Planowanie eksperymentów (DoE) pozwala ustalić, które ustawienia procesu rzeczywiście wpływają na wynik i jak czynniki działają razem. Zamiast zmieniać jeden parametr na raz, zespół z góry planuje zestaw prób obejmujący kombinacje poziomów kilku czynników, a następnie oblicza efekty. Takie podejście wymaga mniej prób niż testowanie bez planu i wykrywa interakcje, których metoda „jeden czynnik na raz” nie widzi.
Podstawy metody opracował Ronald A. Fisher w latach 20. i 30. XX wieku przy doświadczeniach rolniczych. W doskonaleniu procesów DoE stosuje się najczęściej w fazie Improve cyklu DMAIC.
Jak to działa
Każdy czynnik ustawia się na dwóch poziomach: niskim (−) i wysokim (+). Pełny plan czynnikowy dla k czynników ma 2^k prób, czyli osiem dla trzech czynników. Efekt główny czynnika to różnica średnich wyników:
efekt = średnia z prób na poziomie (+) − średnia z prób na poziomie (−)
Interakcja występuje, gdy wpływ jednego czynnika zależy od poziomu drugiego. Przy wielu czynnikach zaczyna się od planów ułamkowych (przesiewowych), a optimum doprecyzowuje planami powierzchni odpowiedzi.
Przykład
Linia pakująca miała zbyt słabe zgrzewy folii; wymaganie to co najmniej 22 N. Zbadano trzy czynniki: temperaturę (140/160 °C), czas zgrzewania (0,5/1,0 s) i docisk (2/3 bar).
| Próba | Temperatura | Czas | Docisk | Wytrzymałość [N] |
|---|---|---|---|---|
| 1 | − | − | − | 15,8 |
| 2 | + | − | − | 21,2 |
| 3 | − | + | − | 16,1 |
| 4 | + | + | − | 26,8 |
| 5 | − | − | + | 16,2 |
| 6 | + | − | + | 20,8 |
| 7 | − | + | + | 15,9 |
| 8 | + | + | + | 27,2 |
Efekty: temperatura +8,0 N (średnio 24,0 wobec 16,0), czas +3,0 N (21,5 wobec 18,5), docisk +0,05 N, czyli praktycznie zero. Interakcja temperatury i czasu wynosi +3,0 N: przy 140 °C dłuższy czas nic nie zmienia (16,0 N w obu przypadkach), a przy 160 °C podnosi wytrzymałość z 21,0 do 27,0 N. Gdyby zespół badał czas tylko przy niskiej temperaturze, uznałby go za nieistotny. Wymaganie spełnia jedynie kombinacja 160 °C i 1,0 s, a docisk można zostawić na 2 bar. Po zmianie ustawień warto potwierdzić zdolność procesu.
Najczęstsze błędy
- Wykonywanie prób w kolejności z tabeli zamiast losowej. Zmiany w czasie, np. nagrzewanie się maszyny, mieszają się wtedy z efektami czynników.
- Brak powtórzeń lub punktów centralnych. Bez nich nie da się ocenić, czy efekt jest większy od zwykłej zmienności procesu.
- Eksperyment na niestabilnym procesie lub z niesprawdzonym systemem pomiarowym. Najpierw trzeba ustabilizować proces, np. narzędziami SPC, i ocenić pomiar.