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為什么試驗設計DOE總是推行不下去?

日期:2018年10月2日 16:54
本文主要想和大家一起探討DOE的正確實施步驟,及為什么DOE比較難推廣應用?或者說,我們需要克服那些障礙,才能讓實驗設計DOE這么好的工具被大家熟知并使用?
提起DOE,很多人會說太難學了,沒有比較深厚的統計基礎根本學不會;我們公司做試驗很少,不需要DOE。試驗設計DOE方法是基于統計學的一個質量管理工具,其原理對于沒有數理統計基礎的人來說,比較難以理解掌握;試驗設計DOE方法在使用過程中,有大量復雜運算,出錯幾率較高。
然而,以上種種,在當前已經都不是問題。DOE應用過程中的各種步驟、方法按部就班,逐步完成。DOE的運算部分有了MINITAB軟件的幫助,更是變得超出想象的便捷。
DOE的正確實施步驟
第一步:確定目標
通過控制圖、故障分析、因果分析、失效分析、能力分析等工具的運用,或者是直接實際工作的反映,會得出一些關鍵的問題點,它反映了某個指標或參數不能滿足需求,但是針對這樣的問題,可能運用一些簡單的方法根本就無法解決,這時候可能就會想到試驗設計。對于運用試驗設計解決的問題,首先要定義好試驗的目的,也就是解決一個什么樣的問題,問題帶來了什么樣的危害,是否有足夠的理由支持試驗設計方法的運作,試驗設計必須花費較多的資源才能進行,而且對于生產型企業,試驗設計的進行會打亂原有的生產穩定次序,所以確定試驗目的和試驗必要性是首要的任務。隨著試驗目標的確定,還必須定義試驗的指標和接受的規格,這樣的試驗才有方向和檢驗試驗成功的度量指標。這里的指標和規格是試驗目的的延伸和具體化,也就是對問題解決的著眼點,指標的達成就能夠意味著問題的解決。
第二步:剖析流程
關注流程,應該具備的習慣,就像很多企業做水平對比一樣,經常會有一個誤區,就是只講關注點放在利益點上,而忽略了對流程特色的對比,試驗設計的展開同樣必須建立在流程的深層剖析基礎之上。任何一個問題的產生,都有它的原因,事物的好壞、參數的便宜、特性的欠缺等等都有這個特點,而諸多原因一般就存在于產生問題的流程當中。流程的定義非常的關鍵,過短的流程可能會拋棄掉顯著的原因,過長的流程必將導致資源的浪費。有很多的方式來展開流程,但有一點必須做到,那就是盡可能詳盡的列出可能的因素,詳盡的因素來自于對每個步驟地詳細分解,確認其輸入和輸出。其實對于流程的剖析和認識,就是改善人員了解問題的開始,因為并不是每個人都能掌握好我們所關注的問題。這一步的輸出,使企業的改善人員能夠了解問題的可能因素在哪里,雖然不能確定哪個是重要的,但至少確定一個總的方向。
第三步:篩選因素
流程的充分分析,使有了非常寶貴的資料,那就是可能影響關注指標的因素,但是到底哪個是重要的呢?對一些根本就不或微小影響因素的全面試驗分析,其實就是一種浪費,而且還可能導致試驗的誤差。因此將可能的因素的篩選就有必要性,這時,不需要確認交互作用、高階效應等問題,目的是確認哪個因素的影響是顯著的。可以使用一些低解析度的兩水平試驗或者專門的篩選試驗來完成這個任務,這時的試驗成本也將最小處理。而且對于這一步任務的完成,可以應用一些歷史數據,或者完全可靠的經驗理論分析,來減少試驗因子,當然要注意一點就是,只要對這些數據或分析有很小的懷疑,為了試驗結果的可靠,可以放棄。篩選因素的結果,掌握了影響指標的主要因素,這一步尤為關鍵,往往在現實中是通過完全的經驗分析得出,甚至抱著可能是的態度。
 
