實(shí)驗(yàn)設(shè)計(Design of Experiments, 縮寫為DOE)，是研究如何制定適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)方案，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的統(tǒng)計分析的數(shù)學(xué)理論與方法。它對于解決多因素優(yōu)化問題，有效的提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本卓有成效?，F(xiàn)已為美國和日本企業(yè)廣泛使用。實(shí)驗(yàn)設(shè)計還可應(yīng)用于改進(jìn)企業(yè)管理，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，制定高效生產(chǎn)計劃等。 

    實(shí)驗(yàn)設(shè)計 ( DOE ) 也是DMAIC路徑中改善階段的主要工具之一。實(shí)驗(yàn)設(shè)計廣泛應(yīng)用于設(shè)計、制造與封裝領(lǐng)域，直接改善工藝菜單，優(yōu)化流程。

    實(shí)驗(yàn)設(shè)計是一種簡單易行、節(jié)約成本的強(qiáng)有力的統(tǒng)計工具，它能成十倍甚至成百倍的提高產(chǎn)品質(zhì)量，如果質(zhì)量是帶動公司前進(jìn)的火車頭，那么實(shí)驗(yàn)設(shè)計就是燃料。

DOE的基本原理

　　試驗(yàn)設(shè)計的三個基本原理是重復(fù)，隨機(jī)化，以及區(qū)組化。
　　所謂重復(fù)，意思是基本試驗(yàn)的重復(fù)進(jìn)行。重復(fù)有兩條重要的性質(zhì)。
　　第一，允許試驗(yàn)者得到試驗(yàn)誤差的一個估計量。這個誤差的估計量成為確定數(shù)據(jù)的觀察差是否是統(tǒng)計上的試驗(yàn)差的基本度量單位。
　　第二，如果樣本均值用作為試驗(yàn)中一個因素的效應(yīng)的估計量，則重復(fù)允許試驗(yàn)者求得這一效應(yīng)的更為精確的估計量。如s2是數(shù)據(jù)的方差，而有n次重復(fù)，則樣本均值的方差是。這一點(diǎn)的實(shí)際含義是s2/n，如果n=1，如果2個處理的y1 = 145，和y2 = 147，這時我們可能不能作出2個處理之間有沒有差異的推斷，也就是說，觀察差147-145=2可能是試驗(yàn)誤差的結(jié)果。但如果n合理的大，試驗(yàn)誤差足夠小，則當(dāng)我們觀察得y1隨機(jī)化是試驗(yàn)設(shè)計使用統(tǒng)計方法的基石。
　　所謂隨機(jī)化，是指試驗(yàn)材料的分配和試驗(yàn)的各個試驗(yàn)進(jìn)行的次序，都是隨機(jī)地確定的。統(tǒng)計方法要求觀察值（或誤差）是獨(dú)立分布的隨機(jī)變量。隨機(jī)化通常能使這一假定有效。把試驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾S機(jī)化亦有助于“均勻”可能出現(xiàn)的外來因素的效應(yīng)。
　　區(qū)組化是用來提高試驗(yàn)的精確度的一種方法。一個區(qū)組就是試驗(yàn)材料的一個部分，相比于試驗(yàn)材料全體它們本身的性質(zhì)應(yīng)該更為類似。區(qū)組化牽涉到在每個區(qū)組內(nèi)部對感興趣的試驗(yàn)條件進(jìn)行比較。

DOE實(shí)驗(yàn)的基本策略
　　策略一：篩選主要因子（X型問題化成A型問題）
　　實(shí)驗(yàn)成功的標(biāo)志：在ANOVA分析中出現(xiàn)了1~4個顯著因子；這些顯著因子的累積貢獻(xiàn)率在70%以上。
　　策略二：找出最佳的生產(chǎn)條件（A型問題化成 T型問題）
　　實(shí)驗(yàn)成功的標(biāo)志：在第二階段的實(shí)驗(yàn)中主要的誤差都是隨機(jī)因素造成的。
　　因?yàn)楦饕蜃咏圆伙@著，因此，每一因子之各項(xiàng)水準(zhǔn)均可使用,在此情況下豈不是達(dá)到了成本低廉且又容易控制之目的。
　　策略三：證實(shí)最佳生產(chǎn)條件有再現(xiàn)性。

