Shainin DOEShainin Design of Experiments (DOE)谢宁实验设计方法（谢宁 DOE）M1SGM SDE odule April 2004SGM ConfidentialShainin DOE一、谢宁DOE简介二、DMAIC结构三、问题定义四、成对比较研究五、产品/过程研究六、零部件研究七、改良的零部件研究八、多变差分析九、集合图十、变量分析十一、成效比对分析十二、工具选择的交互流程2SGM SDE Module April 2004SGM Confidential1PDF created with pdfFactory trial version
Shainin DOE一、谢宁DOE简介M3SG SDE Module April 2004SGM ConfidentialDOE是什么？Shainin DOEv90％的工程问题被“凭空分析”v不能仅仅依靠“思考”确定根本原因v基于判断、工程猜想和观念的解决方法会带来问题的重复发生v通过应用简单的数据收集和分析技术，DOE有助于精确查明问题的根本原因M4SG SDE Module April 2004SGM Confidential2PDF created with pdfFactory trial version
DOE的步骤Shainin DOEn收集数据u 在线(on-line)收集 －不打断正常的生产秩序n分析数据u 离线(off-line)分析 －不需要复杂的数学和统计技术（你只要知道计数、加、减、乘、除就可以分析数据）n结论u 该原因是否造成问题的发生（没有任何含混和模糊）5SGM SDE Module April 2004SGM ConfidentialDOE的应用Shainin DOEn 解决问题n 过程再设计n 过程特征n 过程优化n 产品设计6SGM SDE Module April 2004SGM Confidential3PDF created with pdfFactory trial version
为什么使用谢宁DOEShainin DOE• 所选用的工具应该：—对任何人都足够简单—不包括复杂的数学、统计知识和术语—现场的工程师应该可以分析数据—应明确识别变差的来源—在结论过程不能有任何含混（Henley原则）—使用者应“沉迷”于天天使用这些工具7SGM SDE Module April 2004SGM Confidential为什么使用谢宁DOEShainin DOE• 以消灭机理为目的• 分析过程简单，仅包含以下活动：—计数—加—减—除—乘8SGM SDE Module April 2004SGM Confidential4PDF created with pdfFactory trial version
谢宁DOE的应用 － 举例Shainin DOEn问题:u产品亮度达不到要求n变差的可能来源:u加料的顺序u混料机的转速u搅拌器的转速u乙烯基料的成分u树脂的成分M9SGM SDE odule April 2004SGM Confidential谢宁DOE的应用 － 举例Shainin DOEn问题:u M6攻丝作业时丝锥经常折断n变差的可能来源u丝锥柄的直径u丝锥螺纹直径u工件硬度u工件上孔的尺寸u机器的设定10SGM SDE Module April 2004SGM Confidential5PDF created with pdfFactory trial version
谢宁DOE的应用 － 举例Shainin DOEn 没有人能查明变差的来源n 谢宁DOE工具采用8个不同的工具、一个接一个地分析变差的原因MM11SG SDE odule April 2004SGM Confidential有效实施所要求的组织结构Shainin DOEn一批能熟练选用谢宁DOE工具并进行分析的人员（通常所谓的黑带）n需要对过程了解，有丰富的工作经验n为收集数据，这批人要和其他职能部门协同工作（生产、维护、技术和标准化）n由这批人分析和给出结论12SGM SDE Module April 2004SGM Confidential6PDF created with pdfFactory trial version
改变企业文化需要..Shainin DOEn 为改变人们的观念，需要管理层有力地支持和鼓励（需要时间和费用进行大量的研究）n 人们的态度应该从“我知道”向“让我们一起做吧”（而不是凭经验“可能是或肯定不是这个原因”）n 一个有力的负责人必须监督和跟踪每一个项目的进度13SGM SDE Module April 2004SGM Confidential谢宁DOE工具Shainin DOEn基础的DOE工具u多变差分析u过程参数研究u成对比较技术u零部件研究u改良的零部件研究u集合图n过程特征工具u变量研究u全因子分析n验证工具u成效比对分析n优化工具（不在本课程讨论范围内）u离散图uEVOP（调优操作）14SGM SDE Module April 2004SGM Confidential7PDF created with pdfFactory trial version
谢宁DOE工具Shainin DOEn多变差分析u当我们制造过程产生问题（用于多头包装机器或磨床的变差分析）n成对比较技术u当变差的可能来源可以在好的和坏的产品上测量和确定（用于分析可能由硬度原因造成的裂纹）n过程参数研究u当变差的可能来源不能在好的和坏的产品上测量和确定（用于分析可能由焊接时间而造成的焊接缺陷）15SGM SDE Module April 2004SGM Confidential谢宁DOE工具Shainin DOEn零部件研究u当问题由装配活动造成，而且在不损坏零部件的前提下装配件可被分拆和重新装配（不能设定气动刹车装置的开启压力）n集合图u当问题可以在产品的任何部位发生（油漆表面的灰尘及颗粒）n变量研究u配方或过程的再设计u定义过程或配方的特征u确定影响产出结果的最重要过程参数（用于识别导致问题的应用参数）M16SG SDE Module April 2004SGM Confidential8PDF created with pdfFactory trial version
