DOE

DOE(实验设计)

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。

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。

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。

在三十、四十年代，英、美、苏等国对实验设计法进行了进一步研究，并将其逐步推广到工业生产领域中，在冶金、建筑、纺织、机械、医药等行业都有所应用。二战期间，英美等国在工业试验中采用实验设计法取得了显著效果，战后，日本将其作为管理技术之一从英美引进，对其的经济复苏起了促进作用。今天，实验设计已成为日本企业界人士、工程技术人员、研究人员和管理人员必备的一种通用技术。五十年代，田口玄一博士借鉴实验设计法提出了信噪比实验设计，并逐步发展为以质量损失函数、三次设计为基本思想的田口方法。八十年代，田口方法进入美国，得到了普遍关注。如今，实验设计技术的应用领域已经突破了传统的工业过程改进和产品设计范畴，广泛地渗透到商业布局、商品陈列、广告设计及产品包装的应用之中。

我国在六十年代就曾对实验设计进行了研究和推广，八十年代又引入了田口方法，取得了一定成效。但实验设计作为一种质量改进的有力武器，还尚未发挥它的全部威力。