DoE – Plánovaný experiment
Záhradník zistí, že hnojivo spôsobuje spaľovanie lístkov v teplom počasí a okamžite predpokladá, že jedinou príčinou je teplota. Avšak, správna cesta musí byť snaha spoznať všetky možné faktory a vykonať sériu experimentov, pri ktorých sú tieto faktory kontrolovateľne menené. Takto môže záhradník objaviť vlhkosť a osvetlenie, ako aj mnohé ďalšie faktory, ktoré môžu spôsobiť biochemické reakcie v listoch.
Design of Experiment predstavuje súbor presne navrhnutých a riadených experimentov, ktorých úlohou je objasniť vplyv vstupov procesu a ich kombinácií na výstup skúmaného procesu.
Ale, stalo sa vám že,:
- Ste museli zopakovať experiment?
- Ste merali zbytočne dlho, veľa krát a stačila by vám aj menšia presnosť?
- Ste sa zaoberali dlho nepodstatnými meraniami a ušiel vám dôležitý efekt?
… potom DoE je nástrojom, ktorý pomáha eliminovať podobné zdroje neefektivity.
Ako to teda funguje?
Uvažujme experiment s 3 faktormi (teplota, tlak, reakčný čas), ktoré má zmysel sledovať na 2. úrovniach.
Experimentom chceme zistiť optimálny rozsah chemického procesu povrstvovania. Zaujímajú nás odpovede na otázky:
- Ktoré faktory, alebo aká vzájomná interakcia faktorov má vplyv na priemerný rozsah procesu?
- Aké sú optimálne hodnoty úrovní faktorov pre vopred očakávaný výsledok procesu povrstvovania (napr. kedy dosiahnem max. vrstvu povrstvenia, alebo pri akej úrovni faktorov dosiahnem hrúbku vrstvy XY) ?
Riešenie:
Experiment budeme realizovať pre všetky 3 vybrané faktory na definovaných dvoch úrovniach (spodná a horná). Experiment na každej úrovni sme realizovali 3 krát, pre získanie presného odhadu chyby experimentu.
Výsledky experimentu, ktoré sme zaznamenali priamym meraním pri každej kombinácii faktorov a ich úrovní sumarizuje nasledovná tabuľka:
1. Ktoré faktory, alebo vzájomná interakcia faktorov má vplyv na priemerný rozsah procesu?
Výsledok experimentu formou Pareto grafu ukazuje na hlavný vplyv faktoru teplota (A) a interakcie tlak – reakčný čas (BC). Zaujímavé je vidieť, že faktor tlak (B) sám osebe nemá zásadný vplyv.
Bude dôležité analyzovať interakciu tlak a reakčný čas pre definovanie optimálneho nastavenia rozsahu chemického procesu.
Silu interakcie faktorov tlak a reakčný čas vyjadruje Interaction plot. Rozsah výsledku pre povrstvovanie je minimálny, ak tlak je na spodnej úrovni 50 psi a reakčný čas na hornej úrovni 15 min.
Maximálny rozsah vidieť, ak tlak aj reakčný čas sú na spodnej úrovni.
2. Aké sú optimálne hodnoty pre očakávaný výsledok procesu?
Pre definovanie optimálnych parametrov analyzovaného procesu za účelom získania maximálneho efektu procesu bude potrebné nastaviť hodnoty faktorov nastavenie:
- Teplota – horná úroveň (120°C)
- Tlak – dolná úroveň (50 psi)
- Reakčný čas – dolná úroveň (5 min)
Výsledky boli realizované v Minitab štúdiou DoE_Response optimizer
Ak by sme chceli napr. predikovať nastavenie pre cieľovú hodnotu výsledku hrúbky vrstvy na úrovni 25, bude potrebné nastaviť parametre:
- Teplota – horná úroveň (88,81°C)
- Tlak – dolná úroveň (50 psi)
- Reakčný čas – dolná úroveň (15 min)
Ak by sme chceli napr. predikovať nastavenie pre cieľovú hodnotu výsledku hrúbky vrstvy na úrovni 34, bude potrebné nastaviť parametre:
- Teplota – horná úroveň (100°C)
- Tlak – dolná úroveň (52,042 psi)
- Reakčný čas – dolná úroveň (15 min)
Iný zámer praktického využitia plánovaného experimentu aplikovali v jednom zo závodov na výrobu automobilov, za účelom identifikácie kľúčových článkov dodávateľského reťazca z pohľadu jeho odolnosti. Odolnosť je tu vnímaná ako schopnosť dodávateľského reťazca, vrátiť sa k pôvodnému výkonu v prípade jeho závažného narušenia.
Závažné narušenie predstavuje výrazné zníženie výroby, predaja alebo hospodárskeho výsledku.
Použitie DoE v tomto prípade pomohlo na základe štatistickej významnosti určiť kľúčové články dodávateľského reťazca a definovať veľkosť ich vplyvu na odolnosť (konkrétny dodávateľ, konkrétny typ transportu, typ vychystávania a pod.).
Výsledky experimentu ukázali vhodnosť použitia metódy DoE (v kombinácii so simuláciou) a následne znamenali objektívne zacielenie investícií do identifikovaných kľúčových (kritických) článkov reťazca.
Tip:
Čo nám umožňuje metóda DoE:
- Umožňuje určiť hodnoty faktorov pre žiadanú hodnotu výstupnej charakteristiky.
- Aproximuje príspevky faktorov a ich interakcií do výstupnej charakteristiky.
- Umožňuje predikovať netestované kombinácie faktorov.
- Hodnotenie adekvátnosti modelu (jeho spoľahlivosti).
- Systematickým a efektívnym spôsobom dosahovať objektívne výsledky (platí i pri veľkom počte faktorov a ich úrovní).
„Časť informácií obsiahnutých v článku je zobrazená so súhlasom spoločnosti Minitab Inc. Všetky takéto materiály zostávajú výlučným vlastníctvom a autorskými právami spoločnosti Minitab Inc. Všetky práva vyhradené.”
