常用DOE方法實操培訓(xùn)教材第1頁/共36頁試驗設(shè)計方法2.試驗類型的選取試驗類型使用場合分析方法優(yōu)點備注部分因子試驗一般用于試驗因子≥5個的場合，用于篩選顯著因子方差分析試驗次數(shù)少因子數(shù)少的情況下可選用全因子試驗響應(yīng)曲面設(shè)計（RSM)試驗因子≤3個，試驗指標(biāo)一般為望大或望小方差分析可以擬合二階模型并進(jìn)行預(yù)測均勻設(shè)計用于試驗因子數(shù)與水平數(shù)都較多的場合回歸分析試驗次數(shù)很少常用的幾種試驗設(shè)計類型如下：第2頁/共36頁試驗設(shè)計方法3.1試驗設(shè)計-部分因子試驗分辨度：用于確認(rèn)試驗的效應(yīng)相互混雜的程度。判定方法：手指規(guī)則第3頁/共36頁試驗設(shè)計方法3.1試驗設(shè)計-部分因子試驗輸入因子名稱及相應(yīng)的高低水平選擇試驗次數(shù)，中心點、重復(fù)及區(qū)組的數(shù)量選擇是否要對試驗順序隨機(jī)化別名結(jié)構(gòu)：別名結(jié)構(gòu)顯示了各個相互混雜的項。當(dāng)我們要考慮二階交互作用時，分辨度要≥Ⅴ中心點可以用來估計試驗誤差及判定模型是否彎曲第4頁/共36頁試驗設(shè)計方法3.1試驗設(shè)計-部分因子試驗Stdorder:試驗的標(biāo)準(zhǔn)順序，是固定的；Runorder:試驗的運(yùn)行順序，每次隨機(jī)化的到的順序可能不一致；CenterPt：數(shù)字0表示該組試驗為中心點；塊：表示區(qū)組的數(shù)量。第5頁/共36頁試驗設(shè)計方法3.2試驗設(shè)計-響應(yīng)曲面設(shè)計星號點（starpoint)或軸點（axialpoint)中心點（centerpoint立方體點（cubepoint)或角點（cornerpoint)項目

類型水平序貫性旋轉(zhuǎn)性CCC（中心復(fù)合序貫設(shè)計）(centralcompositecircumscribed)(-α，-1,0,1，α）

