不懂DOE的工程师，只能算半个工程师
日本的质量管理大师田口玄一博士曾经说过一句话：“不懂DOE的工程师，只能算半个工程师。”
▲图1 田口玄一DOE经典语录
在工作中我们经常会面临这样的场景：客户投诉某个问题，让我们用DOE分析一下；做QCC课题对策实施时，要用DOE确认最优参数。
听到DOE时，你是一脸茫然，还是从容淡定呢？
如果是前者，别担心，DOE并没有大家想象中的那么高深莫测和难以理解，且耐心往下看。
DOE是Design of Experiments的首字母缩写，中文意思是实验设计。
DOE是对实验方案进行优化设计，以降低实验误差和生产费用，减少实验工作量，并对实验结果进行科学分析的一种科学方法。
从字面意义上说，一次实验（experiment）是一次试验（test）或一系列试验，如图2所示，在实验中通过对某一过程或系统的输入变量作一些有目的的改变，以便能够观测到和识别出可在输出响应中观测到的变化的缘由。
实验是科学（或工程）方法的重要组成部分，科学和工程的大多数问题要求对系统进行观测和实验，从而阐明系统运行的原因和方式，DOE是导出系统运行模型的有效方法。
▲图2 过程或系统的一般模型
OFAT是One Factor At a Time首字母缩写，中文意思是一次一因子法，它通常固定所有其他因子，而只变动一个因子进行试验，然后变动第二个因子（固定其他因子），以此类推，这样确定的“最优点”常常有误导性。
我们现在知道这是一种低效率的实验设计而且没有考虑交互作用，但是千万不要小看这种方法，两千多年前，它可是被认为世界上最先进的实验方法，而且现在还有很多工程师是这种方法的忠实粉丝呢。
▲图3 一次一因子法
处理多个因子的正确方法是进行析因实验（正交DOE实验），可用2k表示，其中2代表因子取高、低两水平，因子的水平范围要合理，k代表因子的数量。通常情况下k≤5时采用全因子正交实验。
正交考虑了交互作用，举个例子：A谢廷峰一个人可以搬50kg的重物；B王非一个人可以搬30kg的重物，A和B两个人合作可以抬起100kg的重物，如下图4所示。
如果A、B不存在二阶交互作用（即1+1=2），上述例子A和B两个人合作可以抬起0+30+50=80kg，但实际上A和B可以抬起100kg，存在差距，这意味着A和B有交互作用，这个差距的一半定义为二阶交互作用AB的效应，即：AB=（100-80）/2=10（正数表示AB有相互促进的作用），2因子的正交回归方程可用Y=Y0+aA+bB+kAB表示。
▲图4 正交实验
钟老师在工程师学园中发表一篇题为“库柏学习圈｜如何通过工作三年，获得十年工作经验”的文章总结了工程师学习的四个阶段，如下图5。
其中把经验升华成规律和知识需要跨越“反思和验证”，只有被验证而得到的知识才是真正的智慧，才能正确指导行动。
▲图5 库柏学习圈
法国哲学家，数学家和科学家笛卡尔将科学发展的规律总结为：
首先提出问题
然后进行实验
从实验中得出结论和解释
将结论推广并普遍化
从实践中找出新问题，如此循环往复。
由此可见，实验对于学习和推动了科学技术的发展扮演着极其重要的作用，当你有想法时，需要实验验证想法是否正确，我们在项目开发过程中，大部分时间也是在做实验。
既然做实验如此重要，那是否有高效可靠的实验方法呢？
答案是有的，DOE的作用就是用较小的试验规模（次数）、较短的试验周期和较短的试验成本，获得更准确的输入变量与输出变量之间的实际关系，得出科学的结论。
说实话，DOE的知识内容非常庞大，涉及概率论、统计学、假设检验、数据分析及MINITAB软件应用等，很难一下子掌握。
结合我自身的学习经历总结出以下由易到难的3个层次的学习过程：
1）入门，网上搜索DOE的基础知识，了解DOE的历史及一些重要的概念。
2）提高，你可以购买由马逢时、周暐、刘传冰编著，中国人民大学出版社出版的《六西格玛管理统计指南—MINITAB使用指导》及闵亚能著，机械工业出版社出版的《实验设计(DOE)应用指南》等书籍进行研读。
3）掌握，在项目中有意识地应用DOE进行实验设计，检验自己的掌握程度；条件许可下参加外部机构的培训，系统化掌握DOE知识及应用，能够按照设计实验指南及借助MINITAB软件，一步一步地完整实施解决项目中遇到的实验设计问题。
▲设计实验指南
相信通过本篇DOE的知识和应用介绍，你对DOE有了初步的认识，同时希望大家在学习和使用DOE的道路上挖掘更多精彩内容，与大家分享共同成长。
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来源：降本设计