谢宁DOE工具Shainin DOEn成效比对分析u验证一个已经识别出的变差的来源（用于确认表面粗糙度是否是轴承振动的原因）n离散图 （用于优化配方中某一添加剂的数量）n调优操作（用于优化配方中多种元素的含量）17SGM SDE Module April 2004SGM ConfidentialShainin DOE二、DMAIC结构18SGM SDE Module April 2004SGM Confidential9PDF created with pdfFactory trial version
什么是DMAICShainin DOEn第1阶段 － 定义Definitionn第2阶段 － 测量和分析Measure and Analyzen第3阶段 － 改进Improven第4阶段D － 控制ConDeefinefinetrolMMeeaassuurree & Analyze & AnalyzeIImmpprroovvee 这个循环被称为DMAICCCoonntroltrol19SGM SDE Module April 2004SGM Confidential什么是DMAICShainin DOEn第1阶段 － 定义u 在这个阶段问题应被清楚的定义。采用FMEA或头脑风暴法识别变差的来源。验证仪器的重复性和再现性能力。n第2阶段 － 测量和分析u 这是四个阶段中最关键的一步。在这一阶段谢宁DOE的工具被用来查明变差的来源。20SGM SDE Module April 2004SGM Confidential10PDF created with pdfFactory trial version
什么是DMAICShainin DOEn第3阶段 － 改进u采取行动以消除变差的来源u成效比对分析工具被用于验证行动的效果n第4阶段 － 控制u策划过程控制的方法，以确保在第三阶段中所实施的行动在组织中一直持续下去21SGM SDE Module April 2004SGM ConfidentialShainin DOE三、问题定义22SGM SDE Module April 2004SGM Confidential11PDF created with pdfFactory trial version
第1阶段－ 定义Shainin DOEn如何选择DOE项目u基于顾客要求u基于用户的抱怨u基于低质量所造成的高成本u基于高的报废率u基于高的返工率u节省过程成本以识别重要和非重要过程参数u基于影响交付的参数23SGM SDE Module April 2004SGM Confidential第1阶段－ 定义－ 示例Shainin DOEn如何选择DOE项目u行驶20000公里后车辆的里程表损坏u气缸活塞变形造成的高拒收率u控制炉子温度后带来的能源的节省24SGM SDE Module April 2004SGM Confidential12PDF created with pdfFactory trial version
第1阶段－ 定义－ 步骤Shainin DOEn问题的描述 －反馈 －识别反馈/结果，同时判断它是计量型还是计数型的 －识别问题最严重的零件和材料n测量反馈（结果）的仪器n反馈（结果）的规范n测量系统是否需要做R&R分析n问题的可疑变差来源（SSV ’s ——Suspected sources of variation）u使用FMEA识别变差源u列出所有可能的变差源M25SG SDE Module April 2004SGM Confidential第1阶段－ 定义－ 步骤Shainin DOEn推荐按以下分类对SSV’s进行归类u机器或过程u流程性材料u人员u工具工装u原材料u工作环境n SSV’s 应仅和变差相关，而不能是由于过程或产品设计的原因26SGM SDE Module April 2004SGM Confidential13PDF created with pdfFactory trial version
SSV’s － 一些示例Shainin DOE类别示例机器/过程推进压力注塑温度主轴转速滑槽复位性注塑速度淬火时间奥氏体化温度盐浴液成分流程材料冷却剂温度冷却剂粘度汲取油性能铸造砂性能27SGM SDE Module April 2004SGM Confidential SSV’s － 一些示例Shainin DOE类别示例人员转岗后熟练时间过程设定相关工具工装工具磨损模具温度柄直径丝锥硬度原材料硬度直径光洁度工作环境环境温度28SGM SDE Module April 2004SGM Confidential14PDF created with pdfFactory trial version
第1阶段－ 定义－ 示例Shainin DOEn问题描述u1K零件攻丝后未达到粗糙度要求n反馈（结果）u粗糙度（变量）n测量仪器u粗糙度测量仪n反馈（结果）的控制规范u7n是否需要做测量系统R&R 分析u需要29SGM SDE Module April 2004SGM Confidential第1阶段－ 定义－ 示例Shainin DOEn 问题的可疑变差源：u半成品的质量u搅拌器的转速u混料仓的清洁度u加料的顺序u加错原料“在列出变差源时，不要怀疑产品/过程设计”30SGM SDE Module April 2004SGM Confidential15PDF created with pdfFactory trial version
