DOE實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)解讀課件

5.DOE(實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法)5.DOE(實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法)Minitab實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法基礎(chǔ)

如何實(shí)施實(shí)驗(yàn)如何選取數(shù)據(jù),如何解釋才能以最少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)

迅速獲得最大的信息量的計(jì)劃方法.

實(shí)驗(yàn)的成敗，只有把以往的經(jīng)驗(yàn)或者理論性、

技術(shù)性知識(shí)等的原有技術(shù)與

依照實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法的知識(shí)結(jié)合起來(lái)才有可能.

CreateFactorialDesign:要因配置法實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)DefineCustomFactorialDesign:在變更當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃而再指定時(shí)使用。AnalyzeFactorialDesign:得出實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果FactorialPlot:主效果,交互效果plot作成Contour/Surface(Wireframe)Plots:展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的

反應(yīng)表面OverlaidContourPlot:以視覺(jué)性展示多個(gè)反應(yīng)

變量的妥協(xié)領(lǐng)域ResponseOptimizer:尋找滿足目標(biāo)值因子的

最佳組合Factorial:要因配置實(shí)驗(yàn)RSDesign:反應(yīng)表面實(shí)驗(yàn)MixtureDesign:混合物實(shí)驗(yàn)ModifyDesign:對(duì)實(shí)驗(yàn)的修正DisplayDesign:實(shí)驗(yàn)計(jì)劃后生成的內(nèi)容通過(guò)Worksheet可見(jiàn)

Minitab實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法基礎(chǔ)如何實(shí)施實(shí)驗(yàn)如何選取數(shù)據(jù),Minitab實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法基礎(chǔ)

DOE用語(yǔ)因子(Factor) 實(shí)驗(yàn)所用的輸入要素 (例)溫度,濕度,…水準(zhǔn)(Level) 各實(shí)驗(yàn)因子的設(shè)定值 (例)溫度100200 (-)(+)反應(yīng)值(Response) 實(shí)驗(yàn)的數(shù)值性結(jié)果(一般用Y表示) (例)Y=267mm主效果(MainEffect) 隨一個(gè)獨(dú)立因子的水準(zhǔn)變化相應(yīng)的 (例)E1=2 反應(yīng)值的影響E2=-7 交互效果

兩個(gè)以上的因子結(jié)合后對(duì)反應(yīng) (例)E12=5 (InteractionEffect) 因子產(chǎn)生的影響解(Resolution) 在部分實(shí)施法中表示實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的攪亂 (例)III,IV,V 程度的記號(hào)

攪亂(Confounding) 以兩個(gè)以上因子的效果合并后(例)1+2 產(chǎn)生的現(xiàn)象難以分離1+3,2+2 Minitab實(shí)驗(yàn)計(jì)劃法基礎(chǔ)DOE用語(yǔ)因子(Factor

在多個(gè)因子的各水準(zhǔn)上分析同時(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的技法

根據(jù)因子的數(shù)量-

一元配置法,二元配置法,多元配置法

要因配置法種類-完全要因配置法(FullFactorialDesign):2水準(zhǔn)完全要因配置法,多水準(zhǔn)完全要因配置法-部分實(shí)施法(FractionalFactorialDesign)-Plackett-Burman計(jì)劃法(Plackett-BurmanDesign)

在Minitab中要因配置法的實(shí)行階段-利用“CreateFactorialDesign”為了完全要因配置法或部分實(shí)施法的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的選擇-選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)后,指定各因子的名名稱及水準(zhǔn)、反復(fù)次數(shù)、Random化與否-實(shí)行實(shí)驗(yàn)后,輸入數(shù)據(jù)實(shí)行“AnalyzeFactorialDesign”得出實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果-最后利用“FactorialPlot”繪出主效果及交互效果的plotMinitabFactorialDesign(要因配置法)在多個(gè)因子的各水準(zhǔn)上分析同時(shí)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的技法MinitabMinitabFactorialDesign(要因配置法）

CreateFactorialDesign2-levelfactorial(defaultgenerators)->2水準(zhǔn)要因配置(generator自動(dòng)指定)2-levelfactorial(specifygenerators)->2水準(zhǔn)要因配置(generator使用者指定)Plackett-Burmandesign:15因子以上的情況Generalfullfactorialdesign:在2水準(zhǔn)以上，