有

有

CCF（中心復(fù)合表面設(shè)計）(centralcompositeface-centereddesign)(-1,0,1）

有無

序貫性：指試驗的連續(xù)性，上一次試驗的數(shù)據(jù)可用于下一輪試驗的分析，以避免重復(fù)進(jìn)行試驗。旋轉(zhuǎn)性：在某點處預(yù)報值的方差僅與該點到試驗中心的距離有關(guān)，而與其所在方位無關(guān)，也即響應(yīng)變量的預(yù)測精度在以設(shè)計中心為球心的球面上是相同的。在試驗水平更改較難的場合，可以考慮CCF設(shè)計，即α取1。CCD設(shè)計試驗點數(shù)因子數(shù)立方體點數(shù)星號點中心點總計244513386620416863053210105251610733第6頁/共36頁試驗設(shè)計方法3.2試驗設(shè)計-響應(yīng)曲面設(shè)計α值選中間值是為CCF設(shè)計輸入因子名稱及相應(yīng)的高低水平選擇是否隨機(jī)化第7頁/共36頁試驗設(shè)計方法3.2試驗設(shè)計-響應(yīng)曲面設(shè)計PtType:0表示中心點的組合任務(wù)欄中顯示該RSM設(shè)計的詳細(xì)信息。第8頁/共36頁試驗設(shè)計方法3.3試驗設(shè)計-均勻設(shè)計根據(jù)因子數(shù)及水平數(shù)選取均勻設(shè)計表（水平數(shù)一般≥2倍因子數(shù)根據(jù)使用表選取所用的列（例：三因素十水平均勻設(shè)計，則選取1、5、6列進(jìn)行試驗排列第9頁/共36頁試驗設(shè)計方法3.3試驗設(shè)計-均勻設(shè)計（1）當(dāng)某些試驗組合根據(jù)經(jīng)驗可以預(yù)測到其結(jié)果不理想時，可以將其中一組或幾組的編號錯開。印刷壓力印刷速度脫模速度脫模延遲時間印刷間隙5150.850000.025.5451.65000-0.026250.24000-0.066.545140000.17251.830000.065550.430000.045.5351.22000065522000-0.046.5350.61000-0.087151.410000.085kg5.5kg6kg6.5kg7kg所有的水平從小到大構(gòu)成一個閉環(huán)循環(huán)，編號時可根據(jù)需要將任意一個水平定義為1號，然后按順時針方向編號。（2）當(dāng)某一因素的水平水不夠時，可將水平重復(fù)一次第10頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第一步：瀏覽數(shù)據(jù)第11頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第二步：擬合模型第12頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第二步：擬合模型主效應(yīng)P值=0.008（＜0.05），說明模型總效應(yīng)是顯著的；彎曲項P值=0.215,（＞0.05），說明數(shù)據(jù)無彎曲；R-Sq（adj)=93.2%，說明回歸效果的度量也很好；失擬項P值=0.012（＜0.05)，說明模型有失擬，遺漏了重要的項（此時需要增加項，以便消除失擬）。二階交互效應(yīng)顯著時，需要結(jié)合別名結(jié)構(gòu)具體分析后進(jìn)行判定。第13頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第三步：模型簡化逐步將不顯著的項目刪掉后重新進(jìn)行擬合，對比擬合前后的模型擬合效果：①模型簡化后，R-Sq(adj)與R-Sq的差值減??；②誤差項s或s2減小。滿足以上兩個條件，說明模型簡化后得到了優(yōu)化。全模型簡化模型變化R-Sq97.95%97.68%減小R-Sq(adj）90.76%93.04%增大s0.3580.311減小模型簡化后，R-Sq與R-Sq(adj）的差值減小，誤差s也減小，說明簡化后的模型更優(yōu)。第14頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第四步：殘差診斷殘差定義為實際觀測值與擬合值之差。正常情況下，如果模型確實能夠反映數(shù)據(jù)情況，則殘差應(yīng)滿足如下假定：（1）具有時間獨立性—診斷殘差與觀測值順序圖；（2）來自穩(wěn)定受控總體；（3）對輸入因子的所有水平有相等的總體方差—檢查自變量與殘差的方差齊性及是否彎曲；（4）符合正態(tài)分布ei～N(0,σ2），i=1,···,n；（診斷殘差是否正正態(tài)分布）。左圖中為常見的殘差圖，（1）是正常的殘差圖，（2）至（4）為異常的殘差圖。（2）類型的殘差圖一般出現(xiàn)在殘差與擬合值圖；（3）類型的殘差圖一般出現(xiàn)在殘差與自變量圖；（4）類型的殘差一般出現(xiàn)在殘差與運(yùn)行序圖第15頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第四步：殘差診斷①右下角的殘差與觀測值順序圖：正常情況下，殘差隨機(jī)地在水平軸上下無規(guī)則地波動；②右上角的殘差與擬合值圖：正常情況下，殘差具有等方差性，若出現(xiàn)漏斗形或喇叭形，則說明試驗指標(biāo)Y需要進(jìn)行變換；③左上角的正太概率圖：正常情況下，殘差呈正態(tài)分布；④殘差與各自變量的散點圖：主要考察是否有彎曲趨勢，若有彎曲，應(yīng)考慮增加高階項。第16頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第五步：輸出及解釋模型模型簡化完成后，參照未編碼系數(shù)寫出回歸方程,未編碼系數(shù)即回歸方程中該項的系數(shù)。注：當(dāng)實驗過程中有顯著的噪聲因子存在，該噪聲因子無法控制但可以測量時，可以使用協(xié)方差進(jìn)行分析以便排除噪聲因子的影響，提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。