第1阶段－ 定义－ 示例Shainin DOEY = f (X) Y Y ＝反应＝结果XX ＝变差的来源••半成品的质量 • “” “是不可控的”•搅拌器的转速••混料仓的清洁度••加料的顺序••加错原料 “” “是可控的”31SGM SDE Module April 2004SGM Confidential练习1Shainin DOE32SGM SDE Module April 2004SGM Confidential16PDF created with pdfFactory trial version
Shainin DOE第2阶段 － 测量和分析工具1四、成对比较研究仅应用于SSV’s在好的和坏的产品上都可以测量时MM33SG SDE odule April 2004SGM Confidential应用 － 成对比较技术Shainin DOEn仅当SSV’s在好的和坏的产品上都可以测量时才适用n基于在问题定义阶段识别的反馈（结果）选择好的和坏的零件n反馈（结果） 可以是计数型也可以是计量型的nSSV’s 可以是计数型也可以是计量型的n如果SSV’s是计数型的，需要将他们转换成至少1-5的数值范围n通常它适用于分析和输入原材料相关的SSV’s34SGM SDE Module April 2004SGM Confidential17PDF created with pdfFactory trial version
应用 － 成对比较技术Shainin DOEY = f (X)X = SSV’s•• Y Y＝反馈（结果）•• 输入的原材料的参数•• 过程参数值，该值对好的和坏的零件是变化的使用这一工具测量SSV’s35SGM SDE Module April 2004SGM Confidential数据收集数据收集分析结论Shainin DOEn基于反馈/结果(Y)选择8个好的和8个坏的零件n在选择好的和坏的零件时，最好的（BOB）和最差的（WOW）应被选中n如果无法选到8个好的和8个坏的零件，那么最少必须选择6个好的和6个坏的n在16个零件上测量每一个SSV(X)并将结果记录在表格中n如果存在测量系统带来的变差，最好做R&Rn如果SSV是计数型的，则判断后将结果记录在最少刻度1-5的数据表中36SGM SDE Module April 2004SGM Confidential18PDF created with pdfFactory trial version
练习2 － 成对比较技术Shainin DOE从下列数据中找出6个最好的和6个最坏的跳动变差内环外环跳动值≤45μ/SecNOL1L2L3LMHWtRiRaL1L2L3LMHWtReRaResponse1(G)(G)(G)(G)(G)(G)(G)(G)(B)(B)(B)(B)(B)(B)(B)(B) SDE Module April 2004SGM Confidential数据收集分析分析Shainin DOE结论n一次仅选择一个参数进行分析n按升序排列数据，并判别表中的数据是否是好的（G）或坏的（B）n例如“Y”：开启压力：衬套的深度 SDE Module April 2004SGM Confidential19PDF created with pdfFactory trial version
数据收集分析分析Shainin DOE结论n如果表中最顶端和最底端的数据属于一类（无论都是好的或坏的），则该组计数为“0”n如果不是，则按以下步骤:u从顶端开始，检查第一次好的变为坏的（或坏的变为好的）发生在何处，在这一转变点划一条线u从底端开始，检查第一次好的变为坏的（或坏的变为好的）发生在何处，同样在这一转变点划一条线“Y”：开启压力：衬套的深度 SDE Module April 2004SGM Confidential数据收集分析分析Shainin DOE结论n/检查在转换点，SSV的数值是否相同n如果相同，检查是否只有2个数值相同，还是多于2个数值相同n如果2个值相同，按以下步骤:u按同样的趋势排列坏的或好的，需要时重新划线重新划线 SDE Module April 2004SGM Confidential20PDF created with pdfFactory trial version
数据收集分析分析Shainin DOE结论n如果多于2个值相同，则按以下步骤:u将整个区域做为一个值并重新划出转变线n示例将整个区域做为一个值并重新.划线 SDE Module April 2004SGM Confidential数据收集分析分析Shainin DOE结论n数出顶部转换线以上有多少个数据n数出底部转换线以下有多少个数据n/如果转换线处有2个相同的数据，则计算为“1/2”n加出总数n这个总数被称为“计数和” 1/ （计数和）= 2 ½Count （计数和） = 742SGM SDE Module April 2004SGM Confidential21PDF created with pdfFactory trial version
数据收集结论分析Shainin DOE结论n如果计数和>=6，则可以判断这一参数为问题产生的原因n否则，该参数不会产生问题 1/ （计数和）= 2 ½Count （计数和） = 743SGM SDE Module April 2004SGM Confidential分析Shainin （计数和）= 6Count （计数和） = 12Count （计数和） = 044SGM SDE Module April 2004SGM Confidential22PDF created with pdfFactory trial version
