六西格瑪管理工具系列：實(shí)驗(yàn)設(shè)計（DOE）

 

    實(shí)驗(yàn)設(shè)計（Design of Experiments, 縮寫為DOE）是研究如何制定適當(dāng)實(shí)驗(yàn)方案以便對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計分析的數(shù)學(xué)理論與方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)計應(yīng)遵循三個原則：隨機(jī)化，局部控制和重復(fù)。隨機(jī)化的目的是實(shí)驗(yàn)結(jié)果盡量避免受到主客觀系統(tǒng)因素的影響而呈現(xiàn)偏倚性；局部控制是化分區(qū)組，使區(qū)組內(nèi)部盡可能條件一致；重復(fù)是為了降低隨機(jī)誤差的影響，目的仍在于避免可控的系統(tǒng)性因素的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)計大致可以分為四種類型：析因設(shè)計、區(qū)組設(shè)計、回歸設(shè)計和均勻設(shè)計。析因設(shè)計又分為全面實(shí)施法和部分實(shí)施法。析因?qū)嶒?yàn)設(shè)計方法就是我們常說的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計。

 

    所謂正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計就是利用一種規(guī)格化的表——正交表來合理地安排實(shí)驗(yàn)，利用數(shù)理統(tǒng)計的原理科學(xué)地分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，處理多因素實(shí)驗(yàn)的科學(xué)方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，能通過代表性很強(qiáng)的少數(shù)次實(shí)驗(yàn)，摸清各個因素對實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的影響情況，確定因素的主次順序，找出較好的生產(chǎn)條件或最優(yōu)參數(shù)組合。經(jīng)驗(yàn)證明，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計是一種解決多因素優(yōu)化問題的卓有成效的方法。正交表是運(yùn)用組合數(shù)學(xué)理論在拉丁方和正交拉丁方的基礎(chǔ)上構(gòu)造的一種表格，它是正交設(shè)計的基本工具，它具有均衡分散，整齊可比的特性。

 

    實(shí)驗(yàn)設(shè)計法DOE已有70余年的歷史，在美國和日本，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、制藥、化工、機(jī)械、冶金、電子、汽車、航空、航天等幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域，來提高產(chǎn)品質(zhì)量。美國汽車工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QS 9000“質(zhì)量體系的要求”中已將實(shí)驗(yàn)設(shè)計列為必須應(yīng)用的技術(shù)之一。著名的參數(shù)設(shè)計也是在正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。另外開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計不但可找到優(yōu)化的參數(shù)組合，在很多情況下也可通過設(shè)置誤差列，進(jìn)行方差分析，定性地判斷環(huán)境因素和加工誤差等各種誤差因素對期望的產(chǎn)品特性的影響，并采取改進(jìn)措施，消除這些誤差的影響。因此對于一些簡單的工程問題，直接應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計法也能獲得滿意的健壯的設(shè)計方案。實(shí)驗(yàn)設(shè)計還可應(yīng)用于改進(jìn)企業(yè)管理，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，制定生產(chǎn)效益更高的生產(chǎn)計劃等。