什麼是DOE?

試驗設計是對實驗方案進行優化設計，以降低實驗誤差和生産費用，減少實驗工作量并對實驗結果進行科學分析的一種方法。

從20世紀20年代費希爾（亦譯作費雪）（R.A.Fisher）首先在農業生産中使用。20世紀60年代，日本統計學家田口玄一博士将試驗設計應用于工業過程優化，并在方法方面深入淺出，為試驗設計的更廣泛使用做出了衆所周知的貢獻，使此方法得到普及和發展。上世紀80年代興起的6sigma管理系統中，試驗設計成為DMAIC重要的一環，使試驗設計得到更加廣泛的運用。

那為什麼要用DOE?運用DOE的重要作用是什麼？

作為一個産品設計工程師，你需要：

1） 做靈敏度分析；

2） 建立産品尺寸等特性的公差；

3） 确定零部件的特性；

4） 使用低等級的材料或者不見來降低陳皮成本；

5） 減少變差等。

作為一個工藝工程師（PE）、設備工程師（ME）或者質量工程（QE），你需要：

1） 進行過程能力Cpk研究；

2） 研究各種工藝參數之間的相互作用以及相互關系，以及其對産品特性的影響；

3） 不計較設備能力和操作方法對産品特性的影響；

4） 進行量具GR&R分析和研究等。

但凡以上工作都需要做各種各樣的試驗和數據分析，都需要用到DOE方法。日本工廠經常說到的一句話就是，“不懂DOE，你就是半個不合格的工程師！”

那麼DOE的基本目的是什麼呢？

我們在産品設計或者過程設計中，通常會關注某個客戶特殊特性Y（如下圖）是如何受到各種輸入因素（X‘S）的影響，需要對輸入因素（X‘S）的變化進行研究，并在他們變化引起顧客特殊特性Y的變化，最終确定哪個輸入因素（X‘S）是關鍵的及其最優值應該設定在什麼取值。那麼這樣就需要做很多試驗。

假定存在一個輸出Y在7個輸入因素X’S（即變量）影響下發生變化，每個X‘S變量有兩種變化水平即兩個取值，傳統試驗設計如下：

從上表可以看出，傳統方法需要27次試驗。而按照DOE的方法隻需8次就可以達到同樣的效果。這樣成本和時間效率的天差地别不言而喻。試驗設計實質是一種在128次完全試驗組合中抽取最具代表性的組合進行試驗的方案。經過統計專家大量的研究和分析，制作出了《試驗表》，保證了較高置信度。如：

1） 全因子試驗設計表

2） 分布試驗設計表

3） 篩選試驗設計表

4） 中心複合試驗設計表

5） Box-Behnken試驗設計表

6） 田口試驗設計表等。

那麼DOE有哪些主要方法呢？

常見的試驗設計方法，可分為二類，一類是正交試驗設計法，另一類是析因法。

1）正交試驗設計法

正交試驗設計法是研究與處理多因素試驗的一種科學方法。它利用一種規格化的表格——正交表，挑選試驗條件，安排試驗計劃和進行試驗，并通過較少次數的試驗，找出較好的生産條件，即最優或較優的試驗方案。其主要用于調查複雜系統（産品、過程）的某些特性或多個因素對系統（産品、過程）某些特性的影響，識别系統中更有影響的因素、其影響的大小，以及因素間可能存在的相互關系，以促進産品的設計開發和過程的優化、控制或改進現有的産品（或系統）。

2）析因法

因法又稱析因試驗設計、析因試驗等。它是研究變動着的兩個或多個因素效應的有效方法。許多試驗要求考察兩個或多個變動因素的效應。例如，若幹因素：對産品質量的效應；對某種機器的效應；對某種材料的性能的效應；對某一過程燃燒消耗的效應等等。将所研究的因素按全部因素的所有水平（位級）的一切組合逐次進行試驗，稱為析因試驗，或稱完全析因試驗，簡稱析因法。用于新産品開發、産品或過程的改進、以及安裝服務，通過較少次數的試驗，找到優質、高産、低耗的因素組合，達到改進的目的。

在進行DOE試驗設計之前，哪些前提條件需要保證，才能使DOE得到成功？

要确保試驗研究的過程是穩定和符合現實的。如果條件所限，如果做不到這一點，不妨可以用随機化、區組化、仿行等方法來盡量避免。

測量系統必須要有可靠的重複性和再現性。不然測量出來的數據都是不可信的。自然試驗結果都是不能信任的。

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