计数和与置信度水平Shainin DOECount /计数和CL (%) /置信度690%795%1099%%45SGM SDE Module April 2004SGM Confidential练习3 － 成对比较技术Shainin DOE从6个最好和6个最坏中找出内环每个参数的计数，并给出你的结论内环 SDE Module April 2004SGM Confidential23PDF created with pdfFactory trial version
练习3 － 成对比较技术Shainin DOE从6个最好和6个最坏中找出外环每个参数的计数，并给出你的结论外环22451259045162L1L2L3LMHWtReRaM47SG SDE Module April 2004SGM Confidential计数和>=6 的SSV’s制订工程规范Shainin DOEn对于计数和>=6 的SSV’s，根据好的数值分布区间制定工程规范“Y”：开启压力：输出 （计数和） : should be （公差）<= SDE Module April 2004SGM Confidential24PDF created with pdfFactory trial version
练习4 － 成对比较技术Shainin DOE为内环已计算出的>=6的SSV建立公差内环 SDE Module April 2004SGM Confidential练习4 － 成对比较技术Shainin DOE为外环已计算出的>=6的SSV建立公差外环22451259045162L1L2L3LMHWtReRa50SGM SDE Module April 2004SGM Confidential25PDF created with pdfFactory trial version
下一步…Shainin DOEn在制订SSV的规范后，我们冲∩型金属套筒，对缺陷问题必须找出为什么该SSV会造进行分析成变差n为更进一步分析的需要，我含C量 厚度 硬度们可能会做另外一组比对分0 1 16 析或产品/过程研究计数找原因n有时，我们会改进过程以实现将SSV控制在设立的规范内温度 时间 压下率计数0 0 16 51SGM SDE Module April 2004SGM ConfidentialShainin DOE工具2五、产品/过程研究应用于识别和过程参数相关的SSV52SGM SDE Module April 2004SGM Confidential26PDF created with pdfFactory trial version
应用Shainin DOEn用于识别和过程参数相关的SSVn/用于SSV’s是类似温度、压力、注塑时间等过程参数n也用于和输入原材料尺寸相关的SSV’s（这些尺寸将在过程中被改变）nSSV’s可以是计量或计数型的n反馈（结果）也可以是计量或计数型的MM53SG SDE odule April 2004SGM Confidential应用－ 产品/过程研究Shainin DOEY = f (X)X = SSV•• 过程中发生改变的原材料参数•• Y Y＝反馈（结果）•• 过程参数的变差•• 机器状况使用这一工具测量SSV’s54SGM SDE Module April 2004SGM Confidential27PDF created with pdfFactory trial version
数据收集Shainin DOEn数据收集方法和成对比较时不一样n有2种数据收集的方法：u方法1 － 持续收集数据直到我们得到8个最好和8个最差的工件u方法2 － 固定将要加工的工件数量，收集这些工件的数据并在其中选出8个最好和8个最差的工件n在收集数据时，方法2更加容易，可操作性强55SGM SDE Module April 2004SGM Confidential数据收集－ 方法1Shainin DOEn列出要测量的SSV’sn如果可能存在测量方法带来的变差则要做R&Rn如果SSV和原材料有关，测量这一参数后开始加工工件n如果SSV和过程参数有关，则在工件加工后测量这一参数的实际值（设定值不等同于实际值）n工件加工后测量反馈（结果）情况n根据反馈（结果），判别产出的工件是否是最好的或最差的n继续这一活动直到你得到8个最好的和8个最差的工件（反馈）56SGM SDE Module April 2004SGM Confidential28PDF created with pdfFactory trial version
数据收集－ 方法2Shainin DOEn选择将要被加工的工件（例如：70件）n测量所有工件的原材料SSVn工件加工中测量所有工件的过程参数SSVn测量所有工件的反馈（结果）n将测量到的反馈（结果）按升序或降序排列，并选出8个最好的和8个最差的反馈（结果）n注意：必须确保最好和最差的反馈（结果）是从被加工的工件中产生的。否则，我们必须处理更多的工件。57SGM SDE Module April 2004SGM Confidential数据收集－ 方法2－示例Shainin DOEBefore honingAfter formGroove 收集的数据表格中记录的数据为珩磨前后槽的测量尺寸：第1列为了数据序号；第列为珩磨前重量；第3列为珩磨后重量。 SDE Module April Confidential29PDF created with pdfFactory trial version
