不懂DOE的工程師只能算半個工程師

不懂DOE的工程師，只能算半個工程師日本的質(zhì)量管理大師田口玄一博士曾經(jīng)說過一句話：“不懂DOE的工程師，只能算半個工程師?！惫こ處熤挥姓莆誅OE（實驗設計），才能算是一個完整的工程師。本文將從什么是DOE、為什么要學、以及如何學習DOE三個方面來介紹DOE的原理及應用?！鴪D1田口玄一DOE經(jīng)典語錄—1—什么是DOE在工作中我們經(jīng)常會面臨這樣的場景：客戶投訴某個問題，讓我們用DOE分析一下；做QCC課題對策實施時，要用DOE確認最優(yōu)參數(shù)。聽到DOE時，你是一臉茫然，還是從容淡定呢？如果是前者，別擔心，DOE并沒有大家想象中的那么高深莫測和難以理解，且耐心往下看。DOE是DesignofExperiments的首字母縮寫，中文意思是實驗設計。DOE是對實驗方案進行優(yōu)化設計，以降低實驗誤差和生產(chǎn)費用，減少實驗工作量，并對實驗結果進行科學分析的一種科學方法。從字面意義上說，一次實驗（experiment）是一次試驗（test）或一系列試驗，如圖2所示，在實驗中通過對某一過程或系統(tǒng)的輸入變量作一些有目的的改變，以便能夠觀測到和識別出可在輸出響應中觀測到的變化的緣由。實驗是科學（或工程）方法的重要組成部分，科學和工程的大多數(shù)問題要求對系統(tǒng)進行觀測和實驗，從而闡明系統(tǒng)運行的原因和方式，DOE是導出系統(tǒng)運行模型的有效方法?！鴪D2過程或系統(tǒng)的一般模型—2—常用實驗方法：OFAT與正交實驗OFAT是OneFactorAtaTime首字母縮寫，中文意思是一次一因子法，它通常固定所有其他因子，而只變動一個因子進行試驗，然后變動第二個因子（固定其他因子），以此類推，這樣確定的“最優(yōu)點”常常有誤導性。我們現(xiàn)在知道這是一種低效率的實驗設計而且沒有考慮交互作用，但是千萬不要小看這種方法，兩千多年前，它可是被認為世界上最先進的實驗方法，而且現(xiàn)在還有很多工程師是這種方法的忠實粉絲呢。▲圖3一次一因子法處理多個因子的正確方法是進行析因?qū)嶒灒ㄕ籇OE實驗），可用2k表示，其中2代表因子取高、低兩水平，因子的水平范圍要合理，k代表因子的數(shù)量。通常情況下k≤5時采用全因子正交實驗。正交考慮了交互作用，舉個例子：A謝廷峰一個人可以搬50kg的重物；B王非一個人可以搬30kg的重物，A和B兩個人合作可以抬起100kg的重物，如下圖4所示。如果A、B不存在二階交互作用（即1+1=2），上述例子A和B兩個人合作可以抬起0+30+50=80kg，但實際上A和B可以抬起100kg，存在差距，這意味著A和B有交互作用，這個差距的一半定義為二階交互作用AB的效應，即：AB=（100-80）/2=10（正數(shù)表示AB有相互促進的作用），2因子的正交回歸方程可用Y=Y0+aA+bB+kAB表示?！鴪D4正交實驗—3—怎么做鐘老師在工程師學園中發(fā)表一篇題為“庫柏學習圈｜如何通過工作三年，獲得十年工作經(jīng)驗”的文章總結了工程師學習的四個階段，如下圖5。其中把經(jīng)驗升華成規(guī)律和知識需要跨越“反思和驗證”，只有被驗證而得到的知識才是真正的智慧，才能正確指導行動。▲圖5庫柏學習圈法國哲學家，數(shù)學家和科學家笛卡爾將科學發(fā)展的規(guī)律總結為：首先提出問題然后進行實驗從實驗中得出結論和解釋將結論推廣并普遍化從實踐中找出新問題，如此循環(huán)往復。由此可見，實驗對于學習和推動了科學技術的發(fā)展扮演著極其重要的作用，當你有想法時，需要實驗驗證想法是否正確，我們在項目開發(fā)過程中，大部分時間也是在做實驗。既然做實驗如此重要，那是否有高效可靠的實驗方法呢？答案是有的，DOE的作用就是用較小的試驗規(guī)模（次數(shù)）、較短的試驗周期和較短的試驗成本，獲得更準確的輸入變量與輸出變量之間的實際關系，得出科學的結論。—4—如何學DOE說實話，DOE的知識內(nèi)容非常龐大，涉及率論、統(tǒng)計學、假設檢驗、數(shù)據(jù)分析及MINITAB軟件應用等，很難一下子掌握。結合我自身的學習經(jīng)歷總結出以下由易到難的3個層次的學習過程：1）入門，網(wǎng)上搜索DOE的基礎知識，了解DOE的歷史及一些重要的概念。2）提高，你可以購買由馬逢時、周暐、劉傳冰編著，中國人民大學出版社出版的《六西格瑪管理統(tǒng)計指南—MINITAB使用指導》及閔亞能著，機械工業(yè)出版社出版的《實驗設計(DOE)應用指南》等書籍進行研讀。3）掌握，在項目中有意識地應用DOE進行實驗設計