مقدمه‌ای بر طراحی آزمایش‌ها

طراحی آزمایش‌ها شامل یک آزمایش یا یکسری از آزمایش‌هایی می‌شود که به طور آگاهانه در متغیرهای ورودی فرایند تغییراتی ایجاد می‌گردد تا از این طریق میزان تغییرات حاصل در پاسخ خروجی فرایند مشاهده و شناسایی شود. فرایند را می‌توان ترکیبی از دستگاه‌ها، روش‌ها و افراد تصور نمود که مواد ورودی را به یک محصول خروجی تبدیل می‌کنند.

 اهداف طراحی آزمایش‌ها

بسیار مشاهده شده است که مهندسین و دانشمندان برای شناخت پدیده‌ها آزمایشاتی را انجام می‌دهند. اجرای آزمایش همواره متضمن هزینه نمودن است و لذا اجرای آزمون‌های مناسب نیاز هر محقق است. طراحی آزمایشاتی که با حداقل هزینه بیشترین اطلاعات حاصل شود آرمان هر مهندس یا محقق است. از دیگر اهداف طراحی آزمایش‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

•         چگونه‌ می‌توانیم میانگین فرآیند را در جهت دلخواه تغییر دهیم؟

•         چگونه می‌توانیم تغییرات یک فرایند را کاهش دهیم؟

•         چگونه می‌توانیم یک فرایند را در مقابل تغییرات غیر قابل کنترل مقاوم یا استوار سازیم.

•         کدامیک از متغیرهای از لحاظ کنترل کردن مهم و کدامیک بی اهمیت هستند.

 

مثالی از طرح یک آزمایش 

برای تولید یک کیک که هم طعم بسیار خوبی داشته باشد و هم بیشترین مدت دوام ممکن را داشته باشد و نیز کیفیت آن نسبت به محیط‌های خشک و مرطوب حساس نباشد، می‌بایست ترکیب عوامل تشکیل دهنده‌ی آن به چه نحو باشد؟ و یا از چه موادی استفاده شود و از چه موادی مصرف نشود تا به این اهداف برسیم؟

 کیک مورد نظر شامل مواد و عوامل تشکیل دهنده زیر می‌باشد:

– تخم مرغ (بزرگ-کوچک)                                   – آرد (گندم-جو)

– شکلات (نوع ۱- نوع۲)                                     – بیکینگ پودر (شرکت۱-شرکت۲)

– شیر (کم چرب – پر چرب)                                 – شکر (چغندر – نیشکر)

– نوع ظرف (کم عمق-گود)                                  – مقدار دمای پخت (۱۶۰ درجه – ۲۱۰ درجه)

– میزان زمان پخت (۵۵ دقیقه – ۹۵ دقیقه)             – نوع روغن (جامد-مایع)

– مدت زمان هم زدن (۱۵ دقیقه-۲۵ دقیقه)

 به طور خلاصه ۱۱ عامل را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

هر کدام از این عوامل را در ۲ سطح مورد آزمایش قرار دارند. اگر بر اساس سعی و خطای سنتی این کار انجام شود تا ترکیب بهینه را بدست آید می‌بایستی ۲۰۴۸ آزمایش صورت گیرد و اگر هزینه تولید هر عدد کیک را ۱۲۰۰ تومان در نظر بگیرم جدا از زمانی که صرف تهیه این کیک‌ها و زمان راه‌اندازی و تنظیمات مورد نظر در کارخانه می‌شود بایستی ۲۴۵۷۶۰۰ تومان هزینه شود. و این در صورتی است که مطمئن باشیم در یکی از این آزمایش‌ها به پارامترهای بهینه می‌رسیم (احتمال کمی وجود دارد).

