实验设计与田口品质工程技术专题讲座.pptx

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DOE:

即實驗計划法（DesignofExperimental）.是一种藉用實驗的手段來決定最佳生產參數的方法.以實驗的手段來決定最佳生產參數的方法;“偷工加料”以減少實驗次數,增加因子;開發KnowHow、面對因子多、因子間交互作用、時間少的獨家秘方;KnowHowis:

藉用統計方法找到最適條件,而這個條件經得起反覆驗證;可以透過學理加以驗證客戶對ISO9001系統的要求;,實驗設計與田口品質工程之演變過程,2004,田口品質工程定義:

田口為日本田口玄一博士的姓氏。

田口方法是指田口玄一博士所研究出來的一個實驗模式，以最少的實驗次數，來解決、協助產業界突破研發技術及生產品質的瓶頸。

此開發、設計、生產、製造等單位應用此方法來解決其技術開發、製程改善、提升生產力、降低製造成本的實驗方法稱為田口方法或直交表實驗。

田口玄一博士是著名的質量專家，他以預防為主、正本清源的哲學方法運思，把數理統計、經濟學應用到品質管制工程中，發展出獨特的質量控制技術田口方法（TaguchiMethods），從而形成自己的質量哲學-田口質量哲學,田口品質工程質量哲學

（一）,質量不是靠檢驗得來的，也不是靠控制生產過程得來的；質量，就是把顧客的質量要求分解轉化成設計參數、形成預期目標值，最終生產出來低成本且性能穩定可靠的物美價廉的產品。

簡單的說，也就是在產品最初的開發設計階段，通過圍繞所設置的目標值選擇設計參數，並經過實驗最低限度減少變異從而把質量構建到產品中，使所生產的全部產品具有相同的、穩定的質量，極大地減少損失和降低成本。

田口品質工程質量哲學

（二）,田口玄一的質量觀涉及整個生產職能，共有以下5個要點：

1.在競爭性市場環境下，不斷提高產品質量、削減成本是企業的生存之道;2.衡量成品質量的一個重要標準是產品對社會造成的一切損失;3.改變產前實驗的程式從一次改變一個因素到同時變化多個因素，提高產品和流程的質量;4.改變質量定義。

由“達到產品規格”改為“達到目標要求和儘量減少產品變異”;通過檢查各種因素，或參數因素,對產品性能特色的非線性影響，可以減少產品性能（或服務質量）的變化;5.任何對目標要求的偏離都會導致質量的下降;,田口品質工程質量哲學（三）,

（1）系統設計：

系統設計主要在於定義顧客需要的是什麼？

以及技術上，工程上使系統能運作之主要考量。

（2）參數設計：

參數設計之目的在於選擇最佳條件之參數，使產品之品質特性，受外來雜訊之干擾最小，亦即降低產品對雜訊之敏感度。

（3）允差設計：

影響品質特性之因素很多，對於原著因子而言，它的變動對品質特性變化之敏感度必定大於非顯著因子，因此顯著因子之變動范圍容許在什麼樣之范圍下變動，這是我們必需根據實際制程能力這狀況去決定，若變動狀況超出我們的期望，則必需想辦法改善；若變動范圍合於我們的要求，則我們必需進行追蹤管制。

田口品質工程之主要內容,OFFLINE技術開發產品設計製程設計上述之任一項目皆包括系統選擇參數設計決定參數之中心值允差設計決定參數之公差ONLINE生產製造,田口方法使用範疇,分類（特性值Output）,以數值形式作分類：

計數值：

量測數值不為連續量，一般用“個”代表。

單純計數值：

將一個特性區分為良品或不良品，常用在外觀等，例如：

不良個數、故障台數.多重計數值：

將一個特性區分為優、良、中、可、劣，例如：

外觀可分為好、有一些瑕疵、有很多瑕疵。

計量值：

量測數值為連續量。

訂定規格時常用它。

單一目標之特性。

Ex:

某一規定的尺寸或電壓或顏色.多重目標之特性，依據不同的需求，只要改變某一要因即可達成不同產品。

Ex:

經由三原色加入量的不同即可做出不同的顏色，此時對顏色而言是有無限多的目標。

至於單一特性或者多個特性只在於最後找出最佳組合時會有影響，因此留在最適條件選取時再談。

田口方法的基本概念,对于一个产品或者制程,我们可以其参数图来表示,如图所示，其中y表示此过程输出的产品或制程的品质特性（回应值）。

影响y的参数可分为信号因子（M）、控制因子（Z）和杂音因子（X）三类。

下面将对这三类参数详细探讨。

参数的分类,田口方法的基本概念,要因Factor分類,要因：

會影響特性值的因子（配方）。

控制因子：

可由設計者或主事者變更之要因，用以得到最安定（最佳）之產品輸出值（特性值）。

例如:

