DOE實驗計劃(DOE實驗設計)

課前認知自學

DOE是實驗計劃的英文簡稱,它雖然由英文「Design of Experiment」組成,其實它是一套「統計方法」,在專業統計學中稱「實驗設計」Experimental Design。因此，上課的學員千萬不可缺課，因缺漏了0.5H，後面的即會聽不懂（O）。

DOE實驗計劃它在統計學中稱「ANOVA—變異數分析」亦即由統計的變異性中計算出的Variance來對實驗中各種因素做考量，最後會找出影響實驗成敗的「關鍵成功因素」（KSF-Key Success Factor），在此學員們必須要接受KSF的名詞與觀念，反而要去除Q1魚骨圖中列出各種因素的方法。因為：「如果有35種因素會影響結果，那麼可能同時改善35個因素嗎？」答案，當然是不可能的。因此，能找出一個或幾個關鍵因素，即是DOE實驗計劃的初步功能（Ⅰ）。

在實驗操作中，DOE實驗計劃有一種資料整理表，它可簡稱為前表，將資料分類成3-5組，並將應有的資料抽樣後放於每一組內，自然會產生每一組的平均數（Mean/），由平均數的高低變化走勢，即可知悉此變數Variable是否會影響結果，形成KSF關鍵成功因素，學習者必須先能接受「前表」的邏輯推理（Ⅱ）。

此外，學習者必須要進入統計的領域，由F檢定查表學起，它是農業統計專家Fisher費雪在1920年左右設計發明的統計曲線檢定手法，其基本公式是F=V1/V2，簡言之，F曲線是來自兩個V曲線比例值，由於F檢定值應該是愈大愈好，才能跨越「檢定值門檻」。因此，分子V1就要愈大愈好。而V2分母則應愈小愈好。此時，學習者雖然沒學過統計，但是必須建立此基本統計觀念與邏輯（Ⅲ）。

在DOE實驗計劃中則將前表安排好的實驗資料分成二種變異數，一種是VB稱組間變異數（Between Group），另一是VW稱組內變異數（Within Group）。亦即組內的個別誤差，當然希望它的變異要小一些，反之組間設計（計劃）的各組差異變異度VB則要愈大愈好，才能反映出這實驗變數的確有影響結果。其統計F公式就形成F=VB/VW，再進一步學會VB與VW的計算，則即可運算DOE實驗計劃的統計手法了（Ⅳ）。

當計算完畢後，如果F檢定值大於「臨界值/門檻值」，則代表VB的組間差異的確存在，它的邏輯推論結果是「某個變數會影響這個實驗」，當然F值檢定表才能下判斷。因此學員必須學習F檢定表的查表技巧手法（Ⅴ）。

由於F值的計算過程中深怕將資料「登錄」紊亂，因此DOE的運作中又設計出「DOE後表」，才能一步步去導引計算出F值，學員必須借用一個簡易範例，即可熟悉DOE的後表格式，其實它只是由五個小項組成——變異因子/SS平方和/df自由度/MS或V變異數/F值，旁邊再寫上兩個F臨界值即可一個是95%水準，另一是99%水準（Ⅵ）。

找出KSF關鍵成功因素後，DOE實驗計劃操作者更應將每一組的資料用曲線表現出來 ，它是以實驗變數的不同值（例如，溫度30度—50度—70度—90度）做X座標，將實驗結果值做Y座標，由曲線趨勢即可得知更多的訊息可以應用於更深一步的研究中。至此，學員已學會一個因素的DOE實驗計劃（Ⅶ）。

附帶說明一：真正的實驗不可能只有一個因素，它會是2因子/3因子或多因子情況，必須由更深奧的方法去演算,它稱Y表(Yates)（Ⅷ）。

附帶說明二：學習DOE實驗計劃者並不須要學過統計，只要學習簡易的統計公式即可去，靈活操作DOE中的任何統計運算（Ⅸ）。

附帶說明三：學習DOE實驗計劃並不困難，必須先認識「前表/後表/Y表」，Y表是多因子直交表中的特殊簡化的計算方式，人人學過後皆會計算（Ⅹ）。

附帶說明四：在多因子DOE中，必須要去學習簡易的直交表，它可將多因子統計簡單化（Ⅺ）。

附帶說明五：實驗計劃是一套專業化的統計手法，但是現場研發人員常常會說：「我不會DOE，仍然實驗做得好」，其實不然，因為您有經驗。DOE實驗計劃可使無經驗人亦可做出成功完整的實驗資料分析（Ⅻ）。