六西格瑪管理工具系列：實驗設計（DOE）

 

    實驗設計（Design of Experiments, 縮寫為DOE）是研究如何制定適當實驗方案以便對實驗數(shù)據(jù)進行有效的統(tǒng)計分析的數(shù)學理論與方法。實驗設計應遵循三個原則：隨機化，局部控制和重復。隨機化的目的是實驗結果盡量避免受到主客觀系統(tǒng)因素的影響而呈現(xiàn)偏倚性；局部控制是化分區(qū)組，使區(qū)組內(nèi)部盡可能條件一致；重復是為了降低隨機誤差的影響，目的仍在于避免可控的系統(tǒng)性因素的影響。實驗設計大致可以分為四種類型：析因設計、區(qū)組設計、回歸設計和均勻設計。析因設計又分為全面實施法和部分實施法。析因實驗設計方法就是我們常說的正交實驗設計。

 

    所謂正交實驗設計就是利用一種規(guī)格化的表——正交表來合理地安排實驗，利用數(shù)理統(tǒng)計的原理科學地分析實驗結果，處理多因素實驗的科學方法。這種方法的優(yōu)點是，能通過代表性很強的少數(shù)次實驗，摸清各個因素對實驗指標的影響情況，確定因素的主次順序，找出較好的生產(chǎn)條件或最優(yōu)參數(shù)組合。經(jīng)驗證明，正交實驗設計是一種解決多因素優(yōu)化問題的卓有成效的方法。正交表是運用組合數(shù)學理論在拉丁方和正交拉丁方的基礎上構造的一種表格，它是正交設計的基本工具，它具有均衡分散，整齊可比的特性。

 

    實驗設計法DOE已有70余年的歷史，在美國和日本，被廣泛應用于農(nóng)業(yè)、制藥、化工、機械、冶金、電子、汽車、航空、航天等幾乎所有工業(yè)領域，來提高產(chǎn)品質量。美國汽車工業(yè)標準QS 9000“質量體系的要求”中已將實驗設計列為必須應用的技術之一。著名的參數(shù)設計也是在正交實驗設計的基礎上發(fā)展起來的。另外開展實驗設計不但可找到優(yōu)化的參數(shù)組合，在很多情況下也可通過設置誤差列，進行方差分析，定性地判斷環(huán)境因素和加工誤差等各種誤差因素對期望的產(chǎn)品特性的影響，并采取改進措施，消除這些誤差的影響。因此對于一些簡單的工程問題，直接應用實驗設計法也能獲得滿意的健壯的設計方案。實驗設計還可應用于改進企業(yè)管理，調(diào)整產(chǎn)品結構，制定生產(chǎn)效益更高的生產(chǎn)計劃等。