試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）試驗(yàn)指導(dǎo)書周娟編中國(guó)計(jì)量學(xué)院質(zhì)量和安全學(xué)院二○○九年十月學(xué)生試驗(yàn)守則1學(xué)生必需在要求時(shí)間內(nèi)參與試驗(yàn)，不得遲到、早退。2學(xué)生進(jìn)入試驗(yàn)室后，不準(zhǔn)隨地吐痰、抽煙和亂拋雜物，保持室內(nèi)清潔和平靜。3試驗(yàn)前應(yīng)認(rèn)真閱讀試驗(yàn)指導(dǎo)書，復(fù)習(xí)相關(guān)理論并接收老師提問(wèn)檢驗(yàn)，一切準(zhǔn)備工作就緒后，須經(jīng)指導(dǎo)老師同意后方可動(dòng)用儀器設(shè)備進(jìn)行試驗(yàn)。4試驗(yàn)中，認(rèn)真實(shí)施操作規(guī)程，注意人身和設(shè)備安全。學(xué)生要以科學(xué)態(tài)度進(jìn)行試驗(yàn)，細(xì)心觀察試驗(yàn)現(xiàn)象、認(rèn)真統(tǒng)計(jì)多種試驗(yàn)數(shù)據(jù)，不得馬虎從事，不得剽竊她人試驗(yàn)數(shù)據(jù)。5如儀器發(fā)生故障，應(yīng)立即匯報(bào)老師進(jìn)行處理，不得自行拆修。不得動(dòng)用和觸摸和此次試驗(yàn)無(wú)關(guān)儀器和設(shè)備。6凡損壞儀器設(shè)備、器皿、工具者，應(yīng)主動(dòng)說(shuō)明原因，書寫損壞情況匯報(bào)，依據(jù)具體情節(jié)進(jìn)行處理。7試驗(yàn)完成后，將計(jì)量器具和被測(cè)工件整理好，認(rèn)真填寫試驗(yàn)匯報(bào)（包含數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析和處理，和繪制必需圖形）。前言本試驗(yàn)指導(dǎo)書是《試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）》課程配套試驗(yàn)教材。《試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）》是工程技術(shù)和統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合學(xué)科，關(guān)鍵包含兩部分內(nèi)容，第一是對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)有效設(shè)計(jì)，第二是對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確統(tǒng)計(jì)分析，屬于設(shè)計(jì)質(zhì)量范圍?！对囼?yàn)設(shè)計(jì)（DOE）》在質(zhì)量設(shè)計(jì)和質(zhì)量改善過(guò)程中飾演了很關(guān)鍵角色，它是我們產(chǎn)品質(zhì)量提升，工藝步驟改善關(guān)鍵確保。試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)已廣泛被利用于從航天業(yè)到通常生產(chǎn)制造業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量改善、工藝步驟優(yōu)化。本課程目標(biāo)是期望學(xué)生能較為透徹地了解多種方法設(shè)計(jì)思想及其實(shí)踐過(guò)程，并能熟練利用。試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）試驗(yàn)是《試驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）》課程教學(xué)必需試驗(yàn)步驟。其目標(biāo)是加深學(xué)生對(duì)本課程所包含關(guān)鍵基礎(chǔ)原理、基礎(chǔ)方法了解，而且鍛煉學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力，使學(xué)生在后面學(xué)習(xí)和工作中能夠綜合利用所學(xué)知識(shí)處理實(shí)際問(wèn)題。本課程要求學(xué)生提前閱讀試驗(yàn)指導(dǎo)書，在老師指導(dǎo)下自己動(dòng)手，親自實(shí)踐，邊做邊想，認(rèn)真統(tǒng)計(jì)，并寫出試驗(yàn)匯報(bào)。本試驗(yàn)指導(dǎo)書因?yàn)闀r(shí)間倉(cāng)促，水平所限，難免有疏漏廖誤之處，熱切期望試驗(yàn)指導(dǎo)老師和學(xué)生能提出寶貴意見(jiàn)，謝謝。目錄試驗(yàn)一單原因方差分析和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)excel實(shí)現(xiàn)····················································································1試驗(yàn)二單因子方差分析和田口設(shè)計(jì)MINITAB實(shí)現(xiàn)················································································································1試驗(yàn)1：?jiǎn)卧蚍讲罘治龊驼辉囼?yàn)設(shè)計(jì)excel實(shí)現(xiàn)一、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)1）掌握利用excel進(jìn)行單原因方差分析；2）掌握利用excel進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析；3）了解運(yùn)行結(jié)果含義。二、試驗(yàn)類型綜合型三、試驗(yàn)內(nèi)容問(wèn)題1：現(xiàn)有甲、乙、丙三個(gè)工廠生產(chǎn)同一個(gè)零件，為了了解不一樣工廠零件強(qiáng)度有沒(méi)有顯著差異，現(xiàn)分別從每一個(gè)工廠隨機(jī)抽取四個(gè)零件測(cè)定其強(qiáng)度，數(shù)據(jù)如表所表示，試問(wèn)三個(gè)工廠零件強(qiáng)度是否相同？（假定每一個(gè)總體全部服從正態(tài)分布且各總體方差相等）工廠零件強(qiáng)度甲10310198110乙113107108116丙82928486操作步驟：將數(shù)據(jù)輸入excel中；選擇工具欄加載宏；選擇工具分析庫(kù)；工具中會(huì)增加“數(shù)據(jù)分析”選項(xiàng)（注意：安裝excel時(shí)需安裝該功效），選擇該選項(xiàng)單原因方差分析；選定指定區(qū)域，注意分組方法；分析輸出結(jié)果。問(wèn)題2：一批由同一個(gè)原料織成布，用不一樣印染工藝處理，然后進(jìn)行縮水率試驗(yàn)。假設(shè)采取3種不一樣工藝，測(cè)得每種工藝處理布樣縮水率百分?jǐn)?shù)如表所表示。若布縮水率服從正態(tài)分布，不一樣工藝處理布縮水率方差相等。試考察不一樣工藝對(duì)布縮水率有沒(méi)有顯著影響？縮水率試驗(yàn)結(jié)果原因A111.012.87.68.34.75.59.310.3A22.84.51.50.2A34.36.11.43.6操作：參考問(wèn)題1步驟，用excel分析該問(wèn)題。（自己輸入數(shù)據(jù)，單因子方差分析，想一下和第一題有什么不一樣？）問(wèn)題3：為了解3種不一樣配比飼料對(duì)仔豬生長(zhǎng)影響差異，對(duì)3種不一樣品種豬各選3頭進(jìn)行試驗(yàn)，分別測(cè)得其3個(gè)月間體重增加量如表所表示。假定其體重增加量服從正態(tài)分布，且多種配合方差相等。試分析不一樣飼料和不一樣品種對(duì)豬生長(zhǎng)有沒(méi)有顯著影響？體重增加量（品種）

