Le plan d'expériences (DOE) permet à une équipe Lean Six Sigma de tester simultanément les facteurs d'entrée d'un processus et de mesurer l'interdépendance de leurs effets. L'ASQ place le DOE dans la phase Innover (Improve) du DMAIC, où les équipes évaluent les solutions et déterminent quels facteurs d'entrée doivent être maîtrisés. Avant de consacrer du temps de production, le sponsor doit savoir si l'expérience permettra de prendre une décision concernant les réglages opérationnels.
Les tests univariés (un facteur à la fois) ne permettent pas de résoudre les interactions
Les tests univariés (OFAT) modifient un facteur d'entrée tout en maintenant les autres fixes, puis répètent le processus pour un autre facteur. Ils ne permettent pas de résoudre les interactions : l'effet d'un facteur dépend du réglage d'un autre facteur. Le manuel du NIST/SEMATECH explique cette limite dans ses directives, publiées pour la première fois en 2003.
Dans un projet Lean Six Sigma analyse des causes racines, une interaction modifie ce que l'équipe doit établir. Identifier un facteur d'entrée qui influe sur la réponse n'est qu'une partie du travail. L'équipe doit également déterminer comment cet effet varie selon les différentes combinaisons de réglages. Un résultat OFAT s'applique uniquement aux valeurs maintenues fixes pendant le test ; il ne permet pas de déterminer ce qui se produit lors de combinaisons non testées.
Un plan à trois facteurs nécessite plus de huit créneaux de production
L'exemple pratique de polissage du NIST étudie la vitesse et l'avance aux côtés de la profondeur, chacune à deux niveaux. Son plan factoriel complet contient huit combinaisons, permettant d'estimer les effets principaux et les interactions. La répétition de ces combinaisons et l'ajout de trois points au centre portent le plan finalisé à 19 essais. Le NIST présente cela comme un exemple pédagogique et ne revendique aucune économie d'entreprise.
| Étape du plan | Essais à cette étape | Essais cumulés |
|---|---|---|
| Toutes les combinaisons de trois facteurs à deux niveaux | 8 | 8 |
| Répéter chaque combinaison | 8 | 16 |
| Ajouter des points au centre | 3 | 19 |
Approuver huit créneaux de production ne financerait que les combinaisons initiales de ce DMAIC plan d'expériences. Les essais de répétition nécessitent également de la capacité de production, tout comme la confirmation ultérieure. L'examen du sponsor doit séparer le nombre de réglages uniques du temps de production total demandé.
La mesure et l'ordre des essais doivent figurer dans le plan DOE
Les directives de l'ASQ pour la phase Mesurer incluent la validation du système de mesure avant d'établir la performance du processus. Dans une proposition de DOE, la variable de réponse doit présenter un lien clair avec le définition du problèmedu projet, avec une procédure de mesure définie. Pour les mesures influencées par des différences entre opérateurs ou des lectures répétées, cette préparation inclut la réalisation d'une R&R des moyens de mesure.
La planification des essais fait partie intégrante du plan d'expériences. Le guide terminologique du DOE du NIST distingue trois dispositions aux objectifs différents :
- Randomisation : attribuer les combinaisons de traitement et l'ordre des essais via un calendrier aléatoire.
- Répétition (Réplication) : effectuer à nouveau la même combinaison de traitement pour estimer l'erreur expérimentale.
- Blocage : regrouper les essais autour de variables nuisibles connues, telles que les opérateurs ou les changements de matière première, afin que leurs effets puissent être séparés des effets étudiés.
Le diagramme de Black Belt doit évaluer si le planning de production préserve le plan prévu. Dans l'exemple de polissage du NIST, exécuter les réglages selon une séquence fixe peut confondre un effet de profondeur avec des conditions jour/nuit. Une modification de séquence demandée par les opérations exige un réexamen du plan avant le début des essais.
Les plans factoriels fractionnaires échangent des essais contre des hypothèses
Un plan factoriel fractionnaire utilise un sous-ensemble sélectionné des combinaisons du plan factoriel complet. Réduire le nombre d'essais s'accompagne d'un aliasage : un effet estimé peut inclure des contributions d'autres effets. Le NIST illustre ce problème avec une demi-fraction dans laquelle les effets principaux sont confondus avec des interactions à deux facteurs.
Pour un projet Lean Six Sigma l'optimisation des processus , l'examen du plan doit identifier quels effets restent confondus. Si la décision opérationnelle dépend de la séparation d'un effet d'entrée d'une interaction, la proposition doit expliquer comment l'équipe les distinguera. Une expérience initiale plus restreinte est défendable lorsque le sponsor a budgétisé les essais de suivi nécessaires pour résoudre ces effets.
Sélection de revêtement et de lubrifiant dans une étude Lean Six Sigma
Une étude de 2022 publiée dans Materials Science Forum a appliqué le DOE au sein du DMAIC pour étudier l'usure de la matrice et du poinçon. L'étude a rapporté une combinaison optimisée d'un revêtement AlCrN-PVD avec de l'huile d'aloe vera. Cette conclusion soutient le choix du revêtement et du lubrifiant dans les conditions de l'étude. Appliquer la même combinaison à un autre processus de production nécessite des tests dans les conditions de ce processus spécifique.
Les essais de confirmation précèdent le passage à la phase Contrôler
Un modèle DOE ajusté nécessite une confirmation aux réglages opérationnels proposés. Le NIST recommande au moins trois essais de confirmation aux meilleurs réglages proposés, même si ces réglages figuraient déjà dans l'expérience initiale. Les directives préconisent également de reproduire l'environnement expérimental et d'analyser les écarts entre les réponses prédites et observées.
Lors du passage à la phase Contrôler du DMAIC, le plan de contrôle doit identifier les réglages confirmés et leur plage de fonctionnement testée. Ces réglages intègrent ensuite le travail standard, avec le cartes de contrôle utilisé pour surveiller le processus, conformément aux directives de l'ASQ pour la phase Contrôler. Les critères d'acceptation doivent également préciser qui autorise une modification de réglage en dehors de la plage testée et quelles preuves cette modification exige.
Sources
- NIST/SEMATECH (manuel 2003, édition en ligne), "One variable at a time" : https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section2/pri212.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (manuel 2003, édition en ligne), "Full factorial example" : https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section3/pri3332.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (manuel 2003, édition en ligne), "A Glossary of DOE Terminology" : https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section7/pri7.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (manuel 2003, édition en ligne), "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 (manuel 2003, édition en ligne), "How to confirm DOE results (confirmatory runs)" : https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section4/pri46.htm. (itl.nist.gov)
