统计试验设计在6σ中的作用-试验优化设计workshop

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1、统计试验设计在6σ中的作用（试验优化设计WORKSHOP）天马行空官方博客：http://t.qq.com/tmxk_docin；QQ:1318241189；QQ群：175569632引言6σ是取得、维系和最大化商业成功的质量管理方法。6σ从与执行工艺中存在的变化相适应的数值角度来评价质量。在6σ概念中，单σ表示高的偏差，六个及以上表示低的偏差。天马行空官方博客：http://t.qq.com/tmxk_docin；QQ:1318241189；QQ群：175569632由于有越来越多的文献叙述其基本原理，实施及在质量领域的作用，6

2、σ作为一种质量改善方法已得到公认。该文中，简要讲述6σ中所用的主要工具，进而分析统计试验设计的作用，也讨论未来这种重要统计工具的可能发展。6σ和试验设计目前，6σ采取的形式是：定义－测量－分析－改进－控制，即DMAIC。一般说来，关键工艺特性在工程定义阶段之后的测量和分析阶段中体现出来；其后的是通过改变工艺来获得更好性能的改进阶段，最后是监控并保持盈利的控制阶段。贯穿这些阶段的主线是统计思维的应用，在这种思维中，测量的数据必不可少。这可从表1中看出，此表总结了与DMAIC相关的主要工具。天马行空官方博客：http://t.qq.c

3、om/tmxk_docin；QQ:1318241189；QQ群：175569632DMAIC表格既然统计试验设计是改进阶段的一个很大组成部分，那么，简单回顾一下其用来提高质量的历史，对我们会很有用。70多年前，Fisher为使统计学家有效研究复杂系统，提出了试验设计概念。Shainin’s的故障检验技术，经过了发展20多年的发展后，由于Box和Hunter多年的努力，在20世纪70年代开始流行起来。20世纪80年代，Box等统计学家开始对Taguchi方法进行研究，这种方法审察和提高实验设计中的精度和功效。20世纪90年代，质量和

4、学术界对Taguchi方法进行了热烈的争论，直到6σ的诞生及其在美国著名企业的成功应用。质量研究质量的概念可从多个角度定义，但对于从事产品生产和商业的人员来说，给定质量要求可通过一组规格在小范围定义。例如，一个模塑件的尺寸y可能要求分布在SL和SU之间，即用mm来度量的上极限和下极限。而在另一种情况下，y可能是回应用户投诉并提供解决方案所花费的时间，要求不超过SR。于是，要事先做足够的研究来建立SL,SU,SR。不管用何种物理准测来表示质量和能够满足规格的方法，所有在产品和服务中产生的质量问题，都可归结为一个原因：偏差。因此，要处

5、理好质量问题，就得对偏差充分管理。探测偏差、预防提高质量1.传统保证质量的方法是测试、检查。但对真正意义上的质量改善并没有作用。较好的方法是把注意力集中在生产产品的源头上，这里两种主要的统计监测和控制工具可派上用场：工艺能力分析和工艺控制图。2.在工艺能力分析中，产品质量特性Y的测量在一般水平和偏差上进行。用工艺能力指标（CPI）来衡量存在的偏差，如下方方程：CPI=允许偏差量/实际偏差量(1)在正态分布中，如果U位于离最近规格极限的适当距离之内，那么就认为满足要求。这种情形下，CPI可用下式计算：CPI=Min{(µ-SL)/3

6、σ,(Su-µ)/3σ}(2)CPI值用来判断工艺是否可继续进行。在σ时代以前，至少要求1.33的量才可说明超出规范。图1.工艺能力分析另一种预防偏差的方法采取统计工艺控制图的形式，来监控工艺行为。工艺控制图是必要的，因为只要存在µ和σ，不满意的工艺行为和随之的缺陷产品就有可能出现。因此，工艺能力分析和控制图分别从静态和动态角度研究工艺行为，提供了预防产品缺陷的机理。积极干预提高质量1.简单的工艺能力分析或绘制控制图不能得到明显的改善方法，因为这种被动的分析是在输出端观察的。2.必须认识到按照某些准则即使输出是满意的——例如，按照

7、控制图得到结论“在满意控制之下”——仍然不表明这种工艺现在处于它能达到的最好状态;就拿显示在满意的控制之下p－图来说吧，教科书式的程序不干涉工艺，这实际上忽略了工艺生产在有不合格产品情况下仍在进行的事实。这种产品的值为控制图中心线的值。什么也不作意味着没有可能改进。3.如果输出不理想，那么只有对工艺输入进行改变才有可能得到改善。如图2所示，其中xi=1,2,…,k表示诸如温度，压力，流速和材料种类等可控因素，称它们为因子。要对因子调整和优化，就必须理解输入－输出关系：ŷ=fc(x1,x2,…,xk)(3)(其中ŷ是函数关系式中给定

8、xi值的预期响应)。图二.工艺中的因子和响应4.更合乎实际的工艺结构图如图三所示，当把y视作由确定组分ŷ和可能组分e合成时，噪音的效应可通过y的变化显示出来。e是一个噪音因子函数:y=ŷ+e(4)其中，e=fn(n1,n2,…,nk)(5)5.由于