1

2

3（飼料）

123515352565758454947操作：參考問(wèn)題1步驟，用excel分析該問(wèn)題。（自己輸入數(shù)據(jù)，雙因子方差分析）問(wèn)題4：每種結(jié)構(gòu)8發(fā)炮彈分別用4門火炮發(fā)射，每門火炮發(fā)射兩發(fā)。試分析不一樣火炮和不一樣結(jié)構(gòu)對(duì)射程有沒(méi)有顯著影響。操作步驟：找到桌面上數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)1.xls;參考問(wèn)題1步驟，用excel分析該問(wèn)題。（自己輸入數(shù)據(jù)，雙因子方差分析，注意和上一題區(qū)分）問(wèn)題5： 某化工廠生產(chǎn)一個(gè)化工產(chǎn)品，采收率低而且不穩(wěn)定，通常在60％～80％之間波動(dòng)?，F(xiàn)在期望經(jīng)過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，找出好生產(chǎn)方案，提升采收率。其關(guān)鍵原因及水平選擇以下表所表示：水平原因ABC反應(yīng)溫度℃加堿量㎏催化劑種類1A1=80B1=35C1=甲種2A2=85B2=48C2=乙種3A3=90B3=55C3=丙種操作步驟：找到桌面上文件：數(shù)據(jù)2.xls;在單元格“B11”輸入公式“=SUMIF(B$2:B$10,$A2,$E$2:$E$10)/3計(jì)算出A原因1水平試驗(yàn)平均值函數(shù)：SUMIF(range,criteria,sum_range)Range

