色： (1)工程特色 用工程的方法来研究产品质量,把产品设计当成工程设计,把产品设计质量的好坏看成是工程设计质 量,用产品给社会造成的经济损失来衡量产品的质量。 (2)“源流”管理理论 “源流”管理的思想把质量管理向前推进了一步。认为开发设计阶段是源流、是上游,制造和检验 阶段是下游。质量管理中,“抓好上游管理,下游管理就很容易。”若设计质量水平不高,生产制造中很 难造出高质量的产品,即所谓“先天不足,后患无穷”。 (3)产品开发的三次设计法 产品开发设计(包括生产工艺设计)可以分为三个阶段进行,即系统设计—参数设计—容差设计。
X
控制因子（输入变量）
信号因子 M
设计/产品/制程
U
品质特性（响应值） Y
噪声因子（不可控因子） 设计、产品或制程的图解
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田口方法的基本概念-02
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正交试验法是研究与处理多因素试验的一种科学方法，它是在实践经验与理论认识的基础上，利用正 交表来科学、合理安排和分析众多因素的试验方法。 选择三个或两个不同的水平 影响因素 全面试验次数 正交试验次数 4 34 9 10 310= 59049 7 27=128 9
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一则发人深省的新闻报道
田口DOE及MINITAB应用
田口方法是最常应用在参数设计和允差设计，以使制造出 来的产品成本最低、变异最小。
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田口对产品质量引入了新的定义
所谓质量就是产品上市后给与社会的损失，但是由于功能本身所产生的损失除外；
1、定义中的“社会”系指生产者以外的所有人，即使用者以及其他第三者； 2、定义中“给与社会的损失”系包括： ●由于产品功能波动所造成的损失 ●由于产品弊害项目所造成的损失 3、定义中“给与社会的损失”，不包括功能本身所产生的损失。 关于功能本身给社会以怎样的损失，以及如何减少其损失，这不是质量管理的问题。
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技术规格限与目标值
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田口提出的“质量损失函数”的概念，是评价产品质量的另一个重要方面。
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田口方法与传统设计的区别
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产品设计的三个阶段
田口DOE及MINITAB应用
田口原一博士被认为是稳健性参数设计的最先提出者，该设计是用于产品或过程设计的工程方法，关注的是使变异性和 /或对噪声的敏感度最小化。只要使用得当，田口设计 可成为一种高效有力的方法，用于设计能在各种条件下以最优状 态一致运行的产品。 在稳健性参数设计中，主要目标是在调整（或保持）目标过程的同时，找出使响应变异最小化的因子设置。确定影响变 异的因子之后，可以尝试找出将减小变异、使产品对不可控（噪声）因子 的变化不敏感或同时达到这两种效果的可控士使用设计好的正交表安排实验 1. 正交试验设计就是使用正交表（Orthogonal Array）来安排实验的方法。 2. 正交表是按正交性排列好的用于安排多因素实验的表格
3. 稳健性参数设计使用田口设计（正交表），使您可以通过很少几次运行 便可分析许多因子。田口 设计是平衡的，也就是说，试验中不对因子进行或多或少的加权，因此，可以相互独立地对因子进行 分析。
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产品全生命周期质量保证技术的特点
田口DOE及MINITAB应用
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产品全生命周期质量保证技术的特点
田口DOE及MINITAB应用
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DOE对企业的积极影响：雷达图
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试验设计定义 实验设计是对实验方案进行最优设计， 以降低实验误差和生产费用，减少实验工作量， 并对实验结果进行科学分析的一种方法。（广义）
例2：加工某装配件共20件，其尺寸与目标尺寸的偏差（mm）为 0.3 0.6 -0.5 -0.2 0 1 1.2 0.8 -0.6 0.90 0.2 0.8 1.1 -0.5 -0.2 0 0.3 0.8 1.3 用户使用的容许范围（相当于功能界限）为△0 = 3mm, 否则将装配不上，此造成的损失为A0 = 180 元，求这 批产品的平均质量损失。
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参数设计的基本思想：例子
田口DOE及MINITAB应用
解决思路： 不是去改变环境（重新设计和建造新窑），而是改变产品生产的某些参数，这些参数的改变可使产品更具抗干扰的 能力，从而减少环境温度差异对产品质量的影响。 稳健设计不是去控制波动源，而是设法降低波动源的影响； 第 22 页
Minitab 中的田口设计试验
生产管制
生产线上 品质工程
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一则发人深省的新闻报道
田口DOE及MINITAB应用
1979年4月17日，日本《朝日新闻》报道：对日本索尼工厂生产的彩色电视机与美国加州索 尼工厂生产的彩色电视机进行报导，美国索尼工厂生产线全由日本引进，产品检验、上市都 是合格品，而日本产品有0.3%不合格。然而，美国制造的索尼电视机并不受美国人欢迎。因 为美国生产的电视机虽然检验严格，然而只是保证了个个产品应通过合格的下限，质量平平； 而日本生产的电视机则增加了稳健设计的关键的参数容差设计思想，使产品从色彩、清晰度、 抗干扰能力等诸多指标上保证有99.7%的产品是令顾客满意的高质量产品。
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试验设计的效果
田口DOE及MINITAB应用
在质量管理中所遇到的，不论是设计新产品， 还是改革旧工艺、提高产品质量、减低成本，大都需要做试验。 如何安排试验，有一个方法问题
不好的试验设计方法，即使做了大量的试验，也未必能达到预期的目的；
一个好的试验设计方法，既可以减少试验次数，缩短试验时间和 避免盲目性，又能迅速得到有效的结果 相同原料 更便宜的原料 相同制程 相同产品 相同功能
例1：某电视机电源电路的直流输出电压Y的目标值m = 115V , 功能界限△0 = 25V ， 丧失功能的 损失A0 = 300 元。 1、求损失函数中的系数k ; 2、已知不合格时的损失A = 1 元，求容差△������ ； 3、若某产品的直流输出电压y = 112 V, 问此产品该不该上市；
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超出容差的质量成本损失A0
损失函 数系数 消费者允许容差
损 失 函 数