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試驗(yàn)設(shè)計的發(fā)展

有過陪同客戶現(xiàn)場審核經(jīng)驗(yàn)的讀者可能有這種經(jīng)驗(yàn)，客戶時候會問一個問題： “目前的生產(chǎn)參數(shù)是根據(jù)什么設(shè)定的？怎么證明是最優(yōu)的設(shè)定？”而要完整的回答這個問題卻非常困難。

試驗(yàn)設(shè)計的發(fā)展

有過陪同客戶現(xiàn)場審核經(jīng)驗(yàn)的讀者可能有這種經(jīng)驗(yàn)，客戶時候會問一個問題： “目前的生產(chǎn)參數(shù)是根據(jù)什么設(shè)定的？怎么證明是最優(yōu)的設(shè)定？”而要完整的回答這個問題卻非常困難。客戶想知道的究竟是什么呢？在設(shè)置參數(shù)的背后，有沒有一套試驗(yàn)來證明目前的參數(shù)的合理性和最優(yōu)性，也就是說能不能用一個數(shù)學(xué)模型Y=f(x)來描述現(xiàn)在過程中輸入自變量和輸出變量之間的關(guān)系，并且找到最優(yōu)解。而我們要研究的卻不是理論的問題，比如一張桌子100元，買10張桌子100 X 10 = 1000元，這不需要我們?nèi)パ芯?，我們研究的都是?fù)雜的實(shí)際問題，比如天氣的預(yù)報，先通過衛(wèi)星觀測到的云層及風(fēng)向等信息，再根據(jù)預(yù)測模擬數(shù)學(xué)模型Y=f(x)來預(yù)測天氣情況，但是任何數(shù)學(xué)模型都只是實(shí)際情況的某種抽象概括，所以關(guān)鍵就是模型Y=f(x)的準(zhǔn)確性。

我們知道，對于確定結(jié)果和變量之間存在統(tǒng)計意義的做法通常是回歸法和方差分析法?；貧w的方法對于描述諸如溫度、壓力等關(guān)鍵流程輸入對于關(guān)鍵流程輸出（如零件尺寸、不良率等）的關(guān)系，而方差分析則大多分析不同的材料、供應(yīng)商或者設(shè)備之間對輸出結(jié)果是否存在差異。當(dāng)然，這兩種方法都是在不對過程進(jìn)行任何改變，只通過常規(guī)的觀察。這樣的做法固然不會增加太多的成本，但由于變量的正態(tài)性分布變異幅度有限，會造成變量不顯著的假象，而DOE就可以克服這種局限性。

試驗(yàn)設(shè)計（ Design of Experiments ）源于農(nóng)業(yè)試驗(yàn)，是數(shù)理統(tǒng)計學(xué)的一個分支，是科學(xué)試驗(yàn)和統(tǒng)計分析方法相互交叉形成的一門學(xué)科。試驗(yàn)設(shè)計是20世紀(jì)20年代，由英國生物統(tǒng)計學(xué)家費(fèi)舍爾（ Ronald Aylmer Fisher，1890～1962 圖一）所創(chuàng)立的。他在《研究工作中的統(tǒng)計方法》一書中提出了“試驗(yàn)設(shè)計”的概念和方差分析方法，并將其應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和生物學(xué)試驗(yàn)，取得了巨大的成功，大大推動了生物統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展。因此，費(fèi)舍爾被稱為試驗(yàn)設(shè)計的奠基人。他在1935年出版了《試驗(yàn)設(shè)計》（The Design of Experiment）一書，標(biāo)志著“試驗(yàn)設(shè)計”的誕生。目前有三個試驗(yàn)設(shè)計的流派：傳統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)計、謝寧法和田口法
傳統(tǒng)DOE是在費(fèi)舍爾創(chuàng)建后，有許多學(xué)者也進(jìn)行了大量的開拓性工作，產(chǎn)生了很多新的試驗(yàn)設(shè)計方法。有全因子試驗(yàn)設(shè)計、2^k試驗(yàn)設(shè)計、部分因子試驗(yàn)設(shè)計、響應(yīng)曲面法、混料設(shè)計等。

田口法由日本統(tǒng)計學(xué)家田口玄一（G. Taguchi 圖二）在20世紀(jì)50年代創(chuàng)立了正交試驗(yàn)設(shè)計，應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，并為正交試驗(yàn)設(shè)計的推廣和應(yīng)用做出了巨大的貢獻(xiàn)。有人夸張地說，日本二戰(zhàn)后工業(yè)和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，“試驗(yàn)設(shè)計”占有很大的“功勞”。田口博士曾經(jīng)說過，不懂試驗(yàn)設(shè)計的工程師只能算半個工程師。田口法又稱穩(wěn)健參數(shù)設(shè)計，它通過選擇可控因子的水平組合來減少一個系統(tǒng)（或產(chǎn)品、過程）對噪聲變化的敏感性，從而達(dá)到減少此系統(tǒng)性能波動的目的。

謝寧法（Red X Methodology）起源于二戰(zhàn)期間，自1947年以來，被多里安·謝寧（(Dorian Shainin)不斷完善，成為一套邏輯嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牟呗?，用于解決高度復(fù)雜的問題。謝寧方法起源于謝寧與朱蘭的關(guān)系，在20世紀(jì)40年代，帕累托原則”，認(rèn)為每個問題對商業(yè)績效影響是不均衡的。20世紀(jì)50年代，謝寧認(rèn)識到帕累托原則可以有效地應(yīng)用于解決變差類問題，提除了謝寧問題解決方法（Red X Methodology）。解決數(shù)據(jù)性問題的根本性原則是Y = f(x)。這個原則決定了項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)要辨識出所有可能影響關(guān)鍵輸出值（Y）的因素。謝寧項(xiàng)目是建立在證據(jù)的基礎(chǔ)上的，最終匯聚到最大變差的根源，即Red X。通過關(guān)注變差，即Y值的變化，目標(biāo)變成了找到擁有最大值的那一項(xiàng)。最大值取決于一個重要的系數(shù)以及X值產(chǎn)生重大變化。這個項(xiàng)很少是有著最大系數(shù)的那個項(xiàng)。根據(jù)帕累托（Pareto）原理，這些項(xiàng)需要極大的波動才能改變Y的值。謝寧調(diào)研的目標(biāo)就是快速找到那些帶來最大變差的少數(shù)關(guān)鍵的項(xiàng)。遵循從Y→X匯聚的方法使得謝寧能快速高效地識別出Red X。通過充分運(yùn)用差異，謝寧方法每一次都能將找出根本原因所需的時間，零件數(shù)量，人員以及寶貴的資源投入縮小到最少。謝寧的調(diào)研方法曾通過揭示出各個因素間出人意料的關(guān)系，成功解決了很多看似無法解決的問題，而這在行業(yè)專家們參與的頭腦風(fēng)暴上是永遠(yuǎn)不會發(fā)生的！