質量幹貨專欄

跟着Nik老師學六西格瑪

今日話題：概說解決問題的真功夫-DOE

試驗常有，而設計不常有

實驗設計DOE，對多數質量人來說即熟悉又陌生。說起實驗，我首先想到愛迪生找燈絲的故事，為了一根合适的燈絲，在6000多次的辛苦試驗後，最終才選定炭化的竹絲……

這個故事裡有太多的試驗，但似乎與設計無關；沒錯，所謂試驗常有，而設計不常有。

例如，我們為了改善咖啡的醇度，嘗試着調高水溫；為了提高産量，調高了傳送速率等等，這些改變，都是一種嘗試和試驗；當你為了某種目的和結果，做出變化和改變時，就可以看成是一種試驗，試驗是改變和打破現狀的開始，也是創新和持續改進的起點。

但是，隻有當我們對“試驗”進行合理的規劃，科學的統籌，嚴謹的量化分析，給它加上“設計”的翅膀，它才能被稱為實驗設計DOE，才能解決更多問題。

近100歲的DOE，經曆了什麼？

20世紀20年代英國的Ronald A.Fisher爵士首次在農業生産中使用DOE，析因實驗法即由他提出，至今已近100年的時間，而他也被公認為DOE的創始人，他在開創析因實驗的同時，還提出了方差分析，P值原理，某種意義來說，Fisher也是現代統計學的革新者；後來，在方法上，Box & Wilson提出了響應曲面設計；日本田口玄一對于DOE的大衆化，普及化有着極大的貢獻；我國的華羅庚當時也在積極推動“優選法、統籌法”，實質就是簡要版的DOE。

盡管DOE最初是為了解決農業實驗的問題，但現在已經廣泛應用于各行各業，從最初的農業、生物領域發展到化學、物理、工程學、食品科學、醫學、社會學等科研領域，以及化工、材料、電氣、電子、兵器等工業技術領域。

小小案例：DOE到底是什麼？

DOE到底是什麼呢？其定義是：按照預定目标制訂适當的實驗方案，以最少的實驗資源，對實驗結果進行有效的統計分析，并找出最優解決方案的科學的數學原理和實施方法。

試驗本身都帶有某種目的，這些目的，可以把它進行量化，這個量化指标就是響應Y；為便于大家理解，我們通過一個生活中的小案例來解釋：以日常做菜為例——

• 我們的目的是做盤美味好菜，可以選定西紅柿炒蛋的美味度作為響應Y；
• 在明确目标後，需要一個載體或過程來進行試驗，而西紅柿炒蛋就是這個過程
• 它包含選材-->清洗-->配料-->炒菜-->裝盤等小過程，正是這些過程輸出了西紅柿炒蛋的美味度Y。

當然，這些過程會受到各方面的影響，例如，西紅柿的成熟度，雞蛋的類型，溫度的高低，時間的長短，佐料的用量等等，這些影響因素，我們稱為因子X。

隻有理解和搞清楚了這些因子X和美味度Y之間的關系，我們才能通過精準的調整和量化控制X，從而提升美味度Y。

這個過程就像一個黑箱子，原先隻是純粹依靠技術，經驗和直覺來進行解析，抽象而粗糙；隻有通過合理，科學的實驗計劃和安排，并結合數字化，統計量化的方法，建立起美味度Y=f(X)的模型，我們才能看得更深，理解得更透，才能精确制導，才能把控現在因子X，預測未來響應Y，才能将看不見摸不着的黑箱子轉變為透明可視的白箱子。

實驗設計DOE

寶藏工具

實踐表明，事先的計劃，設計和安排，相對傳統的盲目試驗而言，時間會大大縮短，成本亦會大幅下降；而實現這一切的過程，我們稱之為實驗設計DOE。

廣泛應用：伴随産品全生命周期

目前，實驗設計DOE已經發展到一個嶄新的階段，從最初的經典全因子/部分因子設計，響應曲面設計，田口穩健設計，延展到混料設計，裂區設計，超飽和設計，均勻設計，加上最新的确定性篩選設計，離散選擇設計，最大化差異設計，以及加速壽命設計，甚至定制化設計等，已覆蓋方方面面，成為統計分支中的一門學科。

更得益于其豐富性，從制造過程的角度看，其應用非常廣泛，當前的實驗設計可以伴随着産品的全壽命周期進行展開和應用。從市場調研，客戶需求開始，到産品的概念設計，産品設計，工藝設計，制造生産，實驗檢測，以及售後服務，都可以使用不同的實驗設計類型來分析，解決，突破各種問題和難題，可謂設計中的戰鬥機。

俗話說，萬丈高樓平地起，學習還得靠自己，更多精彩技術内容，咱們下回分解。

SGS質量幹貨欄目專家

SGS培訓中心 Nik老師

☑16年六西格瑪推進、培訓&技術實踐經驗

☑黑帶大師資質認證

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