三綜合試驗箱詳解可靠性試驗設(shè)計方法

三綜合試驗箱技術(shù)規(guī)格： 

可靠性設(shè)計分析過程中，經(jīng)常會用到實驗設(shè)計方法。通過實驗設(shè)計，對試驗或仿真進(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)計參數(shù)間的敏感度關(guān)系，從而確定設(shè)計參數(shù)，優(yōu)化參數(shù)組合，分析參數(shù)波動對期望特性的影響。
實驗設(shè)計基本原理

實驗設(shè)計是檢測、篩選、證實原因的統(tǒng)計工具，是利用整個統(tǒng)計領(lǐng)域的知識來理解流程中普遍存在的復(fù)雜關(guān)系。它不僅能識別單個因素影響，而且能識別多個因子的交互影響。DOE通過安排經(jīng)濟(jì)的試驗次數(shù)來進(jìn)行試驗，以確認(rèn)各種因素X對輸出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)品和過程改進(jìn)有效的強(qiáng)大武器！

1、DOE的優(yōu)勢

可同時變動和測試多個變量的影響；  實驗次數(shù)少：L8（2）= 128 次（全部組合）；  效果可靠；  實驗周期短；
成本低。

2、DOE的三項基本原則

（1）重復(fù)設(shè)計

一個處理施于多個單元。簡單講，就是指相同的試驗條件需要重復(fù)進(jìn)行2次或以上的實驗。作用：估計隨機(jī)誤差l常用的策略是——采用中心點

（2）隨機(jī)化

以*隨機(jī)的方式安排試驗的順序。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)齊性的實驗單元（運行）稱作一個區(qū)組，將全部實驗單元劃分為若干區(qū)組的方法稱作區(qū)組化。作用：區(qū)組也是一個變量因子，使實驗分析更為有效。

3、DOE應(yīng)用范圍

實驗設(shè)計主要有：  正交實驗設(shè)計；  田口設(shè)計；  全因子實驗設(shè)計；  分部因子設(shè)計；  響應(yīng)曲面設(shè)計；
混料設(shè)計。

適用于：新產(chǎn)品研制開發(fā)；產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)優(yōu)化；為產(chǎn)品選擇合理的配方；過程設(shè)計與優(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)，解決長期質(zhì)量問題

4、實驗設(shè)計的基本程序

DOE包含計劃-實施-分析三個階段8個步驟：
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：選擇試驗計劃 步驟5：實施試驗，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：驗證設(shè)計
正交試驗設(shè)計

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

一切從簡單入手：正交設(shè)計是DOE體系中簡單實用的一種方法，通過本案了解DOE的基本概念、機(jī)理和操作步驟。

正交實驗設(shè)計實例應(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。某廠工程師以這個水平做依據(jù)，對電機(jī)質(zhì)量進(jìn)行調(diào)查，不合格率為23%。決定利用試驗設(shè)計，提高電機(jī)的輸出力矩。

步驟1：明確品質(zhì)改善和試驗?zāi)康?br />本試驗?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-望目這是正交實驗也是田口方法的特點。本例用輸出力矩作為考察指標(biāo)，是一個望大特性，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個因素：充磁量、定位角度及線圈匝數(shù)，根據(jù)以往經(jīng)驗，分別確定了三個水平。
步驟4：制定實驗計劃（選擇正交表）
可選擇L9（34），從統(tǒng)計軟件可直接獲得：
步驟5：進(jìn)行試驗，測定試驗結(jié)果
試驗的要點：
試驗的順序應(yīng)當(dāng)隨機(jī)化；
每次試驗的環(huán)境條件基本相同；
確定樣本大小：計量數(shù)據(jù)3個，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)；
確保計量系統(tǒng)可信（MSA）；
填列數(shù)據(jù)時要仔細(xì)，不要錯位。

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、通過計算整理，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)，作出試驗結(jié)論

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

全因子試驗設(shè)計

全因子實驗設(shè)計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。

1、應(yīng)用：全因子設(shè)計是DOE方法體系中的典型代表。運用了兩大統(tǒng)計功能：方差分析和回歸分析，方差分析——檢測并區(qū)分組間誤差與試驗誤差，借以確定因子的顯著性——自變量X對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；因子水平數(shù)目只能是2個，即(-)和(+)；中心點設(shè)置：2~4個（不是必需的，試驗次數(shù)也將相應(yīng)增加）。
部分因子試驗設(shè)計

4因子的全因子設(shè)計的試驗次數(shù)為16次，而分部試驗只采取其中部分的實驗計劃。

1、意義：全因子設(shè)計的試驗次數(shù)將隨因子個數(shù)的增加而急劇增加。例如，7因子2水平試驗，全因子要做2^7=128次試驗。（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；水平數(shù)為2個；分辨率應(yīng)根據(jù)試驗?zāi)康臐M足一定的等級

篩選試驗設(shè)計

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

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

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

響應(yīng)曲面試驗設(shè)計

響應(yīng)曲面設(shè)計是利用合理的試驗設(shè)計方法并通過實驗得到一定數(shù)據(jù)，采用多元二次回歸方程來擬合因素與響應(yīng)值之間的函數(shù)關(guān)系，通過回歸的分析來進(jìn)行選優(yōu)的一種統(tǒng)計方法。 

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

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

1、DOE工具優(yōu)缺點比較
2、如何選擇DOE工具