Strefa wiedzy

Metody eksperymentalne. Zaawansowane metody eksperymentalne kluczem do poznania swoich procesów.

Na niemal każdy proces wpływają dziesiątki, a nawet setki parametrów zarówno kontrolowalnych, jak i zakłóceń. Pomiędzy nimi występują interakcje wieloczynnikowe, które niezwykle trudno wykryć standardowymi metodami doświadczalnymi.

Mając coraz większą świadomość naszych procesów sięgamy po metody eksperymentalne, które mają poszerzyć naszą wiedzę i oczywiście poprawić proces.

Najczęściej wykorzystywaną metodą eksperymentalną jest Metoda Klasyczna. Dostarcza nam dużej wiedzy na temat parametrów, zakłóceń, a także interakcji. Jednocześnie jest najbardziej uniwersalną metodą, którą można wykorzystać zarówno do stosunkowo prostych i dobrze znanych procesów, jak i takich, które są złożone i o których wiemy niewiele. Metoda Klasyczna Pełnoczynnikowa pozwala na zweryfikowanie wszystkich kombinacji wybranych parametrów. Ponadto wprowadzając bloki, można zidentyfikować siłę wpływu zakłóceń na proces – czyli wszystkiego co zmienia się pomiędzy przeprowadzanymi częściami testów, np. temperatura otoczenia, stopień zużycia części, osoba ustawiająca proces, partia produkcyjna surowca, czas magazynowania surowców/półproduktów itd.

Oczywiście przeprowadzając testy nie można zapominać o kosztach, dlatego często dążymy do tego, aby zminimalizować zarówno zużycie surowców, jak i czas poświęcony na eksperymenty. Uniwersalność Metody Klasycznej polega na tym, że możemy zdecydowanie ograniczyć ilość testów poprzez wykorzystanie Metody Ułamkowej. Redukujemy koszty, ale interpretacja tak uzyskanych wyników wymaga nieco więcej doświadczenia oraz świadomości procesu. Na rys. 1. przedstawiono zamianę eksperymentu Pełnoczynnikowego na Ułamkowy. Zamiast wykonywać wszystkie testy, czyli  przeprowadzamy tylko wybrane  (zaznaczone na niebiesko).

Rys. 1. Przykład redukcji ilości testów
Źródło: opracowanie własne

Analizując problemy może się okazać, że Metoda Klasyczna jest niewystarczająca. Jest szereg metod eksperymentalnych, które mogą pasować lepiej do rozwiązania konkretnego problemu lub do specyfiki procesu.

Mapując proces może się okazać, że potencjalnie na nasz produkt może wpływać nawet kilkaset parametrów. Chcąc lepiej poznać proces należy rozpocząć od informacji ogólnych, czyli na początku musimy się dowiedzieć, które parametry są ważne, a które nie. Dodatkowo możemy chcieć sprawdzić, czy wpływ zmian parametrów na wynik jest liniowy. W takim przypadku zasadne jest wykorzystanie Metody Taguchiego. Metoda ta pozwala nie tylko sprawdzić wpływ nawet kilkudziesięciu parametrów na wynik procesu, ale również pozwala ustawić konkretny czynnik, który podejrzewamy o nieliniowość nawet na 8 poziomach, co pozwoli nam go bardzo dokładnie sprawdzić. Wstępna weryfikacja istotności przedstawiona na rys. 2 pozwala wybrać kilka/kilkanaście tych, które należy przetestować Metodą Klasyczną, by poznać interakcje i lepiej dopracować ustawienia.

Rys. 2. Wizualizacja wpływu istotnych parametrów na wyniki procesu

Są jednak sytuacje, w których chcemy zweryfikować przestrzeń procesową znacznie dokładniej. Interakcje mogą występować w różnych częściach przestrzeni procesowej, również liniowość parametrów może się zmieniać – w takich sytuacjach można wykorzystać Metodę Response Surface, a konkretnie Central Composite lub Metodę Boxa-Behnkena. Testowanie 2 parametrów Metodą Pełnoczynnikową (Full Factorial) wymaga ustawienia czynników w 4 punktach, natomiast Metoda Central Composite weryfikuje 2 parametry aż w 9 punktach.

Wykorzystanie konkretnych metod pozwala systematycznie odfiltrowywać istotne parametry i interakcje od tych mniej ważnych oraz poprawiać ustawienie kluczowych czynników, co przedstawiono na rys. 3.

Rys. 3. Zawężanie sita przez które przepuszczamy parametry

Podsumowanie

Design of Experiments Metodą Klasyczną to narzędzie, które gwarantuje poprawę procesu i zdobycie nowej wiedzy o parametrach w procesie nawet ekspertom w branży. Jednakże po kilku eksperymentach warto poznać kolejne metody, które zwiększą efektywność i zredukują koszt testów. Poznanie tych metod pozwala również na decydowanie, które procesy powinniśmy testować w sposób czynny, przerywając proces i ustawiając wybrane parametry, a w przypadku których możemy sobie pozwolić na wykorzystanie Evolutionary Operations Methodology – czyli eksperymentowanie bierne – bez przerywania procesu i generowania strat surowca.

Autor: Paweł Smuśkiewicz [PROQUAL]