且要因類別水準(zhǔn)不同時(shí)的完全要因?qū)嶒?yàn)Numberoffactors:因子數(shù)指定DisplayAvailableDesigns:展示使用可能的

配置

顯示因子別實(shí)驗(yàn)數(shù)(Run)和

分析度（Resolution)·實(shí)驗(yàn)次數(shù)越多，分析度越高分析度高的順序Full>VII>VI>V>IV>IIIPlackett-BurmanDesign是分析度為IIILeveldlek.MinitabFactorialDesign(要因配置法）MinitabFactorialDesign(要因配置法）

Designs...指定Runs,centerpoints,replicates,blocksBlock:具有相同性質(zhì)的單位集合Replicate:重新設(shè)置實(shí)驗(yàn)條件后實(shí)驗(yàn)

在多個(gè)試料上按同一條件各自實(shí)驗(yàn)Centerpoint:在連續(xù)性因子的水準(zhǔn)為中間

值時(shí)實(shí)施,評(píng)價(jià)反應(yīng)值的非線型性Factors...Factor:表示實(shí)驗(yàn)的因子Name:指定實(shí)驗(yàn)的因子名Low/High:以水準(zhǔn)表示的低水準(zhǔn)值與高水準(zhǔn)

值->一般用

–1與1表示,中心為0。MinitabFactorialDesign(要因配置法）MinitabFactorialDesign(要因故配置法)Options...FoldDesign:設(shè)定FoldRandomizeRuns:實(shí)驗(yàn)順序RandomFraction:使用部分配置法時(shí)設(shè)定Fraction

使用位置Baseforrandomdatagenerator:設(shè)定Random

生成基準(zhǔn)點(diǎn)Storedesigninworksheet:把實(shí)驗(yàn)計(jì)劃保存在Worksheet能多樣化地指定，愿意在Session窗口輸出的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃結(jié)果在Session窗口輸出與別名(alias)關(guān)聯(lián)的內(nèi)

容時(shí)，指定交互作用的次數(shù)。Results...MinitabFactorialDesign(要因故配置法MinitabFactorialDesign(要因配置法)DesignCustomFactorialDesign

在變更當(dāng)前的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃重新指定時(shí)使用Factors:指定已輸入的因子水準(zhǔn)的列2-levelfactorial:2水準(zhǔn)要因?qū)嶒?yàn)Generalfullfactorial:不是2水準(zhǔn)的完全要因?qū)嶒?yàn)計(jì)劃指定因子的水準(zhǔn)Low/High...MinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabFactorialDesign(要因配置法)Designs...指定實(shí)驗(yàn)編號(hào)、實(shí)驗(yàn)的基本順序、中心點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)的Block.Orderofthedata:以設(shè)定的數(shù)據(jù)配置指定Specifybycolumn:指定特定columnMinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabFactorialDesign(要因配置法)AnalyzeFactorialDesign實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析FULLFACT.MTWResponses:指定有實(shí)驗(yàn)結(jié)果值的ColTerms...計(jì)算里欲包括的項(xiàng)目設(shè)定->未包括的項(xiàng)目按誤差項(xiàng)PoolingGraphs...EffectsPlots:設(shè)定效果PlotsAlpha:指定留意水準(zhǔn)ResidualsforPlots:殘差處理方法MinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabFactorialDesign(要因配置法)Results...對(duì)于Session窗口輸出的結(jié)果可以選擇選擇把別名Table在Session窗口輸出顯示在模型中的因子和其對(duì)交互作用的

最低乘方平均

若設(shè)計(jì)為直交型,無(wú)covariate，那么各個(gè)

最小乘方平均為在同一窗口中的所有

觀測(cè)值的平均。選擇欲輸出最小乘方平均的termMinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabFactorialDesign(要因配置法)Storage...FitsandResiduals:把適合值與殘差保存在Worksheet.ModelInformation:在2水準(zhǔn)要因?qū)嶒?yàn)或者PB實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果中，保存各個(gè)反應(yīng)值的

