六西格瑪工具箱之實驗設計(DOE)

    實驗設計(Design of Experiments, 縮寫為DOE)是研究如何制定適當實驗方案以便對實驗數據進行有效的統計分析的數學理論與方法。實驗設計應遵循三個原則：隨機化，局部控制和重復。隨機化的目的是實驗結果盡量避免受到主客觀系統因素的影響而呈現偏倚性；局部控制是化分區組，使區組內部盡可能條件一致；重復是為了降低隨機誤差的影響，目的仍在于避免可控的系統性因素的影響。實驗設計大致可以分為四種類型：析因設計、區組設計、回歸設計和均勻設計。析因設計又分為全面實施法和部分實施法。析因實驗設計方法就是我們常說的正交實驗設計。

    所謂正交實驗設計就是利用一種規格化的表─—正交表來合理地安排實驗，利用數理統計的原理科學地分析實驗結果，處理多因素實驗的科學方法。這種方法的優點是，能通過代表性很強的少數次實驗，摸清各個因素對實驗指標的影響情況，確定因素的主次順序，找出較好的生產條件或最優參數組合。經驗證明，正交實驗設計是一種解決多因素優化問題的卓有成效的方法。正交表是運用組合數學理論在拉丁方和正交拉丁方的基礎上構造的一種表格，它是正交設計的基本工具，它具有均衡分散，整齊可比的特性。

    實驗設計法已有70余年的歷史，在美國和日本，被廣泛應用于農業、制藥、化工、機械、冶金、電子、汽車、航空、航天等幾乎所有工業領域，來提高產品質量。美國汽車工業標準QS 9000“質量體系的要求”中已將實驗設計列為必須應用的技術之一。著名的參數設計也是在正交實驗設計的基礎上發展起來的。另外開展實驗設計不但可找到優化的參數組合，在很多情況下也可通過設置誤差列，進行方差分析，定性地判斷環境因素和加工誤差等各種誤差因素對期望的產品特性的影響，并采取改進措施，消除這些誤差的影響。因此對于一些簡單的工程問題，直接應用實驗設計法也能獲得滿意的健壯的設計方案。實驗設計還可應用于改進企業管理，調整產品結構，制定生產效益更高的生產計劃等。