实验设计DOE的前世今生

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DOE，也就是实验设计（Design of Experiments），凡是从事过质量管理、工艺研发和六西格玛的人都或多或少地接触过吧。它强调用统计学的方法合理制定实验计划，并对实验结果进行深入分析以发现过程变异的基本规律，影响输出结果的关键输入因素，从而找到优化过程的机会。

放眼望去，市面上讲解DOE理论和案例的书籍不少，然而，总有不少人不是对它将信将疑，就是依然懂得一知半解的。今天，小编想从历史的角度，和大家轻轻松松地聊一聊DOE的那些人，那些事……

DOE的历史不是很长，也就一百年左右。但是，人类做实验的历史可就长了。所以如果要寻根溯源，那还得从很久很久以前说起……

第一篇  DOE前传里的英雄：
到底有多久呢？至少可以从古希腊文明算起。因为DOE是个来自西方的舶来品，所以咱们不得不先去看看欧美文明的发源地——爱琴海域。

想当年，以亚里士多德（Aristotle，公元前384～前322年）为代表的一批希腊哲学家、科学家和教育家们最早总结出一套“单因子法（One Factor At A Time）”的实验方法。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啊！而且我敢说，现在还有很多工程师是这种方法的忠实粉丝呢。

后来，欧洲文明的中心慢慢从东欧转移到了西欧，关于实验科学的研究也得到了进一步的升华。
在那个时代，我们不得不提到一位欧洲文艺复兴时期的英国哲学家培根（Francis Bacon，1561～1626年）。他的最大贡献是把归纳逻辑创建为系统，强调实验对认识的作用。他也是近代归纳法（Induction）的创始人，现代自然科学中重视观察、实验、分析的综合运用，都是受他理论的影响，因此被后人尊称为“实验哲学之父”。

后来，大家也知道，人类现代文明的闪光点继续西进，漂洋过海来到了美洲大陆，实验科学的最佳实践与研究也因此跨越了大西洋。

大家都听说过爱迪生（Thomas Edison，1847～1931年）吧？他不仅是一名伟大的美国发明大王，同时也是“试错法（Trial And Error）”流派的杰出代表。重温一下他的名言吧：“天才靠的是百分之一的灵感和百分之九十九的汗水。”可想而知，他的每一次实验成功之前是要经历多少次的实验失败啊！
毋庸置疑，爱迪生为人类做出了巨大的贡献，不过，是不是总觉得他在实验过程中还缺了点啥呢？别急，这些缺憾终于在DOE的正式诞生之后得到了弥补……

第二篇  DOE圣经上的大师：

说到DOE的正式诞生，就不能不说到在现代统计学的圣地——英国……

有一个叫费雪（Ronald Fisher，1890～1962年）的英国人，你能想象一下他的影响力有多大吗？不仅数学、统计专业的人知道他，连农业、医学、生物、经济、工业工程等很多其他专业的人也都认识他、崇拜他。因为费雪是整个现代统计学的奠基人之一，DOE是他最著名的代表作。他在多年的农业实验研究中，首次论证了“方差分析（Analysis of Variation）”的原理并将其应用到实验设计中，被公认为DOE的创始人。

再往后呢，和刚才说过的一样，全球统计学研究的前沿阵地从大不列颠迁移到了美利坚……

这时候，我们的目光自然而然地聚焦到一位出生在英国、成名在美国的统计学家——博克斯（George Box，1919～2013年）身上，他被誉为20世纪后半期最有才华的统计学家。听说过“响应曲面法（Response Surface Methodology）”吗？这种常常用于优化设计中的高级DOE方法，就出自他的神来之笔。听说过“Box-Cox变换”吗？这其中的Box指的也是他！博克斯还有一句经典名言：“从本质上讲，所有的模型都是错误的，只是有些是有用的。”这句颇具哲理的话至今仍让人感到回味无穷。

聊了这么久，是不是觉得DOE都是些欧洲人、美国人的事，跟我们亚非拉地区都沾不上边？这倒也不是，据小编考察，至少有来自中国、日本、印度等国家和地区的一些学者也在致力于DOE的研究和实践。这其中最有名的，还得数……

一个叫田口玄一（Genichi Taguchi，1924～2012年）的日本人，他率先倡导信噪比、损失函数、动态特性等理念，首创的“田口方法（Taguchi Method）”成为稳健设计的理论源泉，是世界级品质工程的奠基者之一，最终成为在DOE领域最有声誉的东方人。

可惜啊，这些伟人们俱往矣！数风流人物，还看今朝……

第三篇  DOE世界中的后起之秀
可以说，近半个世纪以来的DOE领域进入了一个百鸟争鸣、百花齐放的时代。如用于化合物配方研究的“混料设计（Mixture Design）”，用于消费者市场调研的“选择设计（Choice Design）”以及通用性更强、可以跨行业运用的“最优设计（Optimal Design）”等等新方法、新技术层出不穷，而它们的创始人们也逐渐开始崭露头角，令人目不暇接。如果说，一定要从当中选择一个代表来介绍，那小编肯定会首选……

一个叫琼斯（Bradley Jones，至今健在）的美国人，他目前在全球顶级的DOE软件公司JMP研发部担任首席研究员。他的丰功伟绩至少有两项，一是率先将极其复杂的最优设计理论成功地改进并转换为商业统计软件，还给它起了个更通俗易懂的名字：“定制设计（Custome Design）”；二是创造性地推出了实验效率更高、抗干扰能力更强的“确定性筛选设计（Definitive Screening Design）”，并因此两度荣膺美国质量协会面向个人颁发的布伦博大奖。（这可是只有像上文中提到的博克斯这样的大师才能获得的奖项噢）

就这样，在众多知名的大人物，以及更多不知名的小人物的共同努力下，终于形成了DOE今天的局面。实事求是地说，DOE并不是无所不能的，但它至少可以让工程师们，乃至更多的人们，真正地懂得：应该怎样做实验，应该怎样找到从理论到现实之间的桥梁。

最后，顺便告诉技术爱好者们一个好消息：本文中提及的所有DOE方法均可以在专业统计分析软件——JMP的菜单命令上实现！有兴趣的朋友可以上网下载免费的JMP试用版练练手噢！