工程师的职场利器——试验设计（DOE）

【培训对象】
1. 研发工程师、工艺设计工程师、制程工艺工程师、制造工程师、质量人员、研发管理者、质量保证人员 2. 研发质量部、研发管理部、研发部、工艺部、制造部 3. 希望提升自身职业能力的人员、其他对试验设计感兴趣的人员

【培训收益】
1. 掌握以过程分析的方法识别导致问题影响因素的分析方法； 2. 掌握单因子试验设计方法，能够用minitab开展试验设计，并学会解读试验结果； 3. 掌握全因子试验设计方法，能够用minitab开展试验设计，并学会解读试验结果； 4. 掌握部分因子试验设计方法，能够用minitab开展试验设计，并学会解读试验结果； 5. 掌握稳健试验设计方法，能够用minitab开展试验设计，并学会解读试验结果； 6. 掌握混料试验设计方法，能够用minitab开展试验设计，并学会解读试验结果。

案例导入：以爱迪生的试验方法说明试验设计的重要性
第一讲：初入殿堂——试验设计基础
一、试验设计
1. 试验设计机理
案例解析：以活塞为案例，解析可控因子与非可控因子及对结果的影响
2. 试验设计与统计过程控制、质量检验的关系
1）质量检验以抽样方式被动控制质量
2）统计过程控制进行线上的质量控制
3）试验设计进行线外主动的质量预防
案例解析：质量检验的弊病
3. 试验设计五要素
1）应变量——反映试验结果好坏的标准
2）因子——试验中的自变量（包括参数、噪音等）
3）水平——每个因子所取的用量或所处的状态
4）反复——一个试验配置组合条件下测试数个样品
5）再现——在一个时间序列上重做整个试验
案例解析：通过一个具体试验设计安排，精解试验设计五要素。
二、试错法试验设计
1. 试错法的定义
案例解析：试错法案例解析
2. 试错法的特点
1）经验挂帅，凭个人经验或直觉设计参数
2）不能传承
三、试验设计三阶段
1. 筛选阶段
2. 特征化阶段
3. 最佳化阶段
案例解析：以焊接案例，说明试验设计三阶段
四、试验设计实施步骤
1. 明确试验目的
1）明确把握要解决的问题
2）筛选因子，找到最佳组合
3）寻找关系式，建立回归模型
4）因子的最佳设置
2. 选择输出变量(特性值)
1）明确输出变量的数据类型
2）明确改善的目的
……
3. 决定因子和水平
4. 选择DOE方法
1）筛选试验
2）部分阶乘试验
3）全阶乘试验
4）响应曲面试验
5. 实施试验及收集数据
6. 分析试验结果
7. 实验结论和提案

第二讲：轻松入门——单因子试验设计
一、单因子试验设计的实施步骤
1. 明确试验目的
2. 选择输出变量Y(特性值)
3. 决定单因子及3个及以上水平
4. 实施试验并收集数据
5. 使用minitab分析试验结果
案例解析：精解单因子试验设计案例
课堂练习：结合练习数据，学会minitab操作实施单因子试验设计
二、试验设计三原则
1. 重复试验
2. 随机化
案例解析：非随机化试验带来的问题
3. 区组化

