طراحی آزمایشDOE و روش های پیاده سازی

طراحی آزمایشDOE و روش های پیاده سازی 

مقدمه طراحی آزمایشDOE

محققان برای شناخت پدیده‌ها ، آزمایش‌هایی را انجام می‌دهنـد تا حقیقتی را در مورد سیستم یا فرآینـدی کشف کنند. انجام آزمایش همواره متضمن هزینـه و زمان است. از این رو انجام آزمایش‌های مؤثـر که با صرف حداقل هزینه و زمان بیشترین اطلاعات را فراهم آورند آرمان هر مهندس یا محقق است و این هزینه و زمان هنگامی‌که تعداد عوامل افزایش پیدا کند به صورت صعودی افزایش پیدا می‌کند. بنابراین به روشی نیاز است که در آن بتوان با صرف حداقل هزینه و زمان، به بیشترین اطلاعات در مورد فرآیند دست پیدا کرد، نتیجه‌گیری‌های منطقی ارائه کرد و مدارک مستند در خصوص فرآیند بدست آورد. روشی که به بهترین شکل اهداف ذکر شده را برآورده می‌سازد، طراحی آزمایش‌های صنعتی DOE نام دارد.

روشهای طراحی آزمایشDOE ،می تواند طراحی و توسعه محصولات و فعالیت های مرتبط با حل مشکل را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. در  دنیای امروز تولید کنندگان برای بقاء باید تکنیک های مورد استفاده خود را به روز کنند. خصوصــا تکنیک های کنترل و بهبود کیفیت در این زمینه از اهمیت خاصی برخورد دارند. مبحث کیفیت در دهه های اخیر مبــاحث جدیدی چون کنترل آماری فرآیند SPC ، تجزیه و تحلیل عوامل شکستFMEA ، ترجمان خواسته کیفیت QFD، بهبود مستمر فرآیند CPI و … را شامل می شود. تکنیک طراحی آزمایش DOE نیز یکی از تکنیک های بهبود کیفیت است که در دهه های 1980 و 19900 به عنــوان یک مزیت رقابتی در کشورهای غربی و ژاپن مطرح شد ، به طوری که بصورت یکی از الزامات گواهینـــامه QS 9000 پذیرفته شده است. مطالبی که در این مطلب مطرح می شود ، مقدمه ای بر چگونگی استفاده از طراحی آزمایشDOE است. این مطالب ، مفاهیم و اصول پایه طراحی آزمایشDOEو مراحل اجرایی آن را شامل می شود.

هنگامی که صحبت از طراحی آزمایشDOEمی شـود منظور انجام یک تحقیق است ، ولـی یک تحقیق خاص . یک تحقیق فعالیتـی است که بـرای یک محقق ایجاد آگاهی های بیشتری می کند . تحقیق در واقع یک نوع کنجکاوی است . کنجکاوی در ارتباط با یافتن حقیقت. معمولا دو نوع تحقیق وجود دارد.در نوع اول محقق سعی بر ایجاد مفاهیم و اثبات علوم و در نتیجه ارائه یک روش دارد. در نوع دوم تحقیق ها کاربردی هستند. در تحقیق های کاربردی محقق تلاش در پاسخ به یک پرسش مشخص دارد. لذا در این گونه موارد محقق فرضیه ای دارد که سعی می کند آن را آزمایش کند.

در واقع طراحی آزمایشDOEشامل یک برنامه منظم در انجام بررسی هایـی است که با استفاده از تکنیک هـای آماری انجـام می شود. در این آزمونها فاکتورها یا عواملی که دریک فرایند نقش دارند درشرایط مختلف به کارگرفته شده و از وضعیت نهایی محصول یا اثرآن در محصول نهایی ویا فرایند، اطلاعاتی جمع آوری می شود.

هدف طراحی آزمایشDOE

۱-کسب حداکثر اطلاعات و شناخت از فرآیندها

۲-صرف حداقل هزینه ها

۳-کسب حداقل زمان برای اجرای فرآیندها

طراحی آزمایشDOE در طرح مهندسی

طراحی آزمایشDOE ، در فعالیت های مهندسی نیز نقش عمده دارند، که در آن فراورده های جدید تکامل یافته و فراورده های فعلی اصلاح می شوند.بعضی کاربردهای طراحی آزمایش DOE، در طرح مهندسی  عبارتند از:

1.           ارزیابی و مقایسه پیکر بندیهای طرح پایه ای.

2.          ارزیابی دگرگونی های مواد.

3.          انتخاب پارامتر های طرح به طوری که محصول به خوبی تحت شرایط محیطی بسیار متنوع کار کند، یعنی به طور که محصول نیرومند باشد.

4.          تعیین پارامترهای طرح کلیدی محصول که بر عملکرد محصول اثر می گذارند.

مراحل طراحی آزمایشDOE

1.           شناسایی و بیان مسأله

2.          انتخاب عوامل و سطوح

3.          انتخاب متغیر پاسخ

4.          انتخاب طرح آزمایش

5.          انجام آزمایش

6.          تحلیل داده ها

7.          نتیجه گیریها و توصیه ها(آزمایشهای اطمینانی)

که هر کدام دارای مباحث خاص مربوط به خود می باشند و خطا در هر بخش مطمئناً منجر به دستیابی به نتایج گمراه کننده می شود.

روش های انجام  طراحی آزمایشDOE

1. کلاسیک

طرح های کلاسیک مباحثی همچون تحلیل واریانس متعادل و نامتعادل، طرح های بلوک بندی، طرح های عاملی، طرح های عاملی کسری، طرح مربع لاتین، طرح های آشیانی و غیره را شامل می شود. البته طرح های RSM نیز می توانند از طرح های عاملی ساخته شوند. تفاوت طرح های  کلاسیک با طرح های تاگوچی در این است که روش تاگوچی قابلیت درک بهتری نسبت به روش های کلاسیک دارد و در هنگام تحلیل طرح آزمایشی، نحوه تحلیل راحت تر می باشد، اما در طرح های کلاسیک تحلیل مفصل تر و پیچیده تری داریم.  آنجایی که تحلیل طرح های عاملی کسری پیچیده است، مهندسین و دانشمندان ترجیح می دهند کمتر از این روش ها و بیشتر از روش های تاگوچی استفاده نمایند.

2. تاگوچی

طراحی آزمایشات پیشنهاد شده توسط تاگوچی شامل استفاده از آرایه های متعامد در سازماندهی تاثیر پارامترهای فرآیند و سطوحی که باید تغییر کند می باشد. این روش اجازه می دهد بررسی فاکتورهایی که بیشترین تاثیر را بر روی کیفیت محصول دارند ، با کمترین تعداد آزمایشات انجام گیرد؛ تا بدین گونه در زمان ومنابع صرفه جویی شود.

4. روش RSM

متدولوژی سطح پاسخ Response Surface Methodology  یا به صورت اختصاری RSM، از جمله روش های بهینه سازی می باشد که با استفاده از مجموعه ای از  تکنیکهای ریاضی و آماری مسائل را مدل می کند و نه تنها باعث می شود اجراهای پرهزینه ی شبیه سازی کاهش یابد بلکه روند طبیعی بهینگی فرایند را که اغلباً غیر خطی می باشد را پیش بینی کرده و نشان خواهد داد.