第四步:快速接近
通過篩選試驗找到了關鍵的因素,同時篩選試驗還包含一些很重要的信息,那就是主要因素對指標的影響趨勢,這是必須充分利用的信息,它可以快速的找到試驗目的的可能區域,雖然不是很確定,縮小了包圍圈。這時一般使用試驗設計中的快速上升(下降)方法,它是根據篩選試驗所揭示的主要因素的影響趨勢來確定一些水平,進行試驗,試驗的目的就像我們在尋找罪犯一樣的縮小嫌疑范圍,得出的一個結論就是,企業的改善最優點就在因素的最終反映的水平范圍內,離成功更近了一步。
第五步:析因試驗
在篩選試驗時沒有強調因素間的交互作用等的影響,但給出了主要的影響因素,而且快速接近的方法,使我們確定了主要因素的大致取值水平,這時就可以進一步的度量因素的主效應、交互作用以及高階效應,這些試驗是在快速接近的水平區間內選取得,所以對于最終的優化有顯著的成效,析因試驗主要選擇各因素構造的幾何體的頂點以及中心點來完成,這樣的試驗構造,可以確定對于指標的影響,是否存在交互作用或者那些交互作用,是否存在高階效應或者哪些高階效應,試驗的最終是通過方差分析來檢定這些效應是否顯著,同時對以往的篩選、快速接近試驗也是一個驗證,但不宜就在這樣的試驗基礎上就來描述指標與諸主效應的詳細關系,因為對于3個水平點的選取,試驗功效會有不足的可能性。
第六步:回歸試驗
在析因試驗中,確定了所有因素與指標間的主要影響項,但是考慮到功效問題,我們需要進一步的安排一些試驗來最終確定因素的最佳影響水平,這時的試驗只是一個對析因試驗的試驗點的補充,也就是還可以利用析因試驗的試驗數據,只是為了最終能夠優化我們的指標,或者說有效全面的構建因素與水平的相應曲面和等高線,我們增加一些試驗點來完成這個任務。試驗點一般根據回歸試驗的旋轉性來選取,而且它的水平應該根據功效、因子數、中心點數等方面的合理設置,以確保回歸模型的可靠性和有效性。這些試驗的完成,我們就可以分析和建立起因素和指標間的回歸模型,而且可以通過優化的手段來確定最終的因子水平設定。當然為了保險起見,我們最后在得到最佳參數水平組合后進行一些驗證試驗來檢驗結果。
第七步:穩健設計
試驗設計的目的就是希望通過設置可以調控的一些關鍵因素來達到控制指標的目的,因為對于指標來講是無法直接控制的,試驗設計提供了這種可能和途徑,但是在現實中卻還存在一類這樣的因素,它對指標影響同樣的顯著,但是它很難通過人為的控制來確保其影響最優,這類因素一般稱為噪聲因素,它的存在往往會使試驗成果功虧一簣,所以對待它的方法,除了盡量的控制之外可以選用穩健設計的方法,目的是這些因素的影響降低至最小,從而保證指標的高優性能。事實上這些因素是普遍存在的,例如汽車行駛的路面,不可能保證都是在高級公路上,那么對于一些差的路面,怎樣來設計出高性能呢?這時會選擇出一些抗干擾的因素來緩解干擾因素的影響,這就是穩健設計的意圖和途徑。通常會經常使用在設計和研發階段,但有時也會隨著問題的產生而暴露出來,但提出一個問題了,重新選定主要因素的水平會不會帶來指標的振蕩和劣化,這是完全有可能的,可以通過EVOP等途徑來重新設定以保證因素更改后的輸出效果。
DOE為什么難推行?
試驗設計DOE的應用,為企業的突破性改進提供了有力的工具和支持。或許您公司流程穩定沒變化很久了,但是這個流程是不是您滿意的流程呢?有沒有改善的空間呢?即使沒有新產品的開發,各種制造過程的改善也可以借助于DOE方法。所以說,“DOE不適合你們組織”,或者“DOE在你們公司沒有用”,這些觀念都是錯誤的。
在我們學習了DOE試驗設計工具,也覺得它是非常好的方法,打算在您的工作中開始使用的時候,也還會碰到很多障礙,而這些障礙常常讓DOE的應用又回到了原點。所以克服下面的這些障礙也至關重要。
障礙1:相關部門不配合工作。
很多人認為DOE是研發部門,甚至是個別改善工程師自己的工作。我不會DOE,所以我不想參與DOE的任何工作,這是很多一線員工的真實想法。只有調動他們的積極性,指導他們去完成一次次的試驗,收集數據,然后工程師進行數據分析,得出改進報告等。DOE的項目負責人除了懂DOE技術外,也需要有工作凝聚力和權限,能夠制定清晰的工作計劃,發動研發、生產、品質等各部門的相關員工積極加入。另外,DOE技術非常需要領導層的支持。很多公司的科研和生產設備是在一起的,在做試驗時,無疑會打亂、影響生產節奏,這就需要生產部門的配合,而這種配合,有時是一線員工無法決定的。領導層對DOE 改進工作的支持,是他們勇于試驗,從而做出成績的基礎。
障礙2:DOE工程師個性妥協不堅持。
很多公司的DOE工作是員工本職工作以外,額外增加的工作,因此在進行過程中難免會遇到一些障礙。這些都需要工程師不斷地去清晰各部門需要配合的具體工作內容,跟蹤并促進工作進度,有的DOE項目工程師靠自己的努力就可以順利完成,更多的項目則需要工程師能夠像個項目經理一樣,除了自己堅持完成自己的工作之外,協調、溝通、利用各種借力打力的方法讓試驗順利完成,任何的懶惰、不承擔,都會讓DOE停下來,半途而廢。
障礙3:工程師們脫離現場。
試驗的過程看似參數、方案都已經制定完美了,但在真實工作場合還是會有各種意外的輸入影響著試驗的結果。工程師們簡單把試驗委派給基層員工,他們通常只負責按照要求完成試驗,試驗過程中很多看似微不足道的因素并不在他們考慮、收集的范圍之內。而“現場”常常是蘊含了最多奧秘的地方。關注現場,是解決問題必不可少的環節,切忌高高在上,紙上談兵。
有個公司,他們的產品質量一直非常穩定,可是最近突然出現了問題,據操作人員認為所有的操作都和過去完全一樣,沒有變化。面對堆積的訂單,波動的質量,公司上下都焦灼起來。技術經理和老總開始一起蹲現場。他們一遍遍地重復流程,觀察各個過程,各個細節,像個偵探一樣,然后又一遍遍地檢驗結果,終于在現場找到了答案。而影響工藝穩定性的是一個非常小的操作習慣,小到他們從來沒有認為這個重要,所以都沒有在作業指導書中進行明確規定。舉這個小例子,就是告訴工程師,影響試驗結果的因素很多,除了你列出的因子和你認為影響較小的因子,現場也許也會有更多的因素存在。你可以有各種理由無法在試驗現場,但是這樣可能錯過發現“秘密”的機會。所以,一定要創造機會和現場親密接觸。

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