第三讲：打好基础——全因子试验设计
一、全因子试验设计的特点
1. 比单因子（OFAT）试验效率要高
2. 试验因子的所有组合
二、全因子（2K阶乘）试验设计基础
1. 2K阶乘试验计划安排
案例解析：minitab中的全因子试验设计方案
2. 标准编码
1）标准编码的价值
a自变量及交互作用项的各系数可以直接比较
b回归方程内各项系数的估计量间的不相关性
案例解析：用minitab证实自变量及交互作用的非相关性
c回归方程中的常数项（或称“截距”）
2）标准编码的计算
案例解析：标准编码计算方法
二、正交试验设计
1. 正交性分析原理
案例解析：试验设计的正交性原理
2. 正交表
1）正交表的表达方式
案例解析：minitab中的正交表
2）正交表的性质
a均衡分散
案例解析：均衡分散立方体点
b整齐可比
3. 交互作用
1）交互作用的计算
2）交互作用的三种类型
a无交互作用
b有（正向）交互作用
c有（反向）交互作用
6. 全因子试验设计中的主效应和交互作用
案例解析：3因子2水平试验设计中的主效应和交互作用
三、中心点的选取
1. 试验设计中心点——各因子水平均为0的点
2. 中心点选取的价值
案例解析：中心点对弯曲趋势的贡献
三、全因子试验设计的实施步骤
1. 明确试验目的
2. 选择输出变量Y(特性值)
3. 决定全因子试验因子及（通常2）水平
4. 使用minitab制定全因子试验设计方案
5. 按试验计划实施试验并收集数据
6. 使用minitab分析试验结果
1）使用minitab拟合选定模型
2）进行残差诊断
案例解析：开展方差分析、效应与系数分析、效应的正态性分析
3）模型改进
4）获得最佳模型
5）模型解释
6）确定最佳设置
案例解析：精解全因子试验设计案例
课堂练习：结合练习数据，学会minitab操作实施全因子试验设计

第四讲：高端应用——响应曲面试验设计
一、响应曲面试验设计
1. 响应曲面试验设计应用场景
2. 响应曲面试验设计的三类试验点
1）立方体点
2）中心点
3）星号点
3. 三种类型的响应曲面试验设计
1）中心复合序贯设计CCC
2）中心复合有界设计CCI
3）中心复合表面设计CCF
案例解析：响应曲面实验设计星号点与响应曲面试验设计类型
案例解析：minitab中的响应曲面试验设计
二、响应曲面试验设计实施步骤
1. 明确试验目的
2. 选择输出变量Y(特性值)
3. 决定全因子试验因子及（通常2）水平
4. 使用minitab制定全因子试验设计方案
5. 按试验计划实施试验并收集数据
6. 使用minitab分析试验结果
1）使用minitab拟合选定模型
2）进行残差诊断
案例解析：开展方差分析、效应与系数分析
7. 实施响应曲面试验设计
1）使用minitab制定响应曲面试验设计方案
2）按响应曲面试验设计方案补做试验项目并收集数据
8. 分析响应曲面试验设计
1）使用minitab拟合选定模型
2）进行残差诊断
3）模型改进
4）获得最佳模型
5）模型解释
6）确定最佳设置
案例解析：精解响应曲面因子试验设计案例
课堂练习：结合练习数据，学会minitab操作实施响应曲面因子试验设计

第五讲：设计进阶——部分因子试验设计
一、部分因子试验设计基础
1. 全因子试验设计的局限性
案例解析：2^8的全因子试验安排
2. 部分因子试验安排
案例解析：以4因子全因子试验设计为例，说明部分因子试验设计计划安排
3. 混杂现象
案例解析：何为混杂现象
4. 分辨度
1）部分因子试验的分辨度标记
2）minitab中的分辨度表
a分辨度为Ⅲ的设计
b分辨度为Ⅳ的设计
c分辨度为Ⅴ的设计
案例解析：如何适当选取生成元，提高分辨度
案例解析：部分因子试验分辨度表应用方法
二、部分因子试验设计的方法
1. 试验背景调查
2. 使用minitab创建部分因子试验设计
案例解析：部分因子试验设计方法
三、部分因子试验设计的实施步骤
1. 明确试验目的
2. 选择输出变量Y（特性值）
3. 根据试验背景确定试验因子及2水平
4. 使用minitab制定部分因子试验设计方案
5. 按试验计划实施试验并收集数据
6. 使用minitab分析试验结果
1）使用minitab拟合选定模型
2）进行残差诊断
案例解析：开展方差分析、效应与系数分析、效应的正态性分析……
3）模型优化
4）获得最佳模型
5）模型解释
6）确定最佳设置
案例解析：精解部分因子试验设计案例
课堂练习：结合练习数据，学会minitab操作实施部分因子试验设计

