Design of Experiments (DOE) ermöglicht es einem Lean Six Sigma-Team, Prozesseingangsgrößen gemeinsam zu testen und zu messen, wie ihre Effekte voneinander abhängen. ASQ ordnet DOE der Improve-Phase von DMAIC zu, in der Teams Lösungen bewerten und festlegen, welche Eingangsgrößen gesteuert werden müssen. Bevor Produktionszeit gebunden wird, muss der Sponsor wissen, ob das Experiment eine Entscheidung über die Betriebseinstellungen stützt.
Einfaktorielle Tests (OFAT) lassen Wechselwirkungen ungeklärt
Beim ein-faktor-weisen Testen (One-factor-at-a-time, OFAT) wird eine Eingangsgröße geändert, während andere konstant gehalten werden; anschließend wird der Prozess für eine weitere Eingangsgröße wiederholt. Dadurch bleiben Wechselwirkungen ungeklärt: Die Wirkung eines Faktors hängt von der Einstellung eines anderen Faktors ab. Das NIST/SEMATECH-Handbuch erläutert diese Einschränkung in seinem Leitfaden, der erstmals 2003 veröffentlicht wurde.
In einem Lean Six Sigma- Ursachenanalyse verändert eine Wechselwirkung das, was das Team ermitteln muss. Das Identifizieren einer Eingangsgröße, die die Zielgröße beeinflusst, ist nur ein Teil der Aufgabe. Das Team muss auch ermitteln, wie sich dieser Effekt über Kombinationen von Einstellungen hinweg verändert. Ein OFAT-Ergebnis gilt nur für die Werte, die während des Tests konstant gehalten wurden; es sagt nicht aus, was bei ungetesteten Kombinationen passiert.
Ein Experiment mit drei Faktoren erfordert mehr als acht Produktionsfenster
Das Polierbeispiel von NIST untersucht Geschwindigkeit und Vorschub zusammen mit der Tiefe, jeweils auf zwei Stufen. Der vollständige faktorielle Versuchsplan enthält acht Kombinationen, was die Schätzung von Haupteffekten und Wechselwirkungen ermöglicht. Das Wiederholen dieser Kombinationen und das Hinzufügen von drei Zentrums-Durchläufen bringt den vollständigen Versuchsplan auf 19 Durchläufe. NIST präsentiert dies als Lehrbeispiel und erhebt keinen Anspruch auf Einsparungen für Unternehmen.
| Entwurfsphase | Durchläufe in dieser Phase | Kumulierte Durchläufe |
|---|---|---|
| Alle Kombinationen von drei Zwei-Stufen-Faktoren | 8 | 8 |
| Jede Kombination wiederholen | 8 | 16 |
| Zentrums-Durchläufe hinzufügen | 3 | 19 |
Die Genehmigung von acht Produktionsfenstern würde nur die anfänglichen Kombinationen in diesem DMAIC Experiment finanzieren. Wiederholungsdurchläufe benötigen ebenfalls Produktionskapazität, ebenso wie die spätere Bestätigung. Die Prüfung durch den Sponsor sollte die Anzahl der eindeutigen Einstellungen von der angeforderten Gesamtproduktionszeit trennen.
Messung und Versuchsreihenfolge gehören in den DOE-Plan
Der Leitfaden von ASQ für die Measure-Phase beinhaltet die Validierung des Messsystems vor der Festlegung der Prozessleistung. In einem DOE-Vorschlag benötigt die Zielgröße eine klare Verknüpfung zur Problembeschreibung des Projekts mit einem definierten Messverfahren. Für Messungen, die durch Unterschiede zwischen Bedienern oder wiederholte Ablesungen beeinflusst werden, umfasst diese Vorbereitung eine MSA (Gage R&R).
Die Versuchsplanung ist Teil des experimentellen Designs. Der NIST-Leitfaden zur DOE-Terminologie unterscheidet drei Vorkehrungen mit unterschiedlichen Zwecken:
- Randomisierung: Zuweisung von Behandlungskombinationen und Versuchsreihenfolge über einen zufälligen Ablaufplan.
- Replikation: erneute Durchführung derselben Behandlungskombination zur Schätzung des Versuchsfehlers.
- Blockbildung (Blocking): Gruppierung von Durchläufen um bekannte Störgrößen wie Bediener oder Rohstoffwechsel, damit deren Effekte von den untersuchten Effekten getrennt werden können.
