在面對一個工程需求時，如何規劃實驗、如何決定設計參數、如何設定控制 因子水準來獲取有用的資訊，是每一位品質工程師都會遇到的實務問題，就以實 驗方法來決定設計參數配置，至少有下列幾種方法：試誤法（trial and error）、
一次因子實驗法（one factor at a time）、全因子實驗法（full factorial experiments）、
田口直交表實驗法（Taguchi’s orthogonal arrays）。
在這些實驗設計法中田口直交表實驗法常常是兼具實驗成本與實驗精確度 下一個很好的折衷方法，因為相對於全因子實驗法，在進行一個五因子各四水準 實驗時，須執行 45=1024 次實驗組，但利用田口直交表配置，則僅須執行 16 次 實驗組便可獲得最適參數水準組合，如此一來可大幅降低實驗次數與成本；而相 對於一次因子實驗法，直交表的水準分佈平均，可信度與再現性佳，能使實驗找 到最適化條件，實際應用於製程改善上（蘇朝墩，2005；李輝煌，2008）。
因此本研究採取田口直交表實驗法來簡化實驗，進行製程改善。而為了更深 入瞭解田口品質設計的原理與應用，本研究將逐步地介紹田口式實驗設計法概 論、田口式實驗設計法之步驟、田口品質特性、田口參數設計、田口直交表與田 口式實驗設計法相關研究與應用。
2.3.1 田口式實驗設計法概論
田口玄一（Genichi Taguchi）博士於 1949 年發展一種實驗計劃法（Design of Experiments, DOE），俾於複雜製程中可有系統且有效地使參數條件最適化來進 行製程改善。這套理論源自西方國家但被忽視，在日本應用幾十年，追求品質極 致完善後，西方國家才再次引進，並稱為「田口式實驗設計法（Taguchi Design of Experiments）」（李輝煌，2008）。
田口博士將品質改善的做法由生產階段推溯至產品設計階段，以源流管理的 方式，進行線外（off-line）品管，將品質設計至產品中，並分為三個階段管控，
而參數設計係達成高品質且低成本的重要階段，三個階段說明整理成表 2.8 所 示，由於田口博士利用工程的手法進行品質改善，所以在日本則稱之為「田口品 質工程（Taguchi quality engineering）」。
田口博士對品質的看法為「產品出廠後所帶給社會的損失，但不包含機能本 身所引起的損失」（蘇朝墩，2005），因此理想的產品品質應該是對社會的損失 為零，產品功能偏離目標值愈遠，則表示變異愈大，對社會所造成的損失也就隨 之增大，由此可知田口式實驗設計法的基本概念，是以穩健設計（robust design）
中找到產品變異小的設計或製程，使得大量生產的產品上市後，對社會所造成的 平均損失成本最低，是故透過「直交表（orthogonal arrays）」和「S/N 比」二種 工具來達到穩健設計（Tsai et al., 2004），所以又可稱它為「穩健品質設計法（robust quality design）」（蘇朝墩，2005；李輝煌，2008）。
表 2.8 田口線外品管之三個階段
品質工程 說明
系統設計
（system design）
主要檢視各種可能達成「理想機能」的系統或技術，從 中挑選一個最適當的，例如：選定系統所需的材料、零 件或選擇一個適當的製造程序。
參數設計
（parameter design）
主要最佳化「系統設計」，利用實驗以確定控制因子水 準組合，使系統對雜音因子的敏感度為最低，而提昇系 統的穩健性。
允差設計
（tolerance design）
主要是調整公差範圍，以達最佳化設計參數，當產品的 品質未能滿足顧客要求，我們需增加製造成本以降低產 品的變異，減少品質損失，因此允差設計是一種謀求成 本與品質平衡的方法。
2.3.2 田口式實驗設計法之步驟
田口式實驗設計法是以實驗手段來決定設計參數，目的是尋找最佳的產品
（或製程）機能，並且維持此機能的穩健性。所謂「實驗」，可以是實驗室的實 驗、工廠生產線上的實驗、或者是電腦模擬實驗。所謂「設計參數」是生產製程 參數，或者是產品的設計參數。整個實驗過程中常需要不同部門人員的參與討 論。田口式實驗設計法步驟整理成表 2.9 所示（蘇朝墩，2005；李輝煌，2008）。
表 2.9 田口式實驗設計法之步驟 步驟一：問題定義。
步驟二：決定品質特性與理想機能。
步驟三：列出影響品質特性的因子。
步驟四：決定各種因子及變動水準。
第一階段 實驗規劃
步驟五：選定所使用的直交表。
第二階段 實驗的執行 步驟六：依直交表配置所對應的參數組合去 執行實驗。
步驟七：計算直交表中每組實驗的 S/N 比 步驟八：繪製回應表與回應圖，並推測最適
的參數水準組合。
步驟九：執行變異數分析（ANOVA）。
第三階段 實驗結果的分析與確認
步驟十：確認實驗。
2.3.3 田口品質特性
田口博士提出信號雜訊比（Signal-to-Noise ratio）作為品質指標，簡稱為 S/N 比（單位為 dB）。S/N 比的優點是可同時考慮品質特性之平均值與變異數，若 S/N 比愈大表示變異愈小品質愈佳（Montgomery, 2001），因此擁有最高的 S/N 比，即為最適的參數水準組合（Taguchi, 1990）。依品質特性的理想機能可分為 三種型態，整理成表 2.10 所示（蘇朝墩，2005）。
表 2.10 田口品質特性之三種型態
品質特性 S/N 比 特性說明
望小特性
（the Smaller The Better, STB）
1 )
（the Larger The Better, LTB）
1 )
（Nominal The
Best, NTB） n
圖 2.7 田口參數圖 表 2.11 田口參數之三種型態
參數 說明
控制因子
（control factor）
是指因子的水準可由設計人員掌握且決定，設計人員 指定需要的「設定值」，在不增加成本的情形下，得 到最佳品質特性（y）之目標。
信號因子
（signal factor）