第六讲：特殊场景——混料试验设计
一、混料试验设计的三种方法
1. 单纯形质心设计方法
2. 单纯形格点设计方法
3. 极端顶点设计方法
三、混料试验设计的实施步骤
1. 明确试验目的
2. 选择输出变量Y(特性值)
3. 确定试验因子及试验水平范围
4. 使用minitab制定混料试验设计方案
5. 按试验计划实施试验并收集数据
6. 使用minitab分析试验结果
1）使用minitab拟合选定模型
2）进行残差诊断
案例解析：开展方差分析、效应与系数分析、效应的正态性分析……
3）模型优化
4）获得最佳模型
5）模型解释
6）确定最佳设置
案例解析：精解单纯形质心混料试验设计案例
课堂练习：结合练习数据，学会minitab操作实施混料试验设计方法

第七讲：拾漏补遗——稳健参数试验设计
一、稳健参数设计基础
1. 噪声因子的类型
——原材料参数的变化、环境的变化
2. 信噪比的三种类型
1）望目特性的信噪比
2）望小特性的信噪比
3）望大特性的信噪比
3. 因子的三种类型
1）位置因子
2）散度因子
3）调节因子
4. 望目型问题试验步骤
1）选择散度因子的水平使散度最小化
2）选择调节因子的水平使位置达到目标值
5. 望大或望小型问题问题试验步骤
1）选择位置因子的水平使位置达到最大（小）
2）选择非位置因子的散度因子的水平使散度最小化
二、稳健参数试验设计实施步骤
1. 明确试验目的
2. 选择输出变量Y(特性值)
3. 确定试验因子及试验水平（通常3水平及以上）
4. 使用minitab制定田口试验设计方案
5. 按试验计划实施试验并收集数据
6. 使用minitab分析试验结果
1）使用minitab拟合选定模型
2）分析信噪比响应表、分析均值响应表
3）评估信噪比主效应图和均值主效应图
4）预测田口结果评估最佳值
案例解析：精解稳健参数试验设计案例
课堂练习：结合练习数据，学会minitab操作实施稳健参数试验设计方法
 

彭煜坤老师 质量与研发项目管理实战专家
山东大学机械制造及其自动化专业硕士
——▨ 多项专业资质认证 ▨——
高级项目管理师
中级质量工程师
六西格玛黑带
注册SQE工程师
——▨ 24年研发、质量与项目管理经验 ▨——
现任：海信集团海信学院丨副教授
曾任：海信视像科技（上市公司，中国500强）丨研发质量总监
曾任：海信聚好看科技（中国独角兽企业）丨研发质量总监
曾任：泰华智慧（中国智慧城市领域龙头企业）丨质量管理部总经理、软件研发部副总经理
曾任：浪潮通软（中国领先的企业软件与云服务提供商）丨项目经理
▨ 擅长领域：质量管理、研发管理、项目管理、六西格玛管理等
▨ 质量与研发体系建构专家，精通20+管理工具：曾为海信视像、泰华电讯等多家企业搭建差异化的质量管理体系（ISO20000、IATF16949）和研发过程体系（CMMI3），通过轻量化过程文档管理、动态可靠性框架、FMEA库等创新工具，助力企业降低设计缺陷率，推动研发交付质量提升40%以上。
▨ 研发与项目人才培养导师，培养2000+专业人才：开设IPD、CMMI高成熟度、精益六西格玛等10余类课程，其中首创行业领先的《质量复盘分析》课程，累计指导复盘案例200+，辅导QCC项目100+，辅导六西格玛课题100+，培养六西格玛黑带57人，项目管理人才12人。

彭老师拥有24年研发质量管理与体系建设经验，精通六西格玛管理、QC小组活动、产品可靠性管理、集成产品开发（IPD）及质量复盘等领域，熟练运用8D、FTA、IATF16949五大工具等质量研发管理工具，通过“体系重构、工具创新、人才赋能三位一体”的解决方案，系统性提升研发效能与质量管控能力，助力企业实现从流程规范到实战落地的全面升级。

