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全因子設計 vs 田口法:DOE 怎麼選,選錯浪費一個月

工廠要做實驗,選全因子還是田口 L9?這不是品味問題,是成本和精度的取捨。兩種方法的適用場景、優缺點、選擇邏輯,這篇一次說清楚。

情境

射出成型製程要優化,影響品質的因子有:料溫、模溫、射速、保壓壓力、冷卻時間。主管說要做 DOE,問你用全因子還是田口法。你兩個都聽過,但說不出哪個比較好。

先搞清楚 DOE 在問什麼

DOE(實驗設計)的目標:用最少的實驗次數,找出哪些因子對品質有最大影響,以及最佳的參數組合。

「最少次數」跟「找得最準」本來就有衝突,這就是全因子和田口法的本質差異。

全因子設計(Full Factorial)

做法: 所有因子的所有水準組合都跑一遍。

5 個因子、每個 2 水準 → 2⁵ = 32 次實驗

5 個因子、每個 3 水準 → 3⁵ = 243 次實驗

優點:
  • 可以偵測到所有因子的交互作用(A 和 B 同時影響結果)
  • 統計結論最嚴謹,沒有假設
  • 缺點:
  • 因子多、水準多時,實驗次數爆炸
  • 工廠環境難以執行(時間、成本、物料)
  • 適合場景:
  • 因子少(2-4 個)
  • 懷疑有交互作用
  • 研發階段,精度比成本重要
  • 田口法(Taguchi Method)

    做法: 用直交表(如 L9)大幅減少實驗次數,犧牲部分交互作用資訊。

    5 個因子、每個 3 水準 → 用 L18 只需要 18 次實驗

    4 個因子、每個 3 水準 → 用 L9 只需要 9 次實驗

    優點:
  • 實驗次數少,工廠可執行
  • 加入「訊雜比(S/N ratio)」概念,同時優化均值和變異
  • 田口博士專為製造業設計
  • 缺點:
  • 無法完整估計交互作用
  • 如果交互作用很強,結論可能有偏差
  • 適合場景:
  • 因子多(4 個以上)
  • 製造現場,成本和時間有限制
  • 主要關心哪些因子重要,不太在乎交互作用
  • 選擇矩陣

    情況建議方法 因子 ≤ 3 個全因子 因子 ≥ 4 個,懷疑交互作用重要部分因子 + 後續追加 因子 ≥ 4 個,交互作用不重要田口法 研發探索階段全因子 製造現場優化田口法 預算有限田口法

    實際建議流程

  • 篩選階段:用田口法或 Plackett-Burman 找出重要因子(Vital Few)
  • 優化階段:對重要因子做全因子或 Response Surface,找最佳值
  • 確認階段:跑 3-5 次確認實驗驗證結論
  • 金句

    「全因子是最誠實的實驗,田口是最務實的選擇——工廠裡,務實通常贏。」

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