效果。但不能保存常數(shù)、Covariate、中心點(diǎn)、Block的效果。

實(shí)驗(yàn)計(jì)劃Matrix等對(duì)各個(gè)反應(yīng)值進(jìn)行保存。

依系數(shù)相乘的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃Matrix計(jì)算出適合值。Other:為確認(rèn)異常值的數(shù)據(jù)被保存MinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabFactorialDesign(要因配置法)Minitab實(shí)行結(jié)果在看各因子的p-value時(shí)可以

知道主因子C,T和

交互因子

K*T為統(tǒng)計(jì)性的有影響的因子根據(jù)分散分析表(ANOVATable)可知道主因子占全體散布的82.4%(=2225.0/2699.0)MinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabFactorialDesign(要因配置法)Pareto圖可同時(shí)看到效果的大小與

重要性。超過(guò)指針線的C,AC,B因子為有影響在正態(tài)概率圖中離直線遠(yuǎn)離的因子可

認(rèn)為信號(hào)因子在上圖中C,AC,B因子為有影響MinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabFactorialDesign(要因配置法)FactorialPlotsSetup...Maineffect:主效果Interaction:交互效果Cube:三個(gè)因子的效果Setup:選定要作業(yè)的因子TypeofMeanstouseinPlots:指定生成

主效果圖平均的數(shù)據(jù)類型Responses:y,即選擇已輸入結(jié)果值的列指定要繪出主效果圖的因子

MinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabFactorialDesign(要因配置法)主效果圖交互效果圖3因子效果圖主效果圖:傾斜度越大符合水準(zhǔn)的效果

越大交互效果圖:交叉的傾斜度越大符合水準(zhǔn)

的效果越大3因子效果圖:計(jì)算水準(zhǔn)的平均值T因子從低水準(zhǔn)變?yōu)楦咚疁?zhǔn)時(shí)，他的反應(yīng)值

就大幅度增加MinitabFactorialDesign(要因配置法)MinitabResponseOptimizer(反應(yīng)值的最佳條件)Stat》DOE》Factorial》ResponseOptimizer選反應(yīng)變量MinitabResponseOptimizer(反應(yīng)值的MinitabResponseOptimizer(反應(yīng)值的最佳條件)輸入反應(yīng)變量目標(biāo)值輸出結(jié)果MinitabResponseOptimizer(反應(yīng)值的MinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)

在重要的實(shí)驗(yàn)因子(VitalFew)確認(rèn)后，為尋找對(duì)反應(yīng)值的最佳實(shí)驗(yàn)條件而使用

在懷疑反應(yīng)表面有曲線形態(tài)時(shí)使用

反應(yīng)表面計(jì)劃法的種類-中心合成計(jì)劃法(CentralCompositeDesign)-Box-Behnken計(jì)劃法(Box-BehnkenDesign)

Minitab運(yùn)行步驟-利用“CreateRSDesign”選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)-指定因子數(shù)及因子名、水準(zhǔn)、反復(fù)次數(shù)、Random化與否-執(zhí)行實(shí)驗(yàn)后輸入數(shù)據(jù)，并實(shí)行“AnalyzeRSDesign”導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果-利用“RSPlot”繪出ContourPlot及SurfacePlot，得出最佳條件的資料MinitabResponseSurfaceDesignTypeofDesign:選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)Numberoffactors:選擇實(shí)驗(yàn)因子數(shù)Designs...(中心合成計(jì)劃法）(Box-Behnken法)選擇需要的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃NumberofCenterPoints:指定中心點(diǎn)ValueofAlpha:指定Alpha-FacedCentered:alpha=1軸點(diǎn)在cube位置，

在因子水準(zhǔn)的變動(dòng)幅度限制時(shí)選擇-Custom:輸入數(shù)量。小于1的值在cube內(nèi)，

大于1時(shí)軸點(diǎn)位置則在cube位置外NumberofBlock:指定Block數(shù)NumberofCenterpoints:指定中心點(diǎn)MinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)TypeofDesign:選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)DesignsMinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)Factors...輸入因子名與水準(zhǔn)Options...實(shí)驗(yàn)順序random化生成相同的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃時(shí)指定其次數(shù)把實(shí)驗(yàn)計(jì)劃保存在WorksheetResults...能多樣指定欲在Session窗輸出的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃結(jié)果

MinitabResponseSurfaceDesignMinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)AnalyzeRSDesignResponses:選擇已輸入結(jié)果的列Analyzedatausing:決定在分析時(shí)是否使用因子水準(zhǔn)code化、或uncode化，uncode指已輸入的因子實(shí)際水準(zhǔn)Terms...選擇Model項(xiàng)(term)-Linear:A,B,C-LinearandSquare:A,B,C,A*A,B*B,C*C-Linearand和2因子交互作用：A,B,C,A*B,B*C,A*C-fullquadratic:A,B,C,A*A,B*B,C*C,A*B,A*C,B*CResults...Storage...在Session窗輸出系數(shù)和分散分析表、異常值把適合值與殘差保存在WorksheetMinitabResponseSurfaceDesignMinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)Minitab實(shí)行結(jié)果-Linear分散分析表Linear部分的p-value為0.387，故表示LinearModel沒(méi)有影響在看分散分析表的Lack-of-Fit

部分的p-value為0.026，

可知預(yù)測(cè)模型的適合性缺乏

即,必要其它形態(tài)的預(yù)測(cè)模型

看2次形態(tài)的預(yù)測(cè)模型MinitabResponseSurfaceDesignMinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)Terms...Graphs...選擇Fullquadratic在ResidualPlots中選擇“Histogram”“Normalplot”,“Residualversusfits”“Residualversusorder”

選擇AnalyzeRSDesign變更Terms與GraphsMinitabResponseSurfaceDesignMinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)Minitab實(shí)行結(jié)果---Fullquadratic看分散分析表時(shí)，對(duì)Lack-of-fits的p-value為0.133，便可知現(xiàn)在的

預(yù)測(cè)模型為確切

看分散分析表時(shí)，二次項(xiàng)與交互

因子的p-value為0.05以下，顯示為預(yù)測(cè)模型的有意因子二次項(xiàng)中Nitrogen*Nitrogen項(xiàng)，在

交互因子中Nitrogen*Potash項(xiàng)的p-value為0.05以下，故顯示為有意因子

MinitabResponseSurfaceDesignMinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)對(duì)殘差(Residuals)的圖形中，沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題點(diǎn)MinitabResponseSurfaceDesignMinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)RSPlotsContourplot:等高線圖Surfaceplot:表面圖先確認(rèn)后按SetupSetup...選擇要畫等高線圖的因子要畫對(duì)因子組合的所有等高線圖

時(shí)選擇

在畫等高線圖時(shí)選擇數(shù)據(jù)的單位

是否用code或uncodeMinitabResponseSurfaceDesignMinitabResponseSurfaceDesigns(反應(yīng)表面計(jì)劃)顯示對(duì)因子組合的反應(yīng)值曲線，在等高線所有地點(diǎn)的反應(yīng)值相同用3維的表面輸出的圖表確認(rèn)

能滿足的反應(yīng)值及尋找條件時(shí)

有用。MinitabResponseSurfaceDesign

在Ink、Paint、Cake等由幾種成份構(gòu)成時(shí)存在各成份的混合比率的問(wèn)題點(diǎn)，

此時(shí)求哪些成份對(duì)反應(yīng)變量帶來(lái)有意影響及滿足最佳混合比率的實(shí)驗(yàn)

在Minitab中支援的混合物實(shí)驗(yàn)-mixture實(shí)驗(yàn):總量已指定，想知道成份比調(diào)到何程度時(shí)-mixture-amounts實(shí)驗(yàn):與成份比一起想知道總量時(shí)適用-mixture-processvariable實(shí)驗(yàn):想知道與成份比一起影響的變量條件時(shí)

在Minitab

混合物實(shí)驗(yàn)步驟-CreateMixtureDesign:生成Simplex中心排列法,Simplex格字型排列法,頂頭點(diǎn)計(jì)劃法-AnalyzeMixtureDesign:實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析MinitabMixtureDesign(混合物實(shí)驗(yàn))在Ink、Paint、Cake等由幾種成份構(gòu)成時(shí)存在各成份Min