Le plan d'expériences (DOE) permet à une équipe Lean Six Sigma de tester simultanément les variables d'entrée du processus et de mesurer l'interdépendance de leurs effets. Le DOE relève de la phase Innover du DMAIC, où les équipes évaluent les solutions et déterminent quelles entrées doivent être maîtrisées. Avant de mobiliser du temps de production, le sponsor doit savoir si l'expérience permettra de prendre une décision concernant les réglages opérationnels.
Les essais à un facteur à la fois laissent les interactions non résolues
L'essai à un facteur à la fois (OFAT) modifie une entrée tout en maintenant les autres fixes, puis répète le processus pour une autre entrée. Il laisse les interactions non résolues : 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 une analyse des causes racines Lean Six Sigma, une interaction modifie ce que l'équipe doit établir. Identifier une entrée qui influe sur la réponse ne constitue qu'une partie du travail. L'équipe doit également établir comment cet effet varie selon les combinaisons de réglages. Un résultat basé sur le test d'un seul facteur à la fois (OFAT) s'applique aux valeurs maintenues fixes pendant l'essai ; il ne permet pas de déterminer ce qui se produit pour des combinaisons non testées.
Une expérience à trois facteurs exige plus de huit créneaux de production
L'exemple d'application du NIST sur le polissage 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 final 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 essais au point central | 3 | 19 |
L'approbation de huit créneaux de production ne financerait que les combinaisons initiales de cette expérience DMAIC. Les essais de répétition nécessitent également de la capacité de production, tout comme la confirmation ultérieure. La revue du sponsor doit distinguer le nombre de réglages uniques du temps de production total demandé.
La mesure et l'ordre des essais appartiennent au plan DOE
La phase Mesurer comprend 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 déclaratif du problème du projet, avec une procédure de mesure définie. Pour les mesures influencées par des écarts entre opérateurs ou par des relevés répétés, cette préparation inclut une analyse Gage R&R.
La planification des essais fait partie du plan d'expériences. Le guide terminologique du DOE du NIST distingue trois dispositions aux objectifs différents :
- Randomisation : attribution des combinaisons de traitements et de l'ordre d'exécution à l'aide d'un calendrier aléatoire.
- Répétition : exécution à nouveau de la même combinaison de traitements afin d'estimer l'erreur expérimentale.
- Blocage : regroupement des essais autour de variables parasites connues, telles que les opérateurs ou les changements de matière première, afin de séparer leurs effets de ceux faisant l'objet de l'étude.
Le Black Belt du projet 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. Un changement de séquence demandé par les opérations exige une revue du plan d'expériences 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 factorielles complètes. 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 d'optimisation des processus Lean Six Sigma, la revue du plan d'expériences doit identifier les effets qui restent confondus. Si la décision opérationnelle dépend de la séparation entre l'effet d'une entrée et une interaction, la proposition doit expliquer comment l'équipe les distinguera. Une expérience initiale plus restreinte se justifie lorsque le sponsor a budgétisé les essais de suivi nécessaires pour résoudre ces effets.
Sélection du revêtement et du lubrifiant dans une étude Lean Six Sigma
Une étude de 2022 publiée dans Materials Science Forum a appliqué les plans d'expériences (DOE) au sein du DMAIC pour étudier l'usure de la matrice et du poinçon. L'étude a révélé qu'une combinaison d'un revêtement AlCrN-PVD et d'huile d'aloe vera était préférable. Cette conclusion confirme le choix du revêtement et du lubrifiant dans les conditions de l'étude. L'application de cette même combinaison à un autre procédé de fabrication nécessite des tests dans les conditions propres à ce procédé.
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 dans l'expérience initiale. Les directives préconisent également de reproduire l'environnement expérimental et d'étudier les écarts entre les réponses prédites et observées.
Lors du transfert DMAIC, le plan de contrôle doit identifier les réglages confirmés et leur plage de fonctionnement testée. Ces réglages intègrent ensuite le travail standardisé, avec des cartes de contrôle utilisées pour surveiller le processus. Les critères d'acceptation doivent également spécifier 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)
