不懂DOE（实验设计）？那你只是半个合格的DQE！

什么是DOE？

设计是优化实验方案，减少实验误差和生产成本，减少实验工作量，科学分析实验结果的一种方法。

从20世纪20年代开始，费希尔(R.A.Fisher)首次被用于农业生产。20世纪60年代，日本统计学家田口信行博士将实验设计应用于工业过程优化，为实验设计的更广泛应用做出了众所周知的贡献，使这一方法得到普及和发展。在20世纪80年代兴起的6西格玛管理体系中，实验设计成为DMAIC的重要组成部分，使实验设计得到了更广泛的应用。

那为什么要用DOE呢？DOE的重要作用是什么？

作为产品设计工程师，您需要:

1)做敏感性分析；

2)建立产品尺寸和其他特性的公差；

3)确定零件的特性；

4)使用低档材料或不降低陈皮成本；

5)减少变质等。

作为过程工程师(PE)、设备工程师(ME)或质量工程(QE)，您需要:

1)过程能力Cpk研究；

2)研究各种工艺参数之间的相互作用和关系及其对产品特性的影响；

3)不考虑设备能力和操作方法对产品特性的影响；

4)对测量工具等进行GR&R分析研究。

但以上工作都需要做各种实验和数据分析，需要DOE方法。日本工厂常说:“不了解DOE，就是半个不合格的工程师！”

那么DOE的基本目的是什么呢？

在产品设计或工艺设计中，我们通常关注客户的特殊特征Y(如下图所示)是如何受到各种输入因素(X)的影响的。我们需要研究输入因素(X)的变化，当它们的变化引起客户特殊特征Y的变化时，我们才能最终确定哪些输入因素(X)是关键，应该设置什么样的最优值。那么需要大量的实验。

假设有一个输出Y在七个输入因子X s(即变量)的影响下发生变化，每个X的变量有两个变化水平，即两个值。

从上表可以看出，传统方法需要27次测试。按照DOE的方法，只需要8次就能达到同样的效果。成本和时间效率的差异是不言而喻的。设计的本质是从128个完整的测试组合中选择最具代表性的组合进行测试的方案。经过统计专家的大量研究和分析，制作了测试表，保证了很高的可信度。例如:

1)全因素试验设计表

2)分布测试设计表

3)筛选试验设计表

4)中心组合试验设计表

5) Box-Behnken试验设计表

6)田口试验设计表等。

那么DOE的主要方法有哪些呢？

常见的实验设计方法可以分为两类，一类是正交实验设计法，另一类是析因法。

1)正交试验设计方法

正交试验设计是研究和处理多因素试验的科学方法。它采用标准化的表格——正交表，选择试验条件，安排试验计划，进行试验，通过较少的试验，找出较好的生产条件，即最佳或较好的试验方案。主要用于考察复杂系统(产品、过程)的某些特性或多重因素对系统(产品、过程)某些特性的影响，识别系统中影响较大的因素及其影响的大小，以及各因素之间可能存在的相互关系，从而促进产品和过程的设计和开发优化，控制或改进现有产品(或系统)。

2)析因法

析因法又称析因实验设计、析因实验等。研究两个或两个以上变化因素的影响是一种有效的方法。许多实验需要检查两个或更多变量的影响。比如几个因素:对产品质量的影响；对某台机器的影响；对材料性能的影响；燃烧消耗对某一过程的影响等等。所研究的因素是根据所有因素的所有水平(levels)的所有组合依次进行测试的，这被称为析因试验，或完全析因试验，简称为析因法。它用于新产品开发、产品或工艺改进以及安装服务。通过较少的试验，可以找到优质、高产、低耗的因素组合，达到改善的目的。

DOE测试设计要想让DOE成功，需要保证哪些前提条件？

确保实验研究过程稳定、真实。如果条件有限，如果做不到这一点，我们可以通过随机化、分组、模仿等方法尽量避免。

测量系统必须具有可靠的重复性和再现性。否则，测量数据不可靠。自然测试的结果不可信。