Der Projekt- Black Belt muss beurteilen, ob der Produktionsplan das vorgesehene Design wahrt. Im Polierbeispiel von NIST kann die Durchführung von Einstellungen in einer festen Reihenfolge einen Tiefe-Effekt mit Tag-Nacht-Bedingungen verwechseln. Eine von der Produktion angeforderte Sequenzänderung erfordert eine Überprüfung des Designs, bevor die Durchläufe beginnen.
Teilfaktorielle Versuchspläne tauschen Durchläufe gegen Annahmen
Ein teilfaktorieller Versuchsplan verwendet eine ausgewählte Teilmenge der vollständigen faktoriellen Kombinationen. Weniger Durchläufe gehen mit Vermengung (Aliasing) einher: Ein geschätzter Effekt kann Beiträge anderer Effekte enthalten. NIST veranschaulicht dieses Problem mit einem Halbfraktionsplan, bei dem Haupteffekte mit Zweifach-Wechselwirkungen vermengt sind.
Für ein Lean Six Sigma- Prozessoptimierung Projekt muss die Designprüfung identifizieren, welche Effekte vermengt bleiben. Wenn die Betriebsentscheidung davon abhängt, einen Effekt einer Eingangsgröße von einer Wechselwirkung zu trennen, muss der Vorschlag erklären, wie das Team diese unterscheiden wird. Ein kleineres Initialexperiment ist vertretbar, wenn der Sponsor das Budget für die Nachfolgeversuche eingeplant hat, die zur Aufklärung dieser Effekte erforderlich sind.
Beschichtungs- und Schmierstoffauswahl in einer Lean Six Sigma-Studie
Eine Studie aus dem Jahr 2022 im Materials Science Forum wendete DOE innerhalb von DMAIC an, um den Verschleiß von Matrize und Stempel zu untersuchen. Die Studie berichtete von einer bevorzugten Kombination aus einer AlCrN-PVD-Beschichtung mit Aloe-Vera-Öl. Dieses Ergebnis stützt eine Beschichtungs- und Schmierstoffauswahl unter den Bedingungen der Studie. Die Übertragung derselben Kombination auf einen anderen Produktionsprozess erfordert Tests unter den Bedingungen dieses Prozesses.
Bestätigungsdurchläufe gehen der Übergabe in die Control-Phase voraus
Ein angepasstes DOE-Modell erfordert eine Bestätigung bei den vorgeschlagenen Betriebseinstellungen. NIST empfiehlt mindestens drei Bestätigungsdurchläufe bei den vorgeschlagenen besten Einstellungen, selbst wenn diese Einstellungen im ursprünglichen Experiment enthalten waren. Der Leitfaden fordert außerdem die Reproduktion der Versuchsumgebung und die Untersuchung von Abweichungen zwischen vorhergesagten und beobachteten Reaktionen.
Bei der DMAIC-Übergabe sollte der Erstellen Sie einen die bestätigten Einstellungen und deren getesteten Betriebsbereich ausweisen. Diese Einstellungen werden dann Teil des Standards, wobei Qualitätsregelkarten zur Überwachung des Prozesses eingesetzt wird, im Einklang mit dem Leitfaden von ASQ für die Control-Phase. Akzeptanzkriterien müssen auch festlegen, wer eine Einstellungsänderung außerhalb des getesteten Bereichs genehmigt und welche Nachweise diese Änderung erfordert.
Quellen
- NIST/SEMATECH (Handbuch 2003, Online-Ausgabe), „One variable at a time“: https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section2/pri212.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (Handbuch 2003, Online-Ausgabe), „Full factorial example“: https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section3/pri3332.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (Handbuch 2003, Online-Ausgabe), „A Glossary of DOE Terminology“: https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section7/pri7.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (Handbuch 2003, Online-Ausgabe), „Confounding (also called aliasing)“: https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section3/pri3343.htm. (itl.nist.gov)
- Materials Science Forum (2022), „Die and Punch Wear Reduction in Stamping Process by Lean Six Sigma Approach“: https://www.scientific.net/MSF.1058.165. (scientific.net)
- NIST/SEMATECH (Handbuch 2003, Online-Ausgabe), „How to confirm DOE results (confirmatory runs)“: https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section4/pri46.htm. (itl.nist.gov)