當品質特性（y）的目標值改變時，可藉由調整信號因 子（signal factors），使品質特性（y）的平均值與目 標值一致。信號因子是產品使用者或操作者設定，用 來反應出想要的品質特性（y）。
雜音因子
（noise factor）
是指設計人員在做實驗時無法控制的因子或必須花費 高成本才能控制的因子。雜音因子的水準會隨環境而 變化，因此在無法確知特定情況下的雜音因子值，通 常只能掌握雜音因子的一些特性，如平均值和變異數。
2.3.5 田口直交表
於應用田口式實驗設計法時，則需依控制因子數與其水準，選用適當的直交 表配置後，去執行實驗得出最適水準組合，以達製程（或產品）改善之目的。因 此選擇適當的直交表是田口式實驗設計法重要步驟之一（Kaushik and Thakur, 2009）。而典型的直交表是以 La(bc) 來命名，L 字母代表直交表的原始名稱拉 丁方塊（Latin square），共有 a 組實驗，最多可容納 b 個水準的因子 c 個；
有些直交表可以容納兩水準的因子，以 La(bc × de) 來表示，它代表共有 a 組實 驗，最多可容納 b 個水準的因子 c 個及 d 個水準的因子 e 個（李輝煌，
產品/製程 product/process
雜音因子 noise factors
控制因子 control factors 信號因子
signal factors
品質特性（y）
quality characteristics
2008）。由於直交表的種類很多，因此田口博士列出 18 個基本直交表，Phadke
（1989）稱之為標準直交表（standard orthogonal arrays），如表 2.12 所示（蘇 朝墩，2005）。依（2.4）的直交表特性，選擇適合的直交表進行實驗，以 L4(23) 說明符號所代表的意義（楊素芬，2006）：
) 2 ( L
4 3（2.4）
表 2.12 常見標準之直交表
在這些水準的行數最大值 直交表 列數 最多因子個數
2 3 4 5
L4(23) 4 3 3 - - -
L8(27) 8 7 7 - - -
L9(34) 9 4 - 4 - -
L12(211) 12 11 11 - - -
L16(215) 16 15 15 - - -
L16(45) 16 5 - - 5 - L18(2137) 18 8 1 7 - -
L25(56) 25 6 - - - 6 L27(313) 27 13 - 13 - -
L32(231) 32 31 31 - - -
L32(2149) 32 10 1 - 9 - L36(211312) 36 23 11 12 - -
L36(23313) 36 16 3 13 - - L50(21511) 50 12 1 - - 11 L54(21325) 54 26 1 25 - -
L64(263) 64 63 63 - - -
1
因子水準數 1− （列數 1− ）
表示直交表 列數(實驗次數)
因子水準數 行數
行數=
以表 2.13 L4(23) 的直交表而言，每一行只出現 1 和 2 二種數字且出現之 次數相同，若將表 2.13 中以「-1」取代「1」，「+1」取代「2」，則可得表 2.14，
從表中可得下列兩種現象：
1. 任何一行的因子合計為零。
2. 任二行的因子以向量內積運算皆為零，如 A．B =（-1 -1 +1 +1）（-1 +1 -1 +1）
= 0、A．C =（-1 -1 +1 +1）（-1 +1 +1 -1）= 0、B．C =（-1 +1 -1 +1）（-1 +1 +1 -1）= 0。因此各行成為相互直交，故稱為直交表（傅和彥、黃士滔，2002）。
表 2.13 L4(23) 之直交表 Exp A B C
1 1 1 1 2 1 2 2 3 2 1 2 4 2 2 1
表 2.14 L4(23) 之直交表（以 -1、+1 替代）
Exp A B C 1 -1 -1 − 1 2 -1 +1 +1 3 +1 -1 +1 4 +1 +1 -1
要使用直交表配置因子之前，必須要先知道因子的自由度（ degree of freedom）。所謂自由度是指估計資訊來源所需的獨立量測數目，通常自由度愈 大所獲得的情報量愈多。一般來說，一因子的自由度為該因子之水準數減 1。兩 因子交互作用（interactions）的自由度為此兩因子個別自由度的乘積，即交互作 用（A 的自由度）×（B 的自由度）=（A 的水準數-1）×（B 的水準數-1）。並將 直交表中各因子自由度總和減 1 為實驗次數。在瞭解因子的自由度後，便可由 表 2.12 常見標準的直交表中選擇適當的直交表進行配置（蘇朝墩，2005）。
2.3.6 田口式實驗設計法之相關研究與應用
Optimization of experimental conditions based on the Taguchi robust design for the formation of nano-sized silver particles by chemical
reduction method
應用田口式實驗設計法來找出化學還
Optimizing process parameters of hot-bar soldering process through quality function deployment and Taguchi method
以壓焊製程為實證案例，整合品質機能
Optimizing the TLD-100 readout system for various radiotherapy beam doses using the Taguchi
methodology
在三種放射線劑量（50 cGy、100 cGy、
50 cGy）下，以 TLD 劑量量測值為品 質特性，選定四個三水準的控制因子，
進行 L9 的直交表實驗，得到最適參數 水準組合。
2.4 TRIZ、DEMATEL 及田口式實驗設計法理論整
design quality control:integration of QFD, TRIZ and