DOE(实验设计)和田口哲学

实验设计是以概率论与数理统计为理论基础，经济地、科学地制定实验方案以便对实验数据进行有效的统计分析的数学理论和方法。其基本思想是英国统计学家R. A. Fisher在进行农田实验时提出的。他在实验中发现，环境条件难于严格控制，随机误差不可忽视，故提出对实验方案必须作合理的安排，使实验数据有合适的数学模型，以减少随机误差的影响，从而提高实验结论的精度和可靠度，这就是实验设计的基本思想。 实验设计过程可以分成实验方案的设计和实验结果的数据分析两部分。实验方案的设计包括确定实验指标、选取因素、确定因素水平、建立实验指标的数学模型和设计实验方案。实验设计的方法类型很多，但为了提高实验的准确性和可靠性，都必须遵循三个基本原则：随机化原则、重复原则和局部控制原则。实验结果的数据分析是应用线性代数、概率论和数理统计等数学工具对实验数据进行分析处理，包括拟合模型、对模型的检验、实验统计量的计算以及对实验经过的解释等。
随着质量科学的发展，人们已逐渐达成共识：预防性是现代质量管理的核心所在。质量，不是靠对出厂产品进行合格检验得来的，也不仅是靠控制生产过程减少不合格品得来的；这好比治理黄河，中游和下游都无法有效地控制水质，只有用正本清源的方法，在源头和上游采取措施，方可有效地达到预期的目标。田口玄一博士由此展开思路，运用东方独特的哲学思想，形成自己的质量哲学，即：在产品最初的开发设计阶段，通过围绕所设置的目标值选择设计参数，并经过实验最低限度减少变异从而把质量构建到产品中，使所生产的全部产品具有相同的、稳定的质量，极大地减少损失和成本。换句话说，是把顾客的质量规格分解成设计参数，形成预期目标值，最终研制出高质量、低成本且性能稳定可靠的"物美价廉"的产品。
任何事物都可看作是一个过程。由于输入的变化、各种干扰因素的影响以及各波动源之间可能存在的交互作用，使得过程的输出变化不定。在大多数情况下，这种输出的不稳定会给我们带来许多困扰，甚至损失。究竟是哪些因素显著地影响到输出的波动？在什么条件下输出能够控制在理想的范围内？实验设计可以帮助我们解开其中之谜。
田口博士把数理统计、经济学应用到质量管理工程中，发展出独特的质量控制技术，比如，头脑风暴法、OA法和参数设计方法等，创立了"质量工程学"(Quality Engineeting ，QE)，又叫"田口方法"(Taguchi Methods)，目前已在世界各国得到广泛的应用。
QE主要包括两个方面的内容：
"脱线"(off-line)QE 属于生产线以外的阶段，主要研究产品的开发设计和生产工艺设计阶段使产品质量优质，低成本、功能稳定可靠的质量控制方法。田口博士把产品设计分为系统设计(系统选择)、参数设计和容差设计三个阶段，因此也称为三次设计。
"在线"(On-line)QE 属产品的生产阶段，主要研究生产现场中有关质量控制的技术。它包括工序的诊断与调节、预防维修方式的设计以及产品的检验与处理等内容。
在实际应用中，实验设计可以解决如下问题：
·科学合理地安排实验，从而减少实验次数、缩短实验周期，提高了经济效益。
从众多的影响因素中找出影响输出的主要因素。
·分析影响因素之间交互作用影响的大小。
·分析实验误差的影响大小，提高实验精度。
·找出较优的参数组合，并通过对实验结果的分析、比较，找出达到最优化方案进一步实验的方向。
对最佳方案的输出值进行预测。