優(yōu)思學(xué)院｜DOE 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 不是萬能鑰匙

為了在競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，企業(yè)往往需要不斷改進(jìn)或者重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有產(chǎn)品，或開發(fā)新產(chǎn)品以開拓其他市場(chǎng)。然而，每推出一款新產(chǎn)品或采用新的設(shè)計(jì)，都會(huì)帶來流程上的改變，從而產(chǎn)生一定的風(fēng)險(xiǎn)。

雖然原型制作和產(chǎn)品驗(yàn)證測(cè)試，甚至是制程改進(jìn)中都很有價(jià)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(fēng)險(xiǎn)，工程師必須使用多種分析和統(tǒng)計(jì)工具，評(píng)估每一項(xiàng)改動(dòng)可能對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生的影響。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）就是這樣一種工具，但要明白，DOE 是一個(gè)進(jìn)階的統(tǒng)計(jì)工具，通常應(yīng)用于六西格瑪 DMAIC 的分析（Analyze）與改進(jìn)（Improve）階段，我們不能跳過DMAIC各種流程直接應(yīng)用DOE，否則只會(huì)事倍功半。

什么是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)？

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種統(tǒng)計(jì)工具，工程師利用它來評(píng)估對(duì)流程或設(shè)計(jì)進(jìn)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(shè)計(jì)出滿足客戶需求并達(dá)到甚至超越質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

有效運(yùn)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）方法可以顯著減少測(cè)試運(yùn)行或試制次數(shù)，從而節(jié)省項(xiàng)目時(shí)間并發(fā)現(xiàn)過程中隱藏的問題。借助DOE，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)能夠識(shí)別對(duì)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(shí)，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(shí)驗(yàn)或生產(chǎn)過程中無法改變的輸入?yún)?shù)。
• 響應(yīng)（或產(chǎn)出指標(biāo)）——我們關(guān)心的輸出反應(yīng)值被稱為「響應(yīng)」(Response)。例如，意大利面的口味和口感。
• 因子——可能影響反應(yīng)變數(shù)的輸入變數(shù)則稱為「因子」(Factor)
• 假設(shè)檢驗(yàn)——運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法確定顯著因素。一個(gè)假設(shè)陳述可以產(chǎn)生兩種結(jié)果之一：零假設(shè)或備擇假設(shè)。當(dāng)現(xiàn)狀為真時(shí)，零假設(shè)成立；當(dāng)現(xiàn)狀不成立時(shí)，備擇假設(shè)成立。
• 重復(fù)試驗(yàn)——重復(fù)每組實(shí)驗(yàn)，以取得更準(zhǔn)確的結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)DOE的基本流程

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）流程應(yīng)該遵循DMAIC方法論以達(dá)致最佳效果，流程通常如下：

D（Define，定義）-明確目標(biāo)

M（Measure，測(cè)量）-收集有關(guān)流程的知識(shí)

A（Analyze，分析）-選擇變量

I（Improve，改進(jìn)）-為變量分配級(jí)別 - 進(jìn)行測(cè)試或?qū)嶒?yàn)

C（Control，控制）-數(shù)據(jù)分析與結(jié)論

何時(shí)使用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)可用于改善活動(dòng)（Kaizen）或快速改進(jìn)活動(dòng)，也可作為更廣泛的六西格瑪DMAIC改進(jìn)項(xiàng)目的一部分。

DOE 在六西格瑪?shù)?DMAIC 步驟（定義 Define – 測(cè)量 Measure – 分析 Analyze – 改進(jìn) Improve – 控制 Control）在 I Phase 改進(jìn)階段上占有極重要的地位。此階段實(shí)施 DOE 的全因子數(shù)或部分因子數(shù)的實(shí)驗(yàn)，可以藉由統(tǒng)計(jì)軟體分析，理解交互作用的效應(yīng)，以這實(shí)驗(yàn)分析的結(jié)果，識(shí)別實(shí)驗(yàn)中最重要或最關(guān)鍵的因子。

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

確定合適的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(gè)因素（OFAT）的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

這種方法需要獨(dú)立地探究每個(gè)因素。當(dāng)因素或交互作用較少時(shí)，這種方法可行；然而，對(duì)于大型因素集而言，它并非最有效的方法，因?yàn)槟赡軙?huì)錯(cuò)過更復(fù)雜設(shè)計(jì)所揭示的復(fù)雜交互作用。

雙水平析因設(shè)計(jì)

由于雙水平析因設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、用途廣泛且適用于多種因素，因此被廣泛應(yīng)用于大多數(shù)實(shí)驗(yàn)中。顧名思義，該設(shè)計(jì)中因素只有兩個(gè)水平——低和高。這種設(shè)計(jì)之所以受歡迎，是因?yàn)樗绕渌O(shè)計(jì)規(guī)模更小，但仍然能夠檢測(cè)到交互作用。

全因子設(shè)計(jì)

全因子設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中最全面的方法，是對(duì)每一個(gè)因子、每一個(gè)交互作用、每一個(gè)水平都進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

部分因子設(shè)計(jì)

考慮到全因子設(shè)計(jì)耗時(shí)耗力，許多機(jī)構(gòu)傾向于采用部分因子設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)通常會(huì)減少交互作用的研究，可以相對(duì)減少實(shí)驗(yàn)成本和時(shí)間。

為您的組織設(shè)計(jì)更好的實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）只是六西格瑪體系中眾多統(tǒng)計(jì)與分析工具中的一項(xiàng)，但它對(duì)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(xué)會(huì)某一種設(shè)計(jì)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。