Deney Tasarımı

 

Ürün ve Proses Tasarımlarında İyileştirme ve / veya Optimizasyon İçin İstatistiksel Bir Araç

 

Deney Tasarımı Nedir, Ne Amaçla Kullanılır?

Deney tasarımı, değişik tipteki endüstriyel ürünlerin ve proseslerin geliştirilmesi, iyileştirilmesi ve optimizasyonunda kullanılan istatistiksel ve matematiksel tekniklerin bütünüdür. Deney tasarımının en yaygın uygulamaları , kontrol edilebilir girdi faktörlerinin (ürün veya proses parametreleri) ve kontrol edilemeyen bazı girdi değişkenlerinin (çevresel faktörler vb.), bir ürünün kalite karakteristiklerini etkilediği durumlardır. (Bkz Şekil 1)

 

Şekil 1 Genel bir proses modeli

 

 

Deney Tasarımı Hangi Endüstrilerde Kullanılabilir?

  1. Kimya Endüstrisi
  2. Gıda Endüstrisi
  3. Metal Endüstrisi
  4. İlaç Endüstrisi
  5. Plastik Endüstrisi
  6. Maden Endüstrisi
  7. Otomotiv Endüstrisi vs.

 

 

Deney Tasarımının Kullanım Amaçları Nelerdir?

Deney tasarımı teknikleri genellikle şu amaçlar için kullanılabilmektedir:

  1. Kalite karakteristiği üzerinde hangi değişkenlerin önemli etkiye sahip olduğunu belirlemek.
  2. Ürünü oluşturan bileşenlerin ve / veya proses parametrelerinin hangi kombinasyonunun kalite karakteristiğinin istenen (nominal) değerlerine ulaştırdığını belirlemek.
  3. Ürünü oluşturan bileşenlerin ve / veya proses parametrelerinin hangi kombinasyonunun, kontrol edilemeyen çevresel faktörlere karşı duyarsız (robust) bir ürün ortaya çıkardığını tespit edebilmek. Diğer bir deyişle ürünlerin kalite karakteristiklerinde minimum değişkenliği sağlayacak ürün bileşenleri / proses parametreleri kombinasyonunu belirlemek.
  4. Girdi değişkenleri ile kalite karakteristikleri arasındaki ilişkinin yaklaşık olarak yapısını belirleyerek, gerektiğinde farklı maliyet yapısına sahip alternatif pazarlara hitap edebilecek farklı ürünleri tasarlamak.

Deney tasarım süreci, tüm deneysel yaklaşımları içeren üç ana safhadan oluşur.

 

  • Planlama safhası
  • Deneylerin gerçekleştirilme safhası
  • Analiz safhası

Etkin bir deney tasarımının önemli adımları ise aşağıda tanımlanmıştır. Planlama safhası 1-9 adımlarını, deneylerin gerçekleştirilme safhası 10. adımı, analiz safhası ise 11. ve 12. adımları içerir.

 

  • Problem(ler)in tanımlanması
  • Deney amaç(lar)ının tanımlanması
  • Kalite karakteristiğinin ve ölçüm sisteminin seçilmesi
  • Seçilmiş olan kalite karakteristiğine etki edebilecek faktörlerin belirlenmesi
  • Tasarım ve gürültü faktörlerinin tanımlanması
  • Faktör seviyelerinin seçilmesi
  • Uygun tasarım matrisinin seçilmesi
  • Seçilmiş olan kalite karakteristiğini etkileyebilecek etkileşim etkilerinin seçilmesi veya Adım 4’ e dönülmesi (iteratif adımlar)
  • Faktörlerin ve etkileşim etkilerinin sütunlara atanması
  • Deneylerin yürütülmesi
  • Deney sonuçlarının analiz edilip yorumlanması
  • Doğrulama deneyleri

 

Deney Tasarımının Uygulama Adımları Nelerdir?

Bir deney tasarımı uygulama projesinin adımları, kullanılabilecek araçlar ve sorumluları aşağıdaki tablo ile özetlenebilir:

Aşamalar Kullanılabilecek Araçlar / Veriler Kim sorumlu?
Problem(ler)in tanımlanması Hurda raporları, Ürün test sonuçları Müşteri şikayetleri, Pazar araştırma sonuçları vb. Ürün ve / veya proses uzmanları, Pazarlama sorumluları
Hedeflerin tanımlanması Müşteri şartları, rekabet şartları Ürün ve / veya proses uzmanları, Pazarlama sorumluları
Kalite karakteristiklerinin ve ölçüm sistemlerinin seçilmesi Ölçüm sistemleri analizi Ürün ve / veya proses uzmanları,
Değişkenlerin (faktörlerin) ve etkileşimlerinin belirlenmesi; kontrol edilebilen ve edilemeyen faktörlerin belirlenmesi. Sebeb-sonuç diyagramları, akış şemaları, İstatistiksel proses kontrol sonuçları Ürün ve / veya proses uzmanları,
Faktörlerin seviyelerinin belirlenmesi Faktörlerin çalışılabilir limitleri Ürün ve / veya proses uzmanları,
Deneylerin Planlanması:Hangi faktör – seviye kombinasyonlarında deney yapılacağının, deneylerin hangi sırada ve kaç adet olacağının belirlenmesi Deney Tasarımı Metodolojisi Deney Tasarımı Uzmanı
Deneylerin Uygulanması Veri toplama tabloları, bilgisayar yazılımları, Ürün ve / veya proses uzmanları, Deney Tasarımı Uzmanı
Verilerin Analizi ve Yorumlanması Grafik yöntemler, Varyans analizi, cevap yüzeyi metodolojisi (response surface methodology), Taguchi Yaklaşımı Deney Tasarımı Uzmanı
Doğrulama Deneyleri Deney sonuçları ile analiz sonuçlarının verileri Ürün ve / veya proses uzmanları, Deney tasarımı uzmanı

İSTATİSTİKSEL DENEY TASARIMININ TEMEL PROBLEMLERİ

İstatistiksel deney tasarımında iki temel problem mevcuttur:

  • Probleme uygun deney tasarım matrisinin seçimi
  • Deney uygulamalarında elde edilen verilerin analizi

Karşılaşılan problemin özelliğine uygun olarak bir