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统计软件 | JMP
在上一篇文章这样优化3D打印工艺参数，质量高、速度快！超饱和实验设计实战（上）中，我们从 3D 打印的现状和挑战出发，探讨了应用组正交超饱和设计（GOSSD）如何适配 3D 打印参数优化场景。
这篇文章，我们将透过一个实战案例，具体看看使用 JMP 实验设计平台是如何通过 24 次实验的组正交超饱和设计（GOSSD），帮助我们找到包含 28 个因子的优化参数组合，在提升打印质量的同时，明显缩短打印时间！
这个实现方法，可以为您做其他实验设计提供很好的参考哦，步骤清晰可参考性高，千万不要错过（文末附视频）~
本文作者
潘老师 - JMP 数据分析师
3D 打印过程
01
第一步：
定义问题
本案例将介绍如何使用 JMP 实验设计平台，应用组正交超饱和设计（GOSSD），探究 3D 打印工艺参数对产品质量和打印时间的影响，寻找最优的 3D 打印工艺参数，优化 3D 打印质量，缩短 3D 打印时间。
02
第二步：
确定响应与因子
明确了实验设计要解决的问题，那么就需要定义响应和因子了。
本案例的响应和因子如下表所示。对于 3D 打印过程，包含28个潜在筛选因子，响应为打印时间和打印质量。
28个潜在筛选因子
响应：打印时间和打印质量
03
第三步：
生成实验设计方案
通过选择实验设计 > 特殊目的 > 组正交超饱和 > 组正交超饱和设计构建“组正交超饱和设计”。
为了以较少实验次数完成 28 个因子的筛选，我们采用包含 24 次实验、32 个参数的组正交超饱和设计。32 个参数分成8组，每组 4 个参数，28 个因子分配至第 2 组至第 8 组，截距项和 3 个假因子分配至第一组。
根据 GOSSD 的应用策略，分配因子时，应当结合工程经验，将认为更显著的因子分配至不同的组别中。
设计结构在色图中显而易见。组中因子相互关联。不同组中的因子不相关，这表明它们之间正交。
下面就生成了实验设计方案，so easy 是不是！
04
第四步：
采集实验数据
接下来，按照实验设计表格进行 24 次 3D 打印实验，获取打印时间(Time)和打印质量(Quality)数据，将结果汇总至数据表中。
05
第五步：
拟合模型
拟合模型时，采用 GOSSD+Stepwise 策略。首先采用 GOSSD 筛选出各组中活跃的因子，之后采用 Stepwise 建模，同时纳入活跃因子及其二阶交互作用项。
下面具体看一下如何操作。
1
GOSSD
通过选择实验设计 > 特殊目的 > 组正交超饱和 > 拟合组正交超饱和启动“拟合组正交超饱和”平台。该分析方法利用组正交超饱和设计的组正交结构。
PS. 若您使用“组正交超饱和”平台在 JMP 中创建了设计，运行“Model”脚本，即可直接进行“拟合组正交超饱和”分析。运行“Multivariate”脚本，即可查看组正交结构。
“拟合组正交超饱和”平台执行两步模型选择过程。平台报表支持您查看所有因子的回归图，也可以查看每个组中活跃因子的估计值，仅显示活跃组。然后为活跃因子提供一个模型，并且可以通过使用“拟合模型”平台来检查该模型。
2
Stepwise
为了同时考虑活跃因子主效应及其二阶交互作用，我们在 GOSSD 筛选出每组中活跃因子的基础上，采用拟合模型平台，利用逐步平台的自动筛选功能，快速建立回归模型。
拟合模型建模结果显示，Time 和 Quality 的模型拟合效果较好，R2 和调整 R2 均在 0.9 以上。通过保存预测公式，可以将 Time 和 Quality 的预测结果导出，并通过后续实验进行验证。
06
第六步：
预测验证
为了优化3D打印工艺参数，我们使用刻画器平台进行最优工艺参数探索，寻找平衡最优解，尽可能提高打印质量，同时缩短打印时间。
通过选择图形 > 刻画器启动“刻画器”平台，选择 Time 和 Quality 的预测公式列，启动组刻画器。
在刻画器平台报表中，通过预测刻画器 > 优化和意愿 > 设置意愿可以设置Time和Quality的意愿，通过预测刻画器 > 优化和意愿 > 最大化意愿可以找到最优参数组合，通过预测刻画器 > 优化和意愿 > 最大化并记住可以保存最优参数设置，通过预测刻画器 > 因子设置 > 记住设置可以保存指定的参数组合至报表中。
在本案例中，可以结合工程经验确定最符合实际情况的参数组合，如将 Print Cooling 参数固定为 On。最终确定采用 Optimal 参数组合进行最终实验验证，并与设备推荐的 Recommended 参数组合结果进行对比。
07
第七步：
得出实验结论
从实验结果可知，模型预测结果与实验结果吻合良好。Recommended 参数组合情况下，打印时间为196min，打印质量得分为22/30。Optimal 参数组合情况下，打印时间为106min，相比推荐设置打印时间缩短46%；打印质量得分为24/30，相比推荐设置打印质量得分提高9%。
通过 24 次实验的组正交超饱和设计（GOSSD），我们便找到了包含 28 个因子的优化参数组合，在提升打印质量的同时，明显缩短了打印时间！
操作视频
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