三綜合試驗(yàn)箱詳解可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法

三綜合試驗(yàn)箱技術(shù)規(guī)格： 

可靠性設(shè)計(jì)分析過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)試驗(yàn)或仿真進(jìn)行合理安排，用盡可能少的樣本次數(shù)分析產(chǎn)品性能和設(shè)計(jì)參數(shù)間的敏感度關(guān)系，從而確定設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化參數(shù)組合，分析參數(shù)波動(dòng)對(duì)期望特性的影響。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基本原理

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是檢測(cè)、篩選、證實(shí)原因的統(tǒng)計(jì)工具，是利用整個(gè)統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域的知識(shí)來(lái)理解流程中普遍存在的復(fù)雜關(guān)系。它不僅能識(shí)別單個(gè)因素影響，而且能識(shí)別多個(gè)因子的交互影響。DOE通過(guò)安排經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)次數(shù)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，以確認(rèn)各種因素X對(duì)輸出Y的影響程度，并且找出能達(dá)成品質(zhì)*因子組合。DOE是進(jìn)行產(chǎn)品和過(guò)程改進(jìn)有效的強(qiáng)大武器！

1、DOE的優(yōu)勢(shì)

可同時(shí)變動(dòng)和測(cè)試多個(gè)變量的影響；  實(shí)驗(yàn)次數(shù)少：L8（2）= 128 次（全部組合）；  效果可靠；  實(shí)驗(yàn)周期短；
成本低。

2、DOE的三項(xiàng)基本原則

（1）重復(fù)設(shè)計(jì)

一個(gè)處理施于多個(gè)單元。簡(jiǎn)單講，就是指相同的試驗(yàn)條件需要重復(fù)進(jìn)行2次或以上的實(shí)驗(yàn)。作用：估計(jì)隨機(jī)誤差l常用的策略是——采用中心點(diǎn)

（2）隨機(jī)化

以*隨機(jī)的方式安排試驗(yàn)的順序。目的：是防止出現(xiàn)系統(tǒng)差異的影響。

（3）區(qū)組化

一組同質(zhì)齊性的實(shí)驗(yàn)單元（運(yùn)行）稱作一個(gè)區(qū)組，將全部實(shí)驗(yàn)單元?jiǎng)澐譃槿舾蓞^(qū)組的方法稱作區(qū)組化。作用：區(qū)組也是一個(gè)變量因子，使實(shí)驗(yàn)分析更為有效。

3、DOE應(yīng)用范圍

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要有：  正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；  田口設(shè)計(jì)；  全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；  分部因子設(shè)計(jì)；  響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)；
混料設(shè)計(jì)。

適用于：新產(chǎn)品研制開發(fā)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化；為產(chǎn)品選擇合理的配方；過(guò)程設(shè)計(jì)與優(yōu)化，尋找*生產(chǎn)條件；提高老產(chǎn)品質(zhì)量或產(chǎn)能；用于質(zhì)量改進(jìn)，解決長(zhǎng)期質(zhì)量問題

4、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序

DOE包含計(jì)劃-實(shí)施-分析三個(gè)階段8個(gè)步驟：
步驟1：明確目的 步驟2：選擇品質(zhì)特性（響應(yīng)Y） 步驟3：選擇確定因子及其水平 步驟4：選擇試驗(yàn)計(jì)劃 步驟5：實(shí)施試驗(yàn)，收集記錄數(shù)據(jù) 步驟6：整理數(shù)據(jù)，建立分析模型 步驟7：分析數(shù)據(jù)，確定*因子組合 步驟8：驗(yàn)證設(shè)計(jì)
正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：
主要手段是運(yùn)用正交表，正交表是一種規(guī)格化的表格，也是試驗(yàn)計(jì)劃，從一般意義講，只要掌握正交表的運(yùn)用方法就可達(dá)到DOE目的。目的：進(jìn)行工藝參數(shù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化及其質(zhì)量改進(jìn)。優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)用范圍廣；因子及水平數(shù)不受約束；方法簡(jiǎn)單易行，可手工操作，也可電腦操作。

一切從簡(jiǎn)單入手：正交設(shè)計(jì)是DOE體系中簡(jiǎn)單實(shí)用的一種方法，通過(guò)本案了解DOE的基本概念、機(jī)理和操作步驟。

正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)例應(yīng)用：提高磁鼓電機(jī)輸出力矩
磁鼓電機(jī)是彩色錄象機(jī)的關(guān)鍵部件之一，國(guó)外同類產(chǎn)品的力矩指標(biāo)規(guī)定大于210g.cm。某廠工程師以這個(gè)水平做依據(jù)，對(duì)電機(jī)質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查，不合格率為23%。決定利用試驗(yàn)設(shè)計(jì)，提高電機(jī)的輸出力矩。

步驟1：明確品質(zhì)改善和試驗(yàn)?zāi)康?br />本試驗(yàn)?zāi)康氖翘岣叽殴碾姍C(jī)的輸出力矩。

步驟2：選擇響應(yīng)變量（即品質(zhì)特性）。
注意區(qū)分指標(biāo)的三種情形——望小-望大-望目這是正交實(shí)驗(yàn)也是田口方法的特點(diǎn)。本例用輸出力矩作為考察指標(biāo)，是一個(gè)望大特性，要求越大越好。