DOE的作用

在工業(yè)生產(chǎn)和工程設(shè)計中能發(fā)揮重要的作用，主要有：
　　1.提高產(chǎn)量；
　　2.減少質(zhì)量的波動，提高產(chǎn)品質(zhì)量水準(zhǔn)；
　　3.大大縮短新產(chǎn)品試驗(yàn)周期；
　　4.降低成本；
　　5.試驗(yàn)設(shè)計延長產(chǎn)品壽命。
　　在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中，經(jīng)常需要做試驗(yàn)，以求達(dá)到預(yù)期的目的。例如在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中希望通過試驗(yàn)達(dá)到高質(zhì)、優(yōu)產(chǎn)、低消耗，特別是新產(chǎn)品試驗(yàn)，未知的東西很多，要通過試驗(yàn)來摸索工藝條件或配方。如何做試驗(yàn)，其中大有學(xué)問。試驗(yàn)設(shè)計得好，會事半功倍，反之會事倍功半，甚至勞而無功。
　　如果要最有效地進(jìn)行科學(xué)試驗(yàn)，必須用科學(xué)方法來設(shè)計。所謂試驗(yàn)的統(tǒng)計設(shè)計，就是設(shè)計試驗(yàn)的過程，使得收集的數(shù)據(jù)適合于用統(tǒng)計方法分析，得出有效的和客觀的結(jié)論。如果想從數(shù)據(jù)作出有意義的結(jié)論，用統(tǒng)計方法作試驗(yàn)設(shè)計是必要的。當(dāng)問題涉及到受試驗(yàn)誤差影響的數(shù)據(jù)時，只有統(tǒng)計方法才是客觀的分析方法。這樣一來，任一試驗(yàn)問題就存在兩個方面：試驗(yàn)的設(shè)計和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。這兩個是緊密相連的，因?yàn)榉治龇椒ㄖ苯右蕾囉谒玫脑O(shè)計。

DOE的七種工具

1、 多變圖技術(shù)

    根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)確定影響質(zhì)量的可能要素，例如工人班次、機(jī)床、原材料、工藝變量等，每隔一段時間抽取連續(xù)生產(chǎn)的幾件產(chǎn)品，按需觀察的這些要素的幾種情況分別測試質(zhì)量特性，畫成圖表進(jìn)行比較分析，以確定引起波動的原因。

2、零件搜索技術(shù)

   根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)確定影響產(chǎn)品質(zhì)量的可疑零件，隨機(jī)選取幾個好的產(chǎn)品和壞的產(chǎn)品，將壞產(chǎn)品上的可疑零件與好產(chǎn)品上的對應(yīng)零件進(jìn)行交換，重新裝配后進(jìn)行質(zhì)量特性參數(shù)的測量、比較、分析，以找到影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要零件。

3、成對比較技術(shù)

   隨機(jī)選取5對以上的好的和壞的產(chǎn)品，用各種方法測試其各種參數(shù)并比較其不同之處，以確定影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要原因。成對比較技術(shù)適用于不可拆卸的產(chǎn)品。

4、變量搜索技術(shù)

   與零件搜索有許多相似之處，都是逐個替換，進(jìn)行測試比較，以搜索引起產(chǎn)品質(zhì)量波動的主要原因，但變量搜索是針對變量的，而零件搜索則是針對零件的。

5、完全析因技術(shù)

   采用以上四項(xiàng)技術(shù)，尋找出4個以下的主要因素，這些因素按全部因素所有水平的一切組合逐次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究這些因素的主效應(yīng)和相互之間的交互作用，以確定最佳的因素水平匹配方案。

6、 改進(jìn)效果檢查

    令B為改進(jìn)后的工序，而C為改進(jìn)前的工序。為了驗(yàn)證改進(jìn)效果，可以設(shè)定風(fēng)險率a(第Ⅰ類風(fēng)險)和b(第Ⅱ類風(fēng)險)，隨機(jī)抽取B和C兩種產(chǎn)品(樣本量由風(fēng)險率決定)，進(jìn)行假設(shè)檢驗(yàn)，以確定在規(guī)定的風(fēng)險率下，B產(chǎn)品是否優(yōu)于C產(chǎn)品。

7、 實(shí)驗(yàn)設(shè)計的回歸分析

    對散布數(shù)據(jù)作出散布圖，應(yīng)用回歸理論，診斷出對產(chǎn)品影響大和小的因素，從而找出影響產(chǎn)品質(zhì)量波動的主要原因，并根據(jù)波動大小，確定各因素的目標(biāo)值和容差。

   實(shí)驗(yàn)設(shè)計在質(zhì)量控制的整個過程中也扮演了非常重要的角色，它是產(chǎn)品質(zhì)量提高，工藝流程改善的重要保證。實(shí)驗(yàn)設(shè)計的方法可以為每一個操作工人、技術(shù)人員所應(yīng)用。