Il Design of experiments (DOE) consente a un team Lean Six Sigma di testare insieme gli input di processo e misurare in che modo i loro effetti dipendano gli uni dagli altri. Il DOE appartiene alla fase Improve del DMAIC, in cui i team valutano le soluzioni e determinano quali input debbano essere controllati. Prima di impegnare il tempo di produzione, lo sponsor deve sapere se l'esperimento supporterà una decisione sulle impostazioni operative.
I test che analizzano un fattore alla volta lasciano insolute le interazioni
I test condotti su un fattore alla volta (OFAT) modificano un input mantenendo fissi gli altri, per poi ripetere il processo per un altro input. Questo approccio lascia insolute le interazioni: l'effetto di un fattore dipende dall'impostazione di un altro fattore. Il manuale NIST/SEMATECH spiega questo limite nelle sue linee guida, pubblicate per la prima volta nel 2003.
In un'analisi delle cause radice Lean Six Sigma, un'interazione modifica ciò che il team deve stabilire. Identificare un input che influisce sulla risposta è solo una parte del lavoro. Il team deve anche stabilire come tale effetto cambi al variare delle combinazioni di impostazioni. Un risultato OFAT si applica ai valori mantenuti fissi durante il test; non stabilisce cosa accada con combinazioni non testate.
Un esperimento a tre fattori richiede più di otto slot di produzione
L'esempio pratico di lucidatura del NIST esamina la velocità e l'avanzamento insieme alla profondità, ciascuno su due livelli. Il relativo fattoriale completo contiene otto combinazioni, permettendo la stima degli effetti principali e delle interazioni. Ripetere tali combinazioni e aggiungere tre prove al punto centrale porta il disegno completo a 19 prove. Il NIST presenta questo caso come un esempio didattico e non dichiara alcun risparmio aziendale.
| Fase del disegno sperimentale | Prove in questa fase | Prove cumulative |
|---|---|---|
| Tutte le combinazioni di tre fattori a due livelli | 8 | 8 |
| Ripetizione di ogni combinazione | 8 | 16 |
| Aggiunta delle prove al punto centrale | 3 | 19 |
L'approvazione di otto slot di produzione finanzierebbe solo le combinazioni iniziali in questo esperimento DMAIC. Anche le esecuzioni ripetute richiedono capacità produttiva, così come la successiva conferma. La revisione dello sponsor dovrebbe separare il conteggio delle impostazioni uniche dal tempo di produzione totale richiesto.
La misurazione e l'ordine delle prove rientrano nel piano DOE
La fase Measure include la validazione del sistema di misurazione prima di stabilire le prestazioni del processo. In una proposta di DOE, la variabile di risposta necessita di un chiaro collegamento al definizione del problema di progetto, con una procedura di misurazione definita. Per le misurazioni influenzate da differenze tra operatori o da letture ripetute, tale preparazione include il Gage R&R.
La pianificazione delle prove fa parte della progettazione sperimentale. Le linee guida sulla terminologia DOE del NIST distinguono tre disposizioni con finalità differenti:
- Randomizzazione: assegnazione delle combinazioni di trattamento e dell'ordine di esecuzione tramite una pianificazione casuale.
- Replicazione: esecuzione prolungata o ripetuta della stessa combinazione di trattamento per stimare l'errore sperimentale.
- Pianificazione a blocchi: raggruppamento delle prove attorno a variabili di disturbo note, come operatori o cambi di materia prima, in modo da poter separare i loro effetti da quelli oggetto di indagine.
Il Black Belt del progetto deve valutare se il piano di produzione mantenga la struttura prevista. Nell'esempio di lucidatura del NIST, l'esecuzione delle impostazioni in una sequenza fissa può confondere un effetto di profondità con le condizioni giorno-notte. Una modifica della sequenza richiesta dalle operation esige una revisione del piano prima dell'inizio delle prove.
I disegni fattoriali frazionati scambiano il numero di prove con le ipotesi di partenza
Un fattoriale frazionato utilizza un sottoinsieme selezionato delle combinazioni del fattoriale completo. Un numero inferiore di prove comporta il fenomeno dell'aliasing: un effetto stimato può includere i contributi di altri effetti. Il NIST illustra questo problema con un mezzo frazionato in cui gli effetti principali sono confusi con le interazioni a due fattori.
Per un progetto di ottimizzazione dei processi Lean Six Sigma, la revisione del piano deve identificare quali effetti rimangano confusi. Se la decisione operativa dipende dalla separazione tra l'effetto di un input e un'interazione, la proposta deve spiegare come il team li distinguerà. Un esperimento iniziale più piccolo è difendibile quando lo sponsor ha preventivato le prove di follow-up necessarie per risolvere tali effetti.
Selezione di rivestimento e lubrificante in uno studio Lean Six Sigma
Uno studio del 2022 pubblicato su Materials Science Forum ha applicato il DOE all'interno del DMAIC per studiare l'usura di punzoni e matrici. Lo studio ha riportato una combinazione ottimale di rivestimento AlCrN-PVD con olio di aloe vera. Tale risultato supporta la scelta del rivestimento e del lubrificante nelle condizioni dello studio. L'applicazione della stessa combinazione a un altro processo produttivo richiede un test nelle condizioni specifiche di quest'ultimo.
Le prove di conferma precedono il passaggio alla fase Control
Un modello DOE stimato necessita di una conferma alle impostazioni operative proposte. Il NIST raccomanda almeno tre prove di conferma con le migliori impostazioni individuate, anche se tali configurazioni erano già presenti nell'esperimento originale. Le linee guida richiedono inoltre di riprodurre l'ambiente sperimentale e di analizzare le discrepanze tra le risposte previste e quelle osservate.
Al passaggio di consegne del DMAIC, il piano di controllo dovrebbe identificare le impostazioni confermate e il loro intervallo operativo testato. Tali impostazioni diventano quindi parte dello lavoro standard, con carte di controllo utilizzate per monitorare il processo. I criteri di accettazione devono anche specificare chi autorizza una modifica delle impostazioni al di fuori dell'intervallo testato e quali prove richiede tale modifica.
Fonti
- NIST/SEMATECH (manuale 2003, edizione online), "One variable at a time": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section2/pri212.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (manuale 2003, edizione online), "Full factorial example": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section3/pri3332.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (manuale 2003, edizione online), "A Glossary of DOE Terminology": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section7/pri7.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (manuale 2003, edizione online), "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 (manuale 2003, edizione online), "How to confirm DOE results (confirmatory runs)": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section4/pri46.htm. (itl.nist.gov)