為用于條件判定單元格區(qū)域。Criteria

為確定哪些單元格將被相加求和條件，其形式能夠?yàn)閿?shù)字、表示式或文本。比如，條件能夠表示為32、"32"、">32"或"apples"。Sum_range

是需要求和實(shí)際單元格。注意：B$2和B2、$B$2區(qū)分。說(shuō)明:只有在區(qū)域中對(duì)應(yīng)單元格符合條件情況下，sum_range中單元格才求和。假如忽略了sum_range，則對(duì)區(qū)域中單元格求和。MicrosoftExcel還提供了其它部分函數(shù)，它們可依據(jù)條件來(lái)分析數(shù)據(jù)。比如COUNTIF函數(shù)。假如要讓公式依據(jù)某一條件返回兩個(gè)數(shù)值中某一值（比如，依據(jù)指定銷售額返回銷售紅利），則可使用IF函數(shù)。橫向脫拉公式，自動(dòng)計(jì)算出B、C原因1水平試驗(yàn)平均值；設(shè)置對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，計(jì)算A、B、C在2水平和3水平試驗(yàn)平均值；在單元格“B14”內(nèi)輸入公式“＝3*DEVSQ(B11:B13)”,計(jì)算出SSA=728,然后將公式復(fù)制到對(duì)應(yīng)區(qū)域，可計(jì)算SSB、SSC。在單元格“E14”內(nèi)輸入公式“＝DEVSQ(E2:E10)”,計(jì)算出SST=1238。在單元格“F14”內(nèi)輸入公式“＝E14-SUM(B14:D14)”,計(jì)算出SSE=86。函數(shù)：返回?cái)?shù)據(jù)點(diǎn)和各自樣本平均值偏差平方和。語(yǔ)法DEVSQ(number1,number2,...)Number1,number2,...

為1到30個(gè)需要計(jì)算偏差平方和參數(shù)，也能夠不使用這種用逗號(hào)分隔參數(shù)形式，而用單個(gè)數(shù)組或?qū)?shù)組引用。7、在區(qū)域“B15:E15”輸入各項(xiàng)目標(biāo)自由度。在單元格“F15”內(nèi)輸入公式“＝E15-SUM(B15:D15)”,計(jì)算出誤差項(xiàng)自由度。8、在單元格“B16”內(nèi)輸入公式“＝B14/B15”,計(jì)算出MSA=364,然后將公式復(fù)制到區(qū)域“C16:F16”。9、在單元格B18內(nèi)輸入公式“＝FDIST(B17,B15,$F15)”,計(jì)算出A原因P值。函數(shù)：返回F概率分布。使用此函數(shù)能夠確定兩個(gè)數(shù)據(jù)系列是否存在改變程度上不一樣。語(yǔ)法FDIST(x,degrees_freedom1,degrees_freedom2)X