数据收集－ 方法2－示例Shainin DOE选出的8个最好和最差的数据NoGroove form Groove form (SSV)(Response) SDE Module April 2004SGM Confidential分析Shainin DOEn方法和应用成对比较技术时一样：NoGroove form Response(SSV)计数和是多少？ SDE Module April 2004SGM Confidential30PDF created with pdfFactory trial version
结论Shainin DOEn方法和应用成对比较技术时一样：NoGroove form Response(SSV)结论是什么？珩磨后槽的尺寸规范应该是什么？ SDE odule April 2004SGM Confidential练习5 － 产品/过程研究Shainin DOE应用产品/过程研究工具识别问题的根本原因，并为过程参数建立规范无论L3研磨是否是L3在打磨后变异的根本原因，建立L3研磨后的规格NoL3 (a2615413fter L3 (after gr27161inding)hon9ing)281551119072911092715301291139364161731139651087321114610683313887567341067811663512689948361081010124637176121111663812812121581113787398551499740150815113104111361669942737171511043906181061044938191401545106920159104611912218982295647726231456489182484549981062SGM SDE Module April 200425127SGM 1C2onfidenti5a0l92731PDF created with pdfFactory trial version
下一步… Shainin DOEn如果确定的根本原因是原材料的变差，我们必须对产生这一变差的过程应用成对比较技术或产品/过程研究方法做进一步的分析n如果确定的根本原因是过程参数的变差，我们需要对机器采取控制以控制这一变差，或者改进过程以将该参数控制在设立的规范内n如果确定的根本原因不是原材料，该过程也没有可变的过程参数，我们必须使用变差分析工具重新设计过程或者研究机器的变差MM63SG SDE odule April 2004SGM ConfidentialShainin DOE工具3六、零部件研究应用于即使被分解也不会被破坏的装配件SGM64 SDE Module April 2004SGM Confidential32PDF created with pdfFactory trial version
应用Shainin DOEn应用于和装配过程有关的问题（装配件的功能失效，如渗漏、开启压力、电流、噪声、扭矩）n有助于发现问题是产生于装配过程，还是装配中的工件造成的nSSV’s既可以是装配过程，也可以是零部件n反馈（结果）可以是计量型或计数型的。如果是计数型的，需要转换为1-5的区间MM65SG SDE odule April 2004SGM Confidential应用－ 零部件研究Shainin DOEY = f (X)X = SSV Y• Y＝反馈（结果）• 装配过程•• 装配中的零部件使用这一工具测量反馈66SGM SDE Module April 2004SGM Confidential33PDF created with pdfFactory trial version
应用Shainin DOEn3个阶段，每一阶段又都包括数据收集、分析和结论过程：u第1阶段 － 确定装配过程是否是问题的原因u第2阶段 － 确定哪个（些）零件是问题的原因u第3阶段 － 验证第2步的发现n只有在第1阶段已经确定装配过程不是问题的原因时，我们才可以执行第2和第3阶段。67SGM SDE Module April 2004SGM ConfidentialData collection第Analysis1阶段 － 数据收集 CShainin DOEonclusionn基于反馈/结果选择一个最好的和一个最差的装配件n如果反馈或结果为计数型，则将反馈或结果划分为1-5的等级（如：变速箱的平稳性可以分为1-5级）n如果反馈或结果为计数型并且不能划分等级，则选出一个功能良好的装配件和一个不能正常工作的装配件（如：试验中真空泵的咬死现象）68SGM SDE Module April 2004SGM Confidential34PDF created with pdfFactory trial version
Data collection第Anal1阶段ysis － 数据收集 CShainin DOEonclusionn将反馈或结果的实际数值记录在下页幻灯片所示的表格中n将最好的和最差的装配件拆解和重新装配2次，测量并记录结果（每一次重新装配时必须使用被拆解下的那些零件）n如果要求保持规定的扭矩，则该要求每次都要满足。为满足这一要求，需要时可以更换紧固件69SGM SDE Module April 2004SGM ConfidentialData collection第Analysis1阶段－数据收集－示例 CShainin DOEonclusion输出/反馈：末端扭矩； 测量单位：mm； 规范： (BOB)Bad (WOW)好的差的初始值选择时()第一次拆解和重新装配后第二次拆解和重新装配后 SDE Module April 2004SGM Confidential35PDF created with pdfFactory trial version
Data collection第1阶段－Analysis 分析Shainin DOEConclusion计算D/d 比GoodBad初始值第1次拆解&装配第2次拆解&装配中值极差
