DOE(實驗設(shè)計)簡介
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實驗設(shè)計是以概率論與數(shù)理統(tǒng)計為理論基礎(chǔ)，經(jīng)濟地、科學地制定實驗方案以便對實驗數(shù)據(jù)進行有效的統(tǒng)計分析的數(shù)學理論和方法。其基本思想是英國統(tǒng)計學家R. A. Fisher在進行農(nóng)田實驗時提出的。他在實驗中發(fā)現(xiàn)，環(huán)境條件難于嚴格控制，隨機誤差不可忽視，故提出對實驗方案必須作合理的安排，使實驗數(shù)據(jù)有合適的數(shù)學模型，以減少隨機誤差的影響，從而提高實驗結(jié)論的精度和可靠度，這就是實驗設(shè)計的基本思想。
實驗設(shè)計過程可以分成實驗方案的設(shè)計和實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)分析兩部分。實驗方案的設(shè)計包括確定實驗指標、選取因素、確定因素水平、建立實驗指標的數(shù)學模型和設(shè)計實驗方案。實驗設(shè)計的方法類型很多，但為了提高實驗的準確性和可靠性，都必須遵循三個基本原則：隨機化原則、重復原則和局部控制原則。實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)分析是應(yīng)用線性代數(shù)、概率論和數(shù)理統(tǒng)計等數(shù)學工具對實驗數(shù)據(jù)進行分析處理，包括擬合模型、對模型的檢驗、實驗統(tǒng)計量的計算以及對實驗經(jīng)過的解釋等。
在實際應(yīng)用中，實驗設(shè)計可以解決如下問題：
• 科學合理地安排實驗，從而減少實驗次數(shù)、縮短實驗周期，提高了經(jīng)濟效益。
• 從眾多的影響因素中找出影響輸出的主要因素。
• 分析影響因素之間交互作用影響的大小。
• 分析實驗誤差的影響大小，提高實驗精度。
• 找出較優(yōu)的參數(shù)組合，并通過對實驗結(jié)果的分析、比較，找出達到最優(yōu)化方案進一步實驗的方向。
• 對最佳方案的輸出值進行預(yù)測。
在三十、四十年代，英、美、蘇等國對實驗設(shè)計法進行了進一步研究，并將其逐步推廣到工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，在冶金、建筑、紡織、機械、醫(yī)藥等行業(yè)都有所應(yīng)用。二戰(zhàn)期間，英美等國在工業(yè)試驗中采用實驗設(shè)計法取得了顯著效果，戰(zhàn)后，日本將其作為管理技術(shù)之一從英美引進，對其的經(jīng)濟復蘇起了促進作用。今天，實驗設(shè)計已成為日本企業(yè)界人士、工程技術(shù)人員、研究人員和管理人員必備的一種通用技術(shù)。五十年代，田口玄一博士借鑒實驗設(shè)計法提出了信噪比實驗設(shè)計，并逐步發(fā)展為以質(zhì)量損失函數(shù)、三次設(shè)計為基本思想的田口方法。八十年代，田口方法進入美國，得到了普遍關(guān)注。如今，實驗設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的工業(yè)過程改進和產(chǎn)品設(shè)計范疇，廣泛地滲透到商業(yè)布局、商品陳列、廣告設(shè)計及產(chǎn)品包裝的應(yīng)用之中。
我國在六十年代就曾對實驗設(shè)計進行了研究和推廣，八十年代又引入了田口方法，取得了一定成效。但實驗設(shè)計作為一種質(zhì)量改進的有力武器，還尚未發(fā)揮它的全部威力。