 حال تصور کنید بخواهیم این عوامل را در سه سطح مورد بررسی قرار دهیم برای مثال زمان‌های پخت در ۱۶۰و۲۱۰و۲۶۰ درجه بررسی شوند که در چنین حالتی نیاز به انجام ۱۷۷۱۴۷ آزمایش می‌باشد که هزینه‌ی چینین طرحی با احتساب هزینه هر کیک، ۲۱۲۵۷۶۴۰۰ تومان (دویست و دوازده میلیون و پانصد و هفتاده شش هزار و چهارصد تومان) می‌شود و البته اگر مطمئن باشیم در یکی از این آزمایش‌ها به پارامترهای بهینه می‌رسیم یعنی ممکن است بعضی عوامل تاثیری در میزان هدف نداشته باشند و یا ممکن است عوامل دیگری نیز دخیل باشند که ما آنها را در نظر نگرفته‌ایم برای مثال میزان روغن، نوع همزدن و یا اضافه نمودن وانیل و حتی میزان آن می‌توانند عوامل جدیدی باشند که در نظر گرفته نشده‌اند و می‌توانند روند تحلیل آزمایش را به کلی دگرگون سازند و بسیاری از عوامل دیگر که شاید خودتان بتوانید براحتی آنها را نام ببرید،اما با روش‌های DOE ٬چون نگرشی کاملا سیستماتیک و یکپارچه به سیستم دارد می‌توان نوع عوامل و سطوحشان و میزان تاثیر و تعامل (interaction) آنها را با یکدیگر دقیقا تعیین نمود.

مراحل طراحی آزمایش‌ها

۱– فرآیندی را که باید مورد مطالعه قرار گیرد را تعریف کنید.

۲- متغیر (های) پاسخ را تعیین کنید.

۳- دقت و صحت اندازه‌گیری را تعیین کنید.

۴- عامل‌های اولیه برای بررسی را تعیین کنید.

۵- سطوح عامل‌های انتخاب شده را تعیین کنید.

۶- طرح آزمایش را انتخاب کنید.

۷- برنامه‌ای برای کنترل متغیرهای خارجی تعیین کنید.

۸- آزمایش را بر حسب طرح انتخاب شده انجام دهید.

۹- نتایج را تجزیه و تحلیل و نتیجه‌گیری نمایید.

۱۰- فرآیندی جدید را صحه‌گذاری و مکتوب نمایید.

۱۱- مطالعه بعدی را پیشنهاد دهید.

انواع تکنیک‌های مورد استفاده برای طراحی آزمایش‌ها

انواع تکنیک‌ها و روش‌های مورد استفاده برای طراحی آزمایشها به شرح زیر است:

– طراحی آزمایش‌ها با روش تک عاملی؛

– طراحی آز مایش‌ها با روش چند عاملی؛

– طراحی آزمایش‌ها با روش فاکتوریل؛

– طراحی آزمایش‌ها با روش سطح پاسخ؛

– طراحی آزمایش‌ها با روش مختلط؛

– طراحی آزمایش‌ها با روش تاگوچی.

 موانع اجرای طراحی آزمایش‌ها

مهمترین موانع اجرا طراحی آزمایشها به شرح زیر است:

– عادت؛

– کارشناسان فنی؛

– آموزش؛

– هزینه؛

– نیروی کار؛

– عدم حمایت مدیریت؛ و

– فرض اینکه طراحی آزمایش‌ها فقط در بخش‌تولید کاربرد دارد.

– فرایندهای ما پایدار است و هر گونه تغییری در پارامترهای ورودی ضایعات ما را افزایش می‌دهد.

برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص طراحی آزمایشها می‌توانید جزوه سمینار آشنایی با طراحی آزمایش‌های اینجانب را از طریق لینک زیر دانلود نمایید.

دانلود جزوه سمینار آشنایی با طراحی آزمایش‌ها

هماهنگی برای برگزاری دوره‌‌ آموزشی طراحی آزمایش‌ها با نرم افزار MINITAN

جهت هماهنگی برای برگزاری دوره‌‌ آموزشی طراحی آزمایش‌ها با نرم افزار MINITAN می‌توانید با ما تماس بگیرید.