第17頁/共36頁選擇響應(yīng)及要輸出主效果圖的因子試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第五步：輸出及解釋模型（1）輸出主效果圖點“設(shè)置”第18頁/共36頁選擇響應(yīng)及要輸出主交互作用的因子點“選項”試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第五步：輸出及解釋模型（2）輸出交互作用圖點“設(shè)置”第19頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第五步：輸出及解釋模型（3）輸出等值線圖選擇不包含在等值線橫縱坐標(biāo)的其它顯著因子保持的水平第20頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.1數(shù)據(jù)分析-部分因子試驗第五步：輸出及解釋模型（4）使用響應(yīng)優(yōu)化器模擬最優(yōu)條件選擇要優(yōu)化的目標(biāo)輸入各個因子的起始值，起始值需要試驗設(shè)計范圍內(nèi)第21頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-響應(yīng)曲面設(shè)計第一步：瀏覽數(shù)據(jù)圖形＞散點圖（Graph＞scatterplot選擇要觀察的響應(yīng)觀察是否有異常值觀察響應(yīng)值是否隨著運(yùn)行序成隨機(jī)波動第22頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-響應(yīng)曲面設(shè)計第二步：擬合模型選擇完全二次回歸項P值=0.000＜0.05，說明模型有效；失擬項p值=0.509＞0.05，說明無失擬現(xiàn)象；第23頁/共36頁從左邊選項中將不顯著的項刪除模型簡化的順序為：首先，去除區(qū)組；然后刪除交互作用項；接著是平方項試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-響應(yīng)曲面設(shè)計第三步：簡化模型全模型簡化模型變化R-Sq98.59%98.53%減小R-Sq(adj）97.81%97.95%增大s0.017490.01690減小第24頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-響應(yīng)曲面設(shè)計第四步：殘差診斷統(tǒng)計＞DOE＞響應(yīng)曲面＞分析響應(yīng)曲面設(shè)計（Stat＞DOE＞Responsesurface＞AnalyzeResponseSurfaceDesign)殘差診斷判定方法與部分因子試驗殘差診斷相同。該試驗的殘差均無異常。第25頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-響應(yīng)曲面設(shè)計第五步：模型解釋-等值線圖第二步驟中勾選曲面圖，得到該圖第26頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-響應(yīng)曲面設(shè)計第五步：模型解釋-響應(yīng)優(yōu)化器統(tǒng)計＞DOE＞響應(yīng)曲面＞響應(yīng)優(yōu)化器（Stat＞DOE＞Responsesurface＞ResponseOptimizer)有多個試驗指標(biāo)時，可以對每個指標(biāo)的權(quán)重及重要度進(jìn)行設(shè)置，然后進(jìn)行綜合優(yōu)化第27頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-響應(yīng)曲面設(shè)計第五步：模型解釋-重疊等值線圖輸出各個試驗指標(biāo)的范圍選擇試驗指標(biāo)利用重疊等值線可以模擬可以的工藝范圍第28頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-均勻設(shè)計第一步：試驗數(shù)據(jù)表編寫編號常數(shù)壓力速度脫模時間間隙114.7151.230000.321523263000.2315.3302.825000.1415.6400.260000.001515.9501.42000-0.1616.2602.25500-0.2716.5703.21500-0.4816.8100.650000.35917.1201.610000.251017.4252.445000.151117.7353.65000.051218450.84000-0.051318.5551.820-0.151419652.635000.251519.2753.86500-0.1一定要有常數(shù)列第29頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-均勻設(shè)計第二步：擬合項計算并添加選擇路徑：計算＞計算器試驗設(shè)計時，試驗表中只有一次項，沒有平方項及交互項。使用計算器，將各個平方項和交互項添加到worksheet中。增加后得到如下表所示：第30頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-均勻設(shè)計第三步：逐步回歸當(dāng)擬合項目較多時，可以先用逐步回歸找出影響較大的項目，再用回歸得出擬合模型。選擇路徑：統(tǒng)計＞回歸＞逐步回歸項目較多時，可以多次進(jìn)行逐步回歸，并將不顯著的項刪除，留下顯著的項。第31頁/共36頁試驗設(shè)計方法4.2數(shù)據(jù)分析-均勻設(shè)計第三步：回歸分析建立模型當(dāng)擬合項目較多時，可以先用逐步回歸找出影響較大的項目，再用回歸得出擬合模型。選擇路徑：統(tǒng)計＞回歸＞回歸回歸P值=0.000＜0.05，模型有效回歸模型：缺陷unit數(shù)=-4.12+48.7*間隙-1.09*速度*間隙+1.05壓力-29.3