製程條件、構成元件等。

誤差因子：

不可由設計者或主事者變更之要因，或者變更時所需成本相當高。

例如；環境溫度對於產品的影響等。

它適用來評估設計者找出的配方能否接受考驗的重要要因。

信號要因：

和特性值有一已知之函數關係，此要因只存在於多重目標特性中，藉由改變此一要因達成不同目的特性的需求。

如前例中的三原色的添加量即為信號要因。

田口方法的基本概念,田口方法的基本概念,靜態特性分析：

望小特性：

量測結果越小越好。

例如:

不良率、表面粗度、噪音.望大特性：

量測結果越大越好。

例如:

強度、壽命.望目特性：

量測結果有一特定目標，越接近目標越好。

例如:

輸出電流、輸出電壓、硬度、濃度零點望目特性：

量測結果有其正負之值，其以越接近零越好。

例如:

彎曲、位置的偏移.,田口方法的基本概念,動態特性：

對於一個系統而言，希望通過調整設計參數來改善系統的效率（）及此效率（）的穩定性。

效率（）可定義為此系統所產生的輸出（y）與輸入的信號因子（M）之比，理想上，我們希望此效率越大越好，而且維持定值，換句話說，也就是y與M成正比，而且其中效率（）越大越好。

因此此品質特性的理想值不是一個固定值，是動態的，故此稱為動態特性。

動態特性的種類：

零點比例式：

y=M；基准點比例式：

y-ys=（M-Ms）；一次式：

y=+M,動態特性分析：

零點比例式：

量測值在信號因子為零時，其量測值亦為零。

即此線性關係會通過原點之特性。

田口方法的基本概念,動態特性分析：

基準點比例式：

量測值在信號因子為某一特性值（Ms）時，其量測值輸出亦為某一特性值（Ys）為理想。

即此Ms為校正之基準。

田口方法的基本概念,動態特性分析：

一次式：

其量測值非零點比例式、基準點比例式時，使用此一特性。

田口方法的基本概念,信号杂音比（signaltonoiseratio）,S/N比的理解可概括为：

其为分析实验结果之共通语言。

其为子数与对数之关系。

101=10Log10=1Logxy=Logx+Logy102=100Log100=2Logx/y=Logx-Logy103=1000Log1000=3Logxn=n.Logx其单位为分贝（db）。

其值越大越好。

安定性（稳健性）的评价标准,田口方法的基本概念,最佳組合:

為其依據實驗結果所計算出之S/N比,所排列出最佳化製程參數為最佳組合;最適組合:

其依據最佳組合之排列,考慮其成本因素,而排列出最理想化之製程參數為最適組合;,田口方法的基本概念,直交表,直交表表示方式典型的一个直交表是用La（bc）来表示，它代表共有a组实验、最多可以容纳b个水准的因子c个，也就是代表一个a行c列的直交表。

直交表解釋:

田口博士依據統計學原理、方法所開發出來的一種實驗方法,能以最少實驗次數,找尋有效的情報.可以大量減低實驗成本與提高效率.下列之直交表為基本型.2系:

L4、L8、L16、L32、L643系:

L9、L27、L81混合系:

L18、L36,直交表,直交表的基本型的表示方法：

2水准系列：

例：

L4（23）表示做4次实验、3因子（因子指控制因素，其因子数=n-1，n为实验次数）、2表示水准数;3水准系列：

例：

L9（34）表示9次实验、4因子（因子指控制因素，其因子数=（n-1）/2，n为实验次数）、3表示水准数;混合型：

例：

L18（2137）表示18次实验、2水准1因子、3水准7因子;,直交表的基本型的表示方法,深度探討直交表,直交表講話-趙民德博士原著在工業實驗設計上，以大量使用直交表，尤其是田口玄一博士的直交表，這在近幾年已是事實，但是甚麼是直交表？