參數(shù)值。Degrees_freedom1分子自由度。Degrees_freedom2分母自由度。10、試驗(yàn)結(jié)果：11、對(duì)上述試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。問(wèn)題6：農(nóng)藥收率是農(nóng)藥生產(chǎn)中一項(xiàng)關(guān)鍵經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，為提升某種農(nóng)藥收率，需要進(jìn)行正交試驗(yàn)。確定試驗(yàn)中所考慮原因和水平，并確定可能存在并要考察交互作用。經(jīng)分析，影響農(nóng)藥收率原因有四個(gè)：反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、兩種原料配比和真空度。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間交互作用對(duì)收率有較大影響，所以在本試驗(yàn)中還需考察交互作用。水平反應(yīng)溫度A反應(yīng)時(shí)間B兩種原料配比C真空度D1602.5h1.1/150kPa2803.5h1.2/160kPa試驗(yàn)號(hào)因素YABA×BCD列號(hào)123456712345678111122221122112211222211121212121212212112211221122121128695919491968388試找出顯著原因和最好試驗(yàn)條件操作步驟：找到桌面上數(shù)據(jù)文件數(shù)據(jù)3.xls;參考問(wèn)題5步驟，用excel分析該問(wèn)題。試驗(yàn)2：?jiǎn)我蜃臃讲罘治龊吞锟谠O(shè)計(jì)MINITAB實(shí)現(xiàn)一、試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)1）掌握利用minitab進(jìn)行單因子方差分析；2）掌握利用minitab進(jìn)行田口設(shè)計(jì)；3）掌握利用minitab進(jìn)行田口設(shè)計(jì)分析；3）了解運(yùn)行結(jié)果含義。二、試驗(yàn)類型綜合型三、試驗(yàn)內(nèi)容問(wèn)題1：有四種牌號(hào)防銹劑，對(duì)每種防銹劑防銹能力各測(cè)量10次，試分析其防銹能力有沒(méi)有顯著差異操作步驟：1.進(jìn)入MINITAB系統(tǒng)，輸入試驗(yàn)數(shù)據(jù)；選擇統(tǒng)計(jì)→方差分析→單因子方差分析（未成堆數(shù)據(jù)），打開(kāi)未成堆數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差分析，并在必需時(shí)進(jìn)行多重比較。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成堆疊數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因子方差分析。問(wèn)題2：假設(shè)你是一位工程師，而且你正在評(píng)定影響裝貨用塑料袋密合強(qiáng)度原因。你已經(jīng)找到四個(gè)可控制原因（材料、溫度、壓力和厚度），和兩個(gè)會(huì)影響密合強(qiáng)度噪聲條件（噪聲1和噪聲2），而你期望密合強(qiáng)度能夠達(dá)成要求規(guī)格。假如密合強(qiáng)度不夠，袋子可能會(huì)破掉而污損貨物，造成退貨結(jié)果；不過(guò)假如密合強(qiáng)度太強(qiáng)，又可能造成用戶開(kāi)取袋子會(huì)有困難。所以將密合強(qiáng)度規(guī)格定為18操作步驟：進(jìn)入minitab系統(tǒng)；選擇統(tǒng)計(jì)→DOE→田口→創(chuàng)建田口設(shè)計(jì)，打開(kāi)田口設(shè)計(jì)主對(duì)話框；假如需要瀏覽一下可用田口方法總表，點(diǎn)擊按鈕，開(kāi)啟全部田口方法內(nèi)容，以下圖所表示：查看完后，再按下回到主對(duì)話框在設(shè)計(jì)類型部分，選擇合適設(shè)計(jì)類型，本例中選擇2水平；由因子數(shù)下拉框中選定因子個(gè)數(shù)，本例中選擇4，以下圖所表示；選擇設(shè)計(jì)選項(xiàng)鈕，選擇L8，以下圖所表示；單擊，返回主對(duì)話框，單擊因子，打開(kāi)田口設(shè)計(jì)-因子對(duì)話框，將鼠標(biāo)點(diǎn)在因子列表名稱字段位置，而且輸入第一個(gè)原因名稱材料。然后，用鍵盤向下鍵將鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)下一行位置，依序完成全部因子名稱設(shè)定（溫度、壓力和厚度）。將鼠標(biāo)點(diǎn)在原因列表水平值位置，而且輸入第一個(gè)因子水平值內(nèi)容（liquid/tungsten），以下圖所表示，設(shè)定其它因子水平：在C5、C6中輸入以下圖所表示數(shù)據(jù)：打開(kāi)菜單統(tǒng)計(jì)→DOE→田口→分析田口設(shè)計(jì)；找出最好試驗(yàn)條件。問(wèn)題3：噴塑制成機(jī)柜架工藝條件設(shè)