[科普中國]-可控因子

可控因子是指在試驗(yàn)中可以嚴(yán)格控制其水平(狀態(tài)、類型、等級或數(shù)值)的因子。試驗(yàn)所要考察的因子都必須是可以控制的因子。試驗(yàn)設(shè)計(jì)，只對可控因子的水平試驗(yàn)前作設(shè)計(jì)；而對不可控因子水平，只能在試驗(yàn) 過程中記錄其水平而后用回歸或協(xié)方差分析處理，或用劃分區(qū)組、隨機(jī)化等方法消除其影響1。

基本介紹可控因子(control factor)是統(tǒng)計(jì)質(zhì)量管理的基本概念之一，是在生產(chǎn)和試驗(yàn)中水平可以指定并加以挑選的因子，即水平可以被人們控制的因子。如化工生產(chǎn)中的反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度，電鍍液的濃度，電路中的電阻器和電容器的電阻和電容等都是可控因子。試驗(yàn)中考察可控因子的目的在于尋找其最佳水平搭配，使產(chǎn)品的質(zhì)量特性既接近目標(biāo)值，又波動最小，即使質(zhì)量特性具有穩(wěn)健性2。

相關(guān)知識介紹動態(tài)特性參數(shù)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)安排，在動態(tài)特性參數(shù)設(shè)計(jì)中會出現(xiàn)下列四類因子：可控因子，標(biāo)示因子，信號因子，噪聲因子。其中標(biāo)示因子是指使用時不能挑選和控制，但試驗(yàn)中可指定其水平的因子。如一紡織廠用的棉花來自三個不同產(chǎn)地，則棉花產(chǎn)地可看作一個標(biāo)示因子，我們考察它不在于選取最好的棉花產(chǎn)地，而是探索此標(biāo)示因子與可控因子之間有無交互作用，若無交互作用，只要選擇一種工藝條件就可適應(yīng)各產(chǎn)地棉花；若有交互作用，那要對不同產(chǎn)地棉花選擇不同工藝條件才能奏效，類似地，設(shè)備間的差異、操作人員之間差異、車床轉(zhuǎn)速之間差異等環(huán)境和使用條件都可當(dāng)作標(biāo)示因子去進(jìn)行考察2。

動態(tài)特性參數(shù)設(shè)計(jì)的具體安排如下。

確定各可控因子和標(biāo)示因子的水平，然后把它們放在適當(dāng)?shù)恼槐砩?，此表稱為內(nèi)表。

確定各噪聲因子和信號因子的水平，然后把它們放在適當(dāng)?shù)恼槐砩?，此表稱為外表。若得知諸噪聲因子對y的影響方向，那可啟用綜合噪聲因子，但不可把信號因子也綜合進(jìn)去，一般是用信號因子和綜合噪聲因子的完全試驗(yàn)作為外表。

按內(nèi)外表設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)。若信號因子有m個水平，綜合噪聲因子有n個水平，則外表有mn行。若內(nèi)表有k行，則內(nèi)外表設(shè)計(jì)共有走kmn個試驗(yàn)，可獲得知kmn個數(shù)據(jù)：

其中i表示內(nèi)表的試驗(yàn)號，j表示信號因子的水平號，l表示綜合噪聲因子的水平號1。

噪聲因子(noise factor )是人們不能控制、或很難控制、或花費(fèi)昂貴才能控制的因子。它是引起質(zhì)量特性波動的“元兇”，或者說是引起試驗(yàn)誤差的源泉。一項(xiàng)好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)都應(yīng)具有抗噪聲因子的能力，此種能力愈大，設(shè)計(jì)就愈完善。因?yàn)橛行┰肼曇蜃涌赡苋藗冎两襁€不知道，所以要羅列一切噪聲因子是困難的，但試驗(yàn)者要盡量列出噪聲因子，并運(yùn)用工程知識和經(jīng)驗(yàn)去判斷其中哪些是重要的，哪些可用試驗(yàn)條件去模擬的，以便考察它們對質(zhì)量特性影響的大小，為羅列噪聲因子，可從外部噪聲、內(nèi)部噪聲和產(chǎn)品間噪聲等三方面去考察。