步驟3：確定因子及水平
工程人員分析認(rèn)為，影響輸出力矩樞要有3個(gè)因素：充磁量、定位角度及線圈匝數(shù)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，分別確定了三個(gè)水平。
步驟4：制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃（選擇正交表）
可選擇L9（34），從統(tǒng)計(jì)軟件可直接獲得：
步驟5：進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)的要點(diǎn)：
試驗(yàn)的順序應(yīng)當(dāng)隨機(jī)化；
每次試驗(yàn)的環(huán)境條件基本相同；
確定樣本大小：計(jì)量數(shù)據(jù)3個(gè)，離散數(shù)據(jù)50；
不僅記錄響應(yīng)數(shù)據(jù)，還應(yīng)包括環(huán)境數(shù)據(jù)；
確保計(jì)量系統(tǒng)可信（MSA）；
填列數(shù)據(jù)時(shí)要仔細(xì)，不要錯(cuò)位。

步驟6：建立模型，分析數(shù)據(jù)
分析數(shù)據(jù)，就要事先建立數(shù)學(xué)模型——這是DOE方法的基本策略；
本步驟要做兩件重要的工作：A、通過(guò)計(jì)算整理，編制“均值分析表”；B、手工繪制一份“主效應(yīng)圖”。

步驟7：分析數(shù)據(jù)，作出試驗(yàn)結(jié)論

選優(yōu)準(zhǔn)則：
若是望大特性：則取ZUI大響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的水平；
若是望小特性：則取ZUI小響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的水平；
若是望目特性：則取適中響應(yīng)所對(duì)應(yīng)的水平。

工程推斷：
1）顯著因子排列：        B - A – C
2）*因子水平組合：A2  B2  C3
 
*工藝設(shè)置：充磁量 1100：定位角度 11；線圈匝數(shù) 80

全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)

全因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是指所有因子及水平的所有組合都要至少要進(jìn)行一次試驗(yàn)。

1、應(yīng)用：全因子設(shè)計(jì)是DOE方法體系中的典型代表。運(yùn)用了兩大統(tǒng)計(jì)功能：方差分析和回歸分析，方差分析——檢測(cè)并區(qū)分組間誤差與試驗(yàn)誤差，借以確定因子的顯著性——自變量X對(duì)Y的影響。回歸分析——建立回歸方程 Y=f（x）進(jìn)行方案選優(yōu)

2、作用：重要的目的是用于全面分析系統(tǒng)（產(chǎn)品或過(guò)程）中所有因素的主效應(yīng)和交互作用；也是選優(yōu)的有效工具。

3、約束條件：因子總數(shù)≤5個(gè)；因子水平數(shù)目只能是2個(gè)，即(-)和(+)；中心點(diǎn)設(shè)置：2~4個(gè)（不是必需的，試驗(yàn)次數(shù)也將相應(yīng)增加）。
部分因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4因子的全因子設(shè)計(jì)的試驗(yàn)次數(shù)為16次，而分部試驗(yàn)只采取其中部分的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃。

1、意義：全因子設(shè)計(jì)的試驗(yàn)次數(shù)將隨因子個(gè)數(shù)的增加而急劇增加。例如，7因子2水平試驗(yàn)，全因子要做2^7=128次試驗(yàn)。（其中包括了三階及以上的交互作用，已經(jīng)沒有了物理意義）。采用分部設(shè)計(jì)就非常有意義了。

2、作用：主要的作用是篩選因子,當(dāng)然也有與全因子一樣的分析功能。

3、約束條件：因子數(shù)目＞5時(shí)；水平數(shù)為2個(gè)；分辨率應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康臐M足一定的等級(jí)

篩選試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1、目的：Plackett-Burman設(shè)計(jì)基于篩選因子為目的，比分部設(shè)計(jì)的次數(shù)更少，所以也稱做篩選設(shè)計(jì)。

2、理論：試驗(yàn)次數(shù)n為4的整倍數(shù)，常用的是 n=12、20、24……

3、范圍和條件：因子個(gè)數(shù)較多;試驗(yàn)昂貴;不考慮任何交互作用
優(yōu)勢(shì)：次數(shù)少成本低，多可以分析47個(gè)因子。
劣勢(shì)：分辨率只有Ⅲ級(jí)，缺乏“正交性”

響應(yīng)曲面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)是利用合理的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到一定數(shù)據(jù)，采用多元二次回歸方程來(lái)擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)回歸的分析來(lái)進(jìn)行選優(yōu)的一種統(tǒng)計(jì)方法。 

1、用條件與范圍：實(shí)驗(yàn)次數(shù)比較多--因子數(shù)目：2-3個(gè)；水平數(shù)為：2 個(gè)(高+，低-)

2、RSM的目的：選優(yōu)
3、響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)分類：
中心復(fù)合設(shè)計(jì)CCD    (試驗(yàn)次數(shù)多)
Box-Bchnken設(shè)計(jì) BB (試驗(yàn)次數(shù)少)
4、全因子設(shè)計(jì)VS響應(yīng)曲面設(shè)計(jì)
DOE歸納與提升

1、DOE工具優(yōu)缺點(diǎn)比較
2、如何選擇DOE工具