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設計是優化實驗方案，減少實驗誤差和生產成本，減少實驗工作量，科學分析實驗結果的一種方法。

從20世紀20年代開始，費希爾(R.A.Fisher)首次被用于農業生產。20世紀60年代，日本統計學家田口信行博士將實驗設計應用于工業過程優化，為實驗設計的更廣泛應用做出了眾所周知的貢獻，使這一方法得到普及和發展。在20世紀80年代興起的6西格瑪管理體系中，實驗設計成為DMAIC的重要組成部分，使實驗設計得到了更廣泛的應用。

那為什么要用DOE呢？DOE的重要作用是什么？

作為產品設計工程師，您需要:

1)做敏感性分析；

2)建立產品尺寸和其他特性的公差；

3)確定零件的特性；

4)使用低檔材料或不降低陳皮成本；

5)減少變質等。

作為過程工程師(PE)、設備工程師(ME)或質量工程(QE)，您需要:

1)過程能力Cpk研究；

2)研究各種工藝參數之間的相互作用和關系及其對產品特性的影響；

3)不考慮設備能力和操作方法對產品特性的影響；

4)對測量工具等進行GR&R分析研究。

但以上工作都需要做各種實驗和數據分析，需要DOE方法。日本工廠常說:“不了解DOE，就是半個不合格的工程師！”

那么DOE的基本目的是什么呢？

在產品設計或工藝設計中，我們通常關注客戶的特殊特征Y(如下圖所示)是如何受到各種輸入因素(X)的影響的。我們需要研究輸入因素(X)的變化，當它們的變化引起客戶特殊特征Y的變化時，我們才能最終確定哪些輸入因素(X)是關鍵，應該設置什么樣的最優值。那么需要大量的實驗。

假設有一個輸出Y在七個輸入因子X s(即變量)的影響下發生變化，每個X的變量有兩個變化水平，即兩個值。

從上表可以看出，傳統方法需要27次測試。按照DOE的方法，只需要8次就能達到同樣的效果。成本和時間效率的差異是不言而喻的。設計的本質是從128個完整的測試組合中選擇最具代表性的組合進行測試的方案。經過統計專家的大量研究和分析，制作了測試表，保證了很高的可信度。例如:

1)全因素試驗設計表

2)分布測試設計表

3)篩選試驗設計表

4)中心組合試驗設計表

5) Box-Behnken試驗設計表

6)田口試驗設計表等。

那么DOE的主要方法有哪些呢？

常見的實驗設計方法可以分為兩類，一類是正交實驗設計法，另一類是析因法。

1)正交試驗設計方法

正交試驗設計是研究和處理多因素試驗的科學方法。它采用標準化的表格——正交表，選擇試驗條件，安排試驗計劃，進行試驗，通過較少的試驗，找出較好的生產條件，即最佳或較好的試驗方案。主要用于考察復雜系統(產品、過程)的某些特性或多重因素對系統(產品、過程)某些特性的影響，識別系統中影響較大的因素及其影響的大小，以及各因素之間可能存在的相互關系，從而促進產品和過程的設計和開發優化，控制或改進現有產品(或系統)。

2)析因法

析因法又稱析因實驗設計、析因實驗等。研究兩個或兩個以上變化因素的影響是一種有效的方法。許多實驗需要檢查兩個或更多變量的影響。比如幾個因素:對產品質量的影響；對某臺機器的影響；對材料性能的影響；燃燒消耗對某一過程的影響等等。所研究的因素是根據所有因素的所有水平(levels)的所有組合依次進行測試的，這被稱為析因試驗，或完全析因試驗，簡稱為析因法。它用于新產品開發、產品或工藝改進以及安裝服務。通過較少的試驗，可以找到優質、高產、低耗的因素組合，達到改善的目的。

DOE測試設計要想讓DOE成功，需要保證哪些前提條件？

確保實驗研究過程穩定、真實。如果條件有限，如果做不到這一點，我們可以通過隨機化、分組、模仿等方法盡量避免。

測量系統必須具有可靠的重復性和再現性。否則，測量數據不可靠。自然測試的結果不可信。