為什麼要直交？

直交之後有什麼好處？

如果不能直交，有沒有什麼補救的方法？

以上的問題，在較深的實驗設計教本中，事實上都是有答案的，其中有些是觀念上的，有些是技術上的。

但是對大部份在第一線使用直交表的從業人員中，因為田口方法，幾乎是不需要弄懂他的道理，就可以一招一式的比照應用，也許對我們所提出的問題，沒有深思過。

所謂直交是指垂直相交，意思是說兩個方向成90，代表方向的東西，在數學上叫做向量。

意思說，有方向（及大小）的量，例如（-1,+1）是一個向量，用座標畫出來，相當於自原點到（-1,+1）（這一點的一端是箭頭）。

同樣的（+1,+1）也可如此表示，如此一來這兩個方向互成90，因此直交。

m1=斜率=a/b=1/1=1,如果我們考慮過（0,0），（+1,+1）的直線，可以求出它的斜率m1=1；在另一面，過（0,0）及（-1,+1）的直線，斜率m2=-1時，解析幾何中學過，m1m2=-1時，二直線成直角，對於經過原點的這兩條直線來說，m1m2=-1，事實上就相當於說：

（-1）1+11=0亦即，對（1,1）及（-1,1）兩個向量來說，只要先將對應項相乘再相加。

如果其和為0，則兩個向量互成直角。

舉例：

將我們常見的L8（27）的直交表，計算其任意兩因子間是否互相垂直？

試算C因子與F因子是否直交。

（我們將1水準以-1表示；2水準以1表示。

）,將其相乘後之結果再相加其結果為0。

（-1）（-1）+（-1）1+11+1（-1）+1+（-1）+11+（-1）1+（-1）（-1）=1-1+1-1-1+1-1+1=4-4=0,計算其（A,B）、（A,C）、（A,D）、（F,G）也可以以此類推計算是否互成直角。

因子以X表示1水準以-1表示2水準以+1表示,以三個因子各2水準的來排列實驗計劃，其可能組合排列如下：

以往當我們在做實驗設計時，大多以錯誤的方式來進行實驗規劃的工作；田口方法則以直交表試驗來規劃實驗計劃。

結論：

近年來，由於田口方法的流行，直交表已成為產業界，實驗設計的主流。

產業界藉由實驗，來了解生產中的輸入與輸出的關係，不再全然靠經驗，來改進產品品質。

直交表的實驗設計，其實驗次數少，有其經濟性的優點，用它來做參數設計更是如此。

如果我們已知道田口方法是這樣一個千錘百練而得的精密公式，而我們還一直去使用傳統的實驗設計，那就非常奇怪了。

就如同發明了火柴及打火機之後，我們還在使用鑽木取火一樣。

直交配列表的熟練與精通,三個軸代表三個因子（A,B,C）。

八個點代表八個樣本（1,2,3,4,5,6,7,8）。

六個面分別各自代表每個因子（A）的水準（2or1）。

在這張圖上，我們要特別說三件事：

計算A因子效果之示意圖：

分別將樣本所量測之值放置於圖形中，（1,2,3,4,5,6,7,8）量測值為（61,32,37,62,48,74,72,48）,計算B因子效果之示意圖：

B,A,C,62,61,32,74,37,72,48,48,計算C因子效果之示意圖：

B,A,C,62,61,74,72,48,37,48,32,田口式品質工程手算與電腦應用方法說明,田口式品質工程技術-手算法說明（1/6）,假設其製程參數及其水準數如下：

實驗次數、直交表安排說明,田口式品質工程技術-手算法說明（2/6）,田口式品質工程技術-手算法說明（3/6）,計算A因子的效應值：

以紅色為基準線，第、次實驗相加與第、實驗相加相比較，可得知：

B水準及C水準會相抵消。

（+）/2=（10+18）/2=14.A1（+）/2=（6+4）/2=5.A2A2好,A2,田口式品質工程技術-手算法說明（4/6）,以紅色為基準線，第、次實驗相加與第、實驗相加後相比較，可得知：

