DoE

[Johann]

#24830

Hallo zusammen,

ich habe folgende Fragen zur DoE: Es geht um eine Siegelanlage, welche 2 Folien versiegelt, so dass der durch die Siegelung entstandene Beutel dicht sein soll. Dies wird mit Hilfe einer Zugkraft-Prüfmaschine ermittelt, je höher die gemessene Kraft, desto dichter der Beutel. Beim Siegelprozess habe ich folgende drei Parameter: Siegelzeit, Siegeltemperatur und Siegeldruck.
Um eine gute Siegelqualität zu gewährleisten, möchte ich eine DoE durchführen, um diese Parameter zu optimieren. Nach meinem Verständnis, sollten die Einzelversuche in zufälliger Reihenfolge d.h. randomisiert durchgeführt werden. Leider dauert dieser randomisierte Vorgang erheblich länger, wenn ich die Siegeltemperatur ständig verstellen muss, muss ich relativ lange warten (ca. 30 Minuten), bis sich die Siegeltemperatur stabilisiert hat und der Kunde etwas ungeduldig ist und schnell Ergebnisse sehen möchte. Schneller würde es gehen, wenn ich z.B. bei 80°C die Versuche mit den verschiedenen Einstellwerten der Siegelzeit und Siegeldruck vornehmen würde, danach die Versuche bei einem höheren Temperaturwert wiederholen würde. Dies wiederspricht zwar den Vorgaben des Randomisierens, andererseits habe ich keine Erklärung, welcher Einfluss von Störgrößen über die Zeit hier eine Rolle spielen könnte, z.B. haben erfahrungsgemäß die Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit) keinen Einfluss. Welche Nachteile könnten entstehen, wenn der Versuchsplan nicht in zufälliger Reihenfolge durchgeführt wird? Gibt es Spezialfälle, wo auf eine Randomisierung verzichtet werden kann? Ich könnte in der Software die Temperatur als „schwerveränderbaren Faktor“ definieren, bin mir aber nicht sicher, welche Aussagekraft die DoE haben wird.

Vielen Dank und schöne Grüße
Johann

[Barbara]

#61463

Hallo Johann,

wenn Du vor der Wahl stehst entweder zu vollständig zu randomisieren (=Versuche nicht zeitgerecht durchführbar) oder weniger zu randomisieren (=Versuche durchführbar) ist es immer besser, teilweise zu randomisieren und Versuche machen zu können. [Randomisieren: Zufällige Versuchsreihenfolge]

Der Unterschied zwischen vollständig randomisierten und teilweise randomisierten Plänen (wie Split-Plot-Plänen mit schwer veränderbaren Faktoren) ist neben der Struktur die Herausnahme von Streuung.

Werden alle Versuche in einer zufälligen Reihenfolge durchgeführt, hast Du für jeden Versuch neue Einstellungen. Selten bleibt ein Faktor bei zwei Versuchen hintereinander in einer Einstellung (z. B. Temperatur=80°C). Damit zeigen Deine Versuchsergebnisse nicht nur die Veränderungen durch Veränderungen der Einstellungen, sondern enthalten auch die zusätzliche Streuung durch die Veränderungen beim Rüsten/Umbauen. Die Ergebnisse enthalten damit alles, was auch im normalen Prozess passiert, wenn verschiedene Einstellungen verwendet werden.

Bei einer teilweisen Randomisierung gibt es zwei Probleme:

1. Zeitliche Veränderungen können sich mit den Einstellungen des schwer-veränderbaren Faktors überlagern

2. Die Streuung in den Versuchsergebnissen enthält nur einen Teil der üblichen Streuung bei Veränderung/Umrüstung der Maschine. Damit kann der Prozess in der DoE besser/weniger streuund aussehen als er es in Wirklichkeit ist. Gerade bei der Prognoserechnung spielt die zu erwartende Streuung eine entscheidende Rolle, denn wenn hier zu wenig Streuung in den Versuchen ist, ist das Prognose-Intervall für den späteren Prozess zu schmal.

Zu 1. hattest Du schon geschrieben, dass Du keine zeitlichen Effekte erwartest.

Damit bleibt 2. Das ist die Kröte, die Du schlucken musst, wenn Du den Versuchsaufwand durch eine teilweise (statt vollständige) Randomisierung mit einem Split-Plot-Plan verringerst.

Dennoch ist es immer besser, die Versuche teilweise randomisiert zu machen als gar keine Versuche (oder gar keine Randomisierung) zu machen.

Weitere Infos dazu findest Du z. B. auch
im Statease-Forum (Hersteller von DesignExpert), z. B. 2 level DOE for mean and diff factors oder
bei elsmar.com Sub-Forum Quality-Tools, Improvement and Analysis.

Viele Grüße

Barbara

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Eine gute wissenschaftliche Theorie sollte einer Bardame erklärbar sein.
(Ernest Rutherford, Physiker)

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