实战经验：
——◑构建高效质量体系，提升研发交付质量◑——
【01】-曾为海信视像主导搭建覆盖电视、手机、机顶盒等产品线的差异化研发质量管理体系，并创新构建硬件研发质量保证体系，组建专业DQA团队，实施专项审核和集中审核，实现研发交付质量（IR）从47%提升至97.7%，设计放行质量（DR）从45%提升至96%。
【02】-曾为海信聚好看主导完成公司级CMMI3研发管理体系及ISO20000服务管理体系的搭建与认证，创新构建软件度量体系实现项目全周期数据驱动管理，通过建立月度质量讲评机制与根因分析制度，推动研发交付质量提升40%以上。
【03】-曾为泰华电讯主导构建基于KISS原则的CMMI3研发过程体系，首创轻量化过程文档网站发布模式，使过程执行难度降低60%以上；建立定制化的ISO9000质量管理体系，其设计的五维业务过程模型实现跨部门流程闭环管理，通过PDCA循环机制完成30+过程文件的编制与滚动优化，成功打造可量化的质量管理体系运行范式。

——◑引入先进管理工具，赋能研发工作效能◑——
【01】-曾为海信视像主持完成多项行业标杆方法论的落地实施，通过借鉴联想、DELL等企业实践，在多媒体中心产品线成功引入行业先进的基于NUDD的早期风险管理工具，有效降低研发风险事件发生率20%以上；主导引入汽车行业IATF16949体系中的APQP、PPAP、FMEA三大核心工具，推动海信研发流程与国际标准接轨，持续赋能企业研发效能提升。
【02】-曾为泰华电讯通过工具链集成与方法论创新构建实现研发全生命周期的数字化管理，主导SEPG工作期间，结合蒙特卡洛模拟技术建立风险库分级管控机制，使项目风险识别准确率提升30%；构建量化项目管理体系，依托Test Director平台实现缺陷全流程可视化监控，缺陷修复周期缩短25%；优化DAR决策机制并开发决策矩阵评估工具，研发决策效率提升40%。

——◑培养实战管理人才，增强专业团队实力◑——
【01】-曾为海信学院开设《集成产品开发（IPD）》《CMMI4/5高成熟度管理》《精益六西格玛黑带》等10余类核心课程，覆盖研发、质量、项目管理全链条，累计培养专业人才超2000+人。其中，作为六西格玛黑带大师，累计实施课题辅导100+，平均满意度99%，培养六西格玛黑带57人，实现财务收益2169万元。
【02】-曾为泰华电讯主导构建覆盖需求分析、过程体系、量化管理的全流程实战培养体系，通过CMMI体系落地实施，创新开发“增量式开发”培养模型，累计培养12名具备量化管理能力的项目经理，使项目平均成功率提升至100%。

部分项目案例：
序号 企业名称 项目主题 主要措施 项目成果
【01】 海信家电集团洗衣机公司 可靠性能力提升 构建全生命周期可靠性框架，“训战结合”培养骨干，梳理FMEA等方法，沉淀动态可靠性风险库 培养30+可靠性管理骨干，电控板缺陷率下降44%，市场投诉率降低30%
【02】 海信电子设备公司 FMEA落地与研发体系优化 设计“三层架构+FMEA库”体系，推行实战培训，规范失效模式分析与控制计划制定流程 FMEA分析效率提升95%，FMEA工作量从3小时降低到15分钟
【03】 海信日立 质量复盘能力体系构建 设计“问题溯源-流程诊断-措施闭环”模型，通过情景模拟与案例演练培养骨干 培养36名质量复盘骨干，质量问题重复发生率下降40%，形成管理闭环
【04】 海信视像科技 IATF16949五大工具导入 将APQP、FMEA等工具与现有流程整合，通过理论培训+实战辅导培养专家，建立PDCA循环机制 助力客户通过体系认证审核，过程不合格品率下降18%，质量投诉率降低25%

主讲课程：
《提质增效降本——全面质量管理》
《研发管理必修——研发质量管理》
《全面质量管理落地——QC小组活动实施方法》
《持续改进 追求完美——精益生产及工具》
《工程师职场利器——试验设计（DOE）》
《问题解决利器——8D问题解决方法》
《卓越绩效模式——六西格玛管理实战》
《职场提升利器——项目管理实战》

 

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