A水準及C水準會相抵消。

（+）/2=（10+6）/2=8.B1（+）/2=（18+4）/2=11.B2B1好,B1,計算B因子的效應值：

田口式品質工程技術-手算法說明（5/6）,以紅色為基準線，第、次實驗相加與第、實驗相加後相比較，可得知：

A水準及B水準會相抵消。

（+）/2=（10+4）/2=7.C1（+）/2=（6+18）/2=12.C2C1好,C1,計算C因子的效應值：

田口式品質工程技術-手算法說明（6/6）,A因子為A2好（溫度120C）B因子為B1好（甲公司材質）C因子為C1好（美國機器）,可計算出最佳組合為：

以L4（23）直交表驗証原設計值/原操作標準與規劃新設計值/新操作標準田口方法設計參數的思考模式,以L8（27）直交表驗証原設計值/原操作標準與規劃新設計值/新操作標準田口方法設計參數的思考模式,以L16（215）直交表驗証原設計值/原操作標準與規劃新設計值/新操作標準田口方法設計參數的思考模式,以L9（34）直交表驗証原設計值/原操作標準與規劃新設計值/新操作標準田口方法設計參數的思考模式,以L27（313）直交表驗証原設計值/原操作標準與規劃新設計值/新操作標準田口方法設計參數的思考模式,以L18（2137）直交表驗証原設計值/原操作標準與規劃新設計值/新操作標準田口方法設計參數的思考模式,問題描述品質特徵及因素（子）說明直交表及因素配置實驗步驟及資料彙集資料分析驗證實驗結論再次實驗未來計畫,P80TOPSHELL9#射出成型之色差變化因素探討,問題描述,自我司生產P80TOPSHELL以來，一直受到色差問題困擾，經常會有此不良現象發生，不良比率在10%左右，由此給我司造成較大損失，使利潤提高受到抑制。

並且因客戶嚴格要求我司對此作以改進完善，故現經我司生產部，品保部及工程課人員共同探討，利用甲上公司林教授所教的田口品質工程技術進行實驗設計，用盡可能少的時間，成本，實驗次數，將影響TOPSHELL色差的因素尋找出來。

使此不良現象逐步消失，給公司帶來更大的收益。

背景,制程分析及可控因素標示,射出成型製造流程及可控因素標示：

射出成型是在加工過程中，將熱塑性塑膠原料加熱至熔融狀態，再在高壓下送入並填滿由兩個半邊摸閉合形成的模腔，經過一段時間冷卻定型後，將兩個半模分開，取出塑件，即完成一個操作程式，操作過程中兩邊模閉合須與注射操作時間互相配合，並准確控制溫度，壓力及個別動作時間，使形成有規律性地迴圈。

本實驗包含之品質特性為我司射出成型的P80TOPSHELL產品中的色差不良數量,實驗目的是希望色差產品的數量得以減少,即不良率不斷降低,此即為望小特性.,品質特性及因素說明,品質特性:

色差之實驗設計部分:

按照SOP要求操作並使用色差比對樣品檢測色差,每組檢測50PCS,其S/N之計算公式為:

S/N=-10log（1/nYi2）注:

Yi為每組50PCS的色差總數。

可控因素：

本實驗可控因素之選取，是將前述之製造流程經現場技術人員分析後，選取四個三水準的可控因素，列表如下：

直交表及因素配置,本實驗之四個可控因素，經成份分析後，分別配置於L9（34）之直交表之1，2，3，4列。

本實驗共有四個三水準可控因數，每一實驗條件下均檢測50PCS樣本，計數色差不良數量，故本實驗採用L9（34）之直交表。

直交表：

因素配置：

實驗步驟及資料彙集,實驗步驟：

資料彙集：

由於本次實驗規劃之品質特性為色差不良數，有關資料之彙集，將9組450個樣本一一與樣品比對，並按SOP進行操作得出9組資料，由此計算S/N值。

本次實驗經直交表配置分析後，交由射出成型現場技術人員進行實驗，進行9組實驗，每一組實驗選取50個樣本數，共選取450個樣本數進行計數值資料分析。

因子,經由執行上述之步驟，得出直交表。

資料分析,最佳化條件之選定,回應表,A2B1C1D3,轉換為可控因素描述如下：

驗證實驗,驗證實驗條件描述：

經資料分析後得出一組最佳條件組合如下：

經過我司工作人員的不懈努力,結合以上9組實驗,最終得出一組最佳條件:

烘料溫度120,烘料時間4小時45分,螺杆溫度295,模溫118.自從本星期五開始使用此條件後,通過兩天來的長時間檢測,發現到P80TOPSHELL9#產品的色差不良現象有所降低,這幾天的不良率基本控制在5%至7%.總而言之,以上說明此前的條件並不是非常理想,而現在的條件方是較為理想的條件,且公司的利益由此得以體現.,結論,有關未來之計畫部分,由於田口式品質工程技術於設計規劃或制程改善,均不失為一犀利之工具,故我司主管要求相關單位未來應加強田口式品質工程技術探討,並將此應用於產品品質提升上.但是應該考慮到的問題是:

若因某項不良而改變條件後,同時出現其他嚴重問題又該如何?

因此是否可以對幾項不良問題點同時分析並尋找最適合之條件.,未來計畫,