由產(chǎn)品之外引發(fā)的一類噪聲稱為外部噪聲，如產(chǎn)品生產(chǎn)時的環(huán)境溫度、濕度、灰塵、磁場等環(huán)境條件都是外部噪聲；又如小汽車方向盤的設(shè)計(jì)要適應(yīng)老人與年輕人、男人與女人，這時購買者就是方向盤設(shè)計(jì)的一個外部噪聲因子；彩色電視機(jī)的清晰度與輸入電壓大小密切相關(guān)，這時民宅的交流電壓對彩電設(shè)計(jì)就是一個外部噪聲因子。

由產(chǎn)品內(nèi)部產(chǎn)生的一類噪聲稱為內(nèi)部噪聲，如貯存時間過長，材料變質(zhì)、元件老化都是產(chǎn)品的內(nèi)部噪聲；又如產(chǎn)品長時間使用，一些零件發(fā)生磨損也是內(nèi)部噪聲，因?yàn)檫@些都會引起產(chǎn)品質(zhì)量特性的波動。

由產(chǎn)品間的差異引發(fā)的一類噪聲稱為產(chǎn)品間噪聲，如在一項(xiàng)電路設(shè)計(jì)中需要100Ω的電阻，而從市場買來的標(biāo)稱值為100Ω的電阻未必恰好是100Ω，可能是99Ω，也可能是102Ω，其間差值對電路輸出值會有影響，此種影響是不可控的，所以零部件、元器件的實(shí)際值與標(biāo)稱值間的差異是產(chǎn)品間的噪聲因子2。

把若干個噪聲因子綜合成一個因子，以圖減少參數(shù)設(shè)計(jì)中的試驗(yàn)次數(shù)，稱此為綜合噪聲因子。構(gòu)造綜合噪聲因子的關(guān)鍵在于要知道被綜合的噪聲z對產(chǎn)品質(zhì)量特性y影響的方向，即當(dāng)噪聲因子水平變化時，y是在增加還是還是在減少.這一點(diǎn)常常憑著工程知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是可以判斷的.假如能做到這一點(diǎn)，那么立即可得出綜合噪聲因子的兩個水平：N1——負(fù)側(cè)最壞水平，它是使質(zhì)量特性y取最小值的各個噪聲因子的水平的組合;N2——正側(cè)最壞水平，它是使質(zhì)量特性y取最大值的各個噪聲因子的水平的組合.這就形成一個二水平的綜合噪聲因子。假如被綜合的噪聲因子都是三水平的，那么各取其中間水平組成一個新水平No，插在上述N1與N2之間，形成一個三水平(N1，No，N2)的綜合噪聲因子.假如僅有部分噪聲因子可以參加綜合，那么把未被綜合的噪聲因子與綜合噪聲因子重新設(shè)計(jì)一張外表。

標(biāo)示因子(mark factor)是使用時不能挑選和控制、但試驗(yàn)中可指定其水平的因子。如一紡織廠用的棉花來自三個不同產(chǎn)地，則可把棉花產(chǎn)地看做一個標(biāo)示因子，人們考察這個標(biāo)示因子的目的不在于選取最好的棉花產(chǎn)地，而是探索此標(biāo)示因子與可控因子(操作條件)之間有無交互作用。假如沒有交互作用，可能只要選擇一種操作條件就可適應(yīng)各個產(chǎn)地的棉花；假如有交互作用，那可能需對不同產(chǎn)地的棉花制定不同的操作條件才能奏效。類似地，設(shè)備間的差別、操作人員間的差別、車床轉(zhuǎn)速之間的差別等都可當(dāng)做標(biāo)示因子去進(jìn)行考察。

信號因子(signal factor)指能指揮動態(tài)特性按人們意志去變化的因子，信號因子總是伴隨著動態(tài)特性而出現(xiàn)的.至于選什么因子作為信號因子，那是設(shè)計(jì)人員的任務(wù).但他要使信號因子的水平改變應(yīng)該是易于操作，并且使信號因子對動態(tài)特性的影響盡可能是線性關(guān)系，用以減少動態(tài)特性的波動。

信號因子的例子也常見，鋼板的厚度是通過軋鋼機(jī)的壓力來實(shí)現(xiàn)的，軋鋼機(jī)的壓力就是信號因子，壓力大小就是信號因子的水平;汽車的速度可用改變加速器的位級來實(shí)現(xiàn)，加速器就是信號因子，其位級就是該信號因子的水平2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

劉軍 - 副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所