優(yōu)思學院｜DOE 實驗設計 不是萬能鑰匙

為了在競爭中脫穎而出，企業(yè)往往需要不斷改進或者重新設計現(xiàn)有產(chǎn)品，或開發(fā)新產(chǎn)品以開拓其他市場。然而，每推出一款新產(chǎn)品或采用新的設計，都會帶來流程上的改變，從而產(chǎn)生一定的風險。

雖然原型制作和產(chǎn)品驗證測試，甚至是制程改進中都很有價值，但成本可能很高，而且很多情況下，問題要到開發(fā)后期才能被發(fā)現(xiàn)。為了降低風險，工程師必須使用多種分析和統(tǒng)計工具，評估每一項改動可能對最終結(jié)果產(chǎn)生的影響。

實驗設計（DOE）就是這樣一種工具，但要明白，DOE 是一個進階的統(tǒng)計工具，通常應用于六西格瑪 DMAIC 的分析（Analyze）與改進（Improve）階段，我們不能跳過DMAIC各種流程直接應用DOE，否則只會事倍功半。

什么是實驗設計？

實驗設計是一種統(tǒng)計工具，工程師利用它來評估對流程或設計進行一次或多次更改所產(chǎn)生的影響。有了這些信息，他們就能設計出滿足客戶需求并達到甚至超越質(zhì)量標準的產(chǎn)品。

有效運用實驗設計（DOE）方法可以顯著減少測試運行或試制次數(shù)，從而節(jié)省項目時間并發(fā)現(xiàn)過程中隱藏的問題。借助DOE，項目團隊能夠識別對最終結(jié)果影響最大和最小的因素。

常用術(shù)語和概念

DOE方法論中使用了許多術(shù)語——以下是一些最常用的術(shù)語：

• 可控輸入因素——也稱為X因素，是指在制造或生產(chǎn)過程中可以改變的輸入?yún)?shù)。例如，在煮意大利面時，這些因素包括意大利面和水的用量。
• 不可控輸入因素——指在實驗或生產(chǎn)過程中無法改變的輸入?yún)?shù)。
• 響應（或產(chǎn)出指標）——我們關(guān)心的輸出反應值被稱為「響應」(Response)。例如，意大利面的口味和口感。
• 因子——可能影響反應變數(shù)的輸入變數(shù)則稱為「因子」(Factor)
• 假設檢驗——運用統(tǒng)計方法確定顯著因素。一個假設陳述可以產(chǎn)生兩種結(jié)果之一：零假設或備擇假設。當現(xiàn)狀為真時，零假設成立；當現(xiàn)狀不成立時，備擇假設成立。
• 重復試驗——重復每組實驗，以取得更準確的結(jié)果。

實驗設計DOE的基本流程

實驗設計（DOE）流程應該遵循DMAIC方法論以達致最佳效果，流程通常如下：

D（Define，定義）-明確目標

M（Measure，測量）-收集有關(guān)流程的知識

A（Analyze，分析）-選擇變量

I（Improve，改進）-為變量分配級別 - 進行測試或?qū)嶒?/p>

C（Control，控制）-數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

何時使用實驗設計

實驗設計可用于改善活動（Kaizen）或快速改進活動，也可作為更廣泛的六西格瑪DMAIC改進項目的一部分。

DOE 在六西格瑪?shù)?DMAIC 步驟（定義 Define – 測量 Measure – 分析 Analyze – 改進 Improve – 控制 Control）在 I Phase 改進階段上占有極重要的地位。此階段實施 DOE 的全因子數(shù)或部分因子數(shù)的實驗，可以藉由統(tǒng)計軟體分析，理解交互作用的效應，以這實驗分析的結(jié)果，識別實驗中最重要或最關(guān)鍵的因子。

六西格瑪?shù)母倪M階段（Improve），首先從流程的參數(shù)設計開始逐項的展開，DOE 主要的目的，表現(xiàn)在既有的設備之下，以最經(jīng)濟、最有效的方法取得最多有用的數(shù)據(jù)，然后進一步透過統(tǒng)計的分析，建構(gòu)出一個受到由外部而來的變異。

確定合適的設計

實驗設計有多種類型，每種類型都涉及不同數(shù)量的因素和交互作用。

一次只考慮一個因素（OFAT）的實驗設計

這種方法需要獨立地探究每個因素。當因素或交互作用較少時，這種方法可行；然而，對于大型因素集而言，它并非最有效的方法，因為您可能會錯過更復雜設計所揭示的復雜交互作用。

雙水平析因設計

由于雙水平析因設計簡單、用途廣泛且適用于多種因素，因此被廣泛應用于大多數(shù)實驗中。顧名思義，該設計中因素只有兩個水平——低和高。這種設計之所以受歡迎，是因為它比其他設計規(guī)模更小，但仍然能夠檢測到交互作用。

全因子設計

全因子設計是實驗設計中最全面的方法，是對每一個因子、每一個交互作用、每一個水平都進行實驗。

部分因子設計

考慮到全因子設計耗時耗力，許多機構(gòu)傾向于采用部分因子設計，實驗通常會減少交互作用的研究，可以相對減少實驗成本和時間。

為您的組織設計更好的實驗

實驗設計（DOE）只是六西格瑪體系中眾多統(tǒng)計與分析工具中的一項，但它對工程判斷和決策質(zhì)量的提升非常關(guān)鍵。真正掌握 DOE，并不是學會某一種設計方法或軟件操作，而是理解它在 DMAIC 不同階段中的角色，以及如何在正確的問題背景下使用它。