Design of Experiments (DOE) stelt een Lean Six Sigma-team in staat om procesinput samen te testen en te meten hoe de effecten daarvan onderling afhankelijk zijn. DOE hoort thuis in de Improve-fase van DMAIC, waarin teams oplossingen evalueren en bepalen welke input beheersing nodig heeft. Voordat er productietijd wordt gereserveerd, moet de sponsor weten of het experiment een beslissing over operationele instellingen zal ondersteunen.
Eén-factor-per-keer testen laat interacties onopgelost
Bij één-factor-per-keer (OFAT) testen verandert men één input terwijl andere vast worden gehouden, en herhaalt men dit proces voor een andere input. Het laat interacties onopgelost: het effect van de ene factor hangt af van de instelling van een andere factor. Het NIST/SEMATECH-handboek legt deze beperking uit in zijn richtlijn, die voor het eerst werd gepubliceerd in 2003.
In een Lean Six Sigma-oorzaak-gevolganalyse verandert een interactie wat het team moet vaststellen. Het identificeren van een input die de uitkomst beïnvloedt, is slechts een deel van het werk. Het team moet ook vaststellen hoe dat effect verandert bij verschillende combinaties van instellingen. Een OFAT-resultaat geldt alleen voor de waarden die tijdens de test constant zijn gehouden; het stelt niet vast wat er gebeurt bij niet-geteste combinaties.
Een experiment met drie factoren vereist meer dan acht productieslots
Het uitgewerkte polijstvoorbeeld van NIST onderzoekt snelheid en voeding samen met diepte, elk op twee niveaus. De full factorial bevat acht combinaties, wat het schatten van hoofdeffecten en interacties mogelijk maakt. Het herhalen van die combinaties en het toevoegen van drie Runs in het centrum brengt het voltooide ontwerp op 19 runs. NIST presenteert dit als een lesvoorbeeld en claimt geen besparingen voor bedrijven.
| Ontwerpfase | Runs in deze fase | Cumulieve runs |
|---|---|---|
| Alle combinaties van drie factoren op twee niveaus | 8 | 8 |
| Herhaal elke combinatie | 8 | 16 |
| Voeg runs in het centrum toe | 3 | 19 |
Het goedkeuren van acht productieslots zou alleen de initiële combinaties in dit DMAIC-experiment financieren. Herhalingsruns vereisen ook productiecapaciteit, evenals de daaropvolgende bevestiging. De beoordeling van de sponsor moet het aantal unieke instellingen scheiden van de totale gevraagde productietijd.
Meting en runvolgorde horen thuis in het DOE-plan
De Measure-fase omvat het valideren van het meetsysteem voordat de procesprestaties worden vastgesteld. In een DOE-voorstel heeft de responsvariabele een duidelijke koppeling nodig met de probleemstelling van het project, met een gedefinieerde meetprocedure. Voor metingen die worden beïnvloed door verschillen tussen operators of herhaalde metingen, omvat die voorbereiding een Gage R&R.
Runplanning is onderdeel van het experimentele ontwerp. De DOE-terminologierichtlijn van NIST onderscheidt drie voorzieningen met verschillende doelen:
- Randomisatie: het toewijzen van behandelingscombinaties en de volgorde van de runs via een willekeurig schema.
- Replicatie: het opnieuw uitvoeren van dezelfde behandelingscombinatie om de experimentele fout te schatten.
- Blokkering: het groeperen van runs rond bekende stoorvariabelen, zoals operators of veranderingen in grondstoffen, zodat hun effecten kunnen worden gescheiden van de onderzochte effecten.
De Black Belt van het project moet beoordelen of het productieschema het beoogde ontwerp behoudt. In het polijstvoorbeeld van NIST kan het uitvoeren van instellingen in een vaste volgorde een diepte-effect verwarren met dag- versus nachtomstandigheden. Een door Operations gevraagde wijziging in de volgorde vereist een herziening van het ontwerp voordat de runs beginnen.
Fractionele factoriële ontwerpen ruilen runs in voor aannames
Een fractional factorial gebruikt een geselecteerde deelverzameling van de full factorial-combinaties. Minder runs gaan gepaard met aliasing: een geschat effect kan bijdragen van andere effecten bevatten. NIST illustreert dit probleem met een half-fraction waarin hoofdeffecten verstrengeld zijn met twee-factor-interacties.
Voor een Lean Six Sigma-procesoptimalisatie sproject moet de herziening van het ontwerp identificeren welke effecten verstrengeld blijven. Als de operationele beslissing afhangt van het scheiden van een input-effect van een interactie, moet het voorstel uitleggen hoe het team deze zal onderscheiden. Een kleiner initieel experiment is verdedigbaar wanneer de sponsor een budget heeft voorzien voor de vervolgruns die nodig zijn om die effecten op te lossen.
Coating- en smeermiddelselectie in een Lean Six Sigma-studie
Een studie uit 2022 in Materials Science Forum paste DOE toe binnen DMAIC om slijtage van stempels en matrijs te onderzoeken. De studie rapporteerde een geprefereerde combinatie van een AlCrN-PVD-coating met aloë vera-olie. Die bevinding ondersteunt een keuze voor een specifieke coating en een specifiek smeermiddel onder de omstandigheden van het onderzoek. Het toepassen van dezelfde combinatie op een ander productieproces vereist testen onder de omstandigheden van dat specifieke proces.
Bevestigingsruns gaan vooraf aan de overdracht naar de Control-fase
Een gepast DOE-model heeft bevestiging nodig bij de voorgestelde operationele instellingen. NIST beveelt ten minste drie bevestigingsruns aan bij de voorgestelde beste instellingen, zelfs wanneer die instellingen in het oorspronkelijke experiment voorkwamen. De richtlijn roept ook op tot het reproduceren van de experimentele omgeving en het onderzoeken van verschillen tussen voorspelde en waargenomen responsen.
Bij de DMAIC-overdracht moet het beheersplan de bevestigde instellingen en hun geteste operationele bereik identificeren. Die instellingen worden vervolgens onderdeel van gestandaardiseerd werk, waarbij regelkaarten worden gebruikt om het proces te bewaken. Acceptatiecriteria moeten ook specificeren wie toestemming geeft voor een instellingswijziging buiten het geteste bereik en welk bewijs voor die wijziging vereist is.
Bronnen
- NIST/SEMATECH (handboek uit 2003, online editie), "One variable at a time": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section2/pri212.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (handboek uit 2003, online editie), "Full factorial example": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section3/pri3332.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (handboek uit 2003, online editie), "A Glossary of DOE Terminology": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section7/pri7.htm. (itl.nist.gov)
- NIST/SEMATECH (handboek uit 2003, online editie), "Confounding (also called aliasing)": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section3/pri3343.htm. (itl.nist.gov)
- Materials Science Forum (2022), "Slijtagevermindering van stempels en matrizen in het stansproces via de Lean Six Sigma-aanpak": https://www.scientific.net/MSF.1058.165. (scientific.net)
- NIST/SEMATECH (handboek uit 2003, online editie), "How to confirm DOE results (confirmatory runs)": https://www.itl.nist.gov/div898/handbook/pri/section4/pri46.htm. (itl.nist.gov)
