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1、实验设计DesignofExperiments（DOE）定义和介绍实验设计是一系列试验及分析方法集,通过有目的地改变一个系统的输入来观察输出的改变情况。控制因子(Controlfactors)是可以控制的因子,例如,气缸直径,油泵单向阀,等。它们也叫设计因子（Designfactor）,可以确定它们的名义值（Nominalvalue）。噪声因子(Noisefactors)是不能控制的因子,例如,环境温度,大气压力,发动机转速,油底壳中油面高度,等。有些噪声因子不一定完全不可控，只是由于控制起来很困难、
2、成本太高，不宜予以控制，所以才归入噪声因子。DOE的作用寻找和验证影响过程的主要因素优化因素的取值，找出因素的最佳水平搭配提高过程和产品的质量，实现6σ管理提高过程和产品的稳定性，减少受环境的影响提高产品的可靠性，延长产品的使用寿命减少不必要的工艺和材料，降低生产成本，缩短生产周期通过提高产品的设计质量，减小对检验的依赖DOE的基本策略实例:制造弹簧制造弹簧有一个工序是淬火,而淬火过程会使一些弹簧中出现裂纹,如何解决这个质量问题?影响这种响应的输入因子：弹簧被加热的温度(T);弹簧钢的含碳量(C);淬
3、火用油的温度(O)。弹簧淬火示意图单因子试验法（OnefactorialDesign）低效率的实验设计：一次只改变一个因子,而其他因子都保持不变仅改变弹簧温度T,从1450°F变到1600°F,而弹簧钢含碳量C和油温O保持不变——C=0.5%,O=70°F。为考虑未知的不可控输入因素的影响,在每个状态下各作4次重复试验。共作了8次试验。可以看出,1600°F是个较好的弹簧温度值,其不含裂纹弹簧所占比例比1450℃时高5%。但是,要注意得到这种结果的条件——含碳量C=0.5%,油温O=70°F。全因子（
4、2k）试验法(FullFactorialDesign)同样，其他两个因子也要做各做8次试验作完这些试验以后,我们所能得到的信息,也只是每个变量在其他两个变量取一定的组合的情况下的效应(作用)。并且我们对各个变量之间的相互作用一点儿都不了解为了提高实验的有效性,英国人RonaldA.Fisher在20世纪20年代,提出了“同时改变所有因子”的实验设计思想,这种方法被称为全因子实验法(FullFactorialDesign)。每个因子取两个水平的因子实验设计可以用一个立方体来表示,其每个尺度代表一个参数的
5、变化轴线,其每个顶点代表一个试验,试验条件由其座标表示,试验结果(响应)写在圆环之中——每个顶点与表中的一行相对应。全因子（2k）试验法(FullFactorialDesign)因子的主效应：一个因子的水平改变时所引起的响应变化当弹簧温度T从1450°F变到1600°F时,响应共有4种变化情况,每种变化情况分别与另外两个参数(即,含碳量C和油温O)的特定组合情况相对应。T的主效应等于当T=1600°F(高水平)时的各个响应的平均值Th=（79+75+90+87）/4减去当T=1450°F(低水平)时的
6、各个响应的平均值Tl=（67+61+59+52）/4即,T的主效应Tm=Th-Tl＝（79+75+90+87-67-61-59-52）/4=23全因子（2k）试验法(FullFactorialDesign)同理，利用上述结论,可以容易地求出含碳量C和油温O的主效应。Cm=Ch-Cl=（61+52+87+75）/4-（67+59+90+79）/4=68.75-73.75=-5.0Om=Oh-Ol=（59+52+87+90）/4-（67+61+75+79）/4=72-70.5=+1.5全因子（2k）试验法
7、(FullFactorialDesign)相互作用效应(Interactioneffects)(1)当油温O=70°F时,弹簧温度T的效应;(2)当油温O=120°F时,弹簧温度T的效应。可以看出,当油温O不同时,弹簧温度T的效应(响应增量的均值)是不同的,即T的效应取决于油温。弹簧温度T与油温O的相互作用的计算方法如下：(1)当O=120°F,T的效应（（90－59）＋（87－52））/2=（31+35）/2=33(2)当O=70°F时,T的效应（（79－67）＋（75－61））/2=（12+14）
8、/2=13相互作用T×O＝（33－13）/2=10另有T×O＝（（（90－59）＋（87－52））/2－（（79－67）＋（75－61））/2）/2=（90+87+67+61-59-52-79-75）/4=10全因子（2k）试验法(FullFactorialDesign)TOCTOCTOCT×O＝（⑥+⑧+③+①-⑤-⑦-②-④）/4=（90+87+67+61-59-52-79-75）/4=10T×C＝（⑧+④+①+⑤-③-⑦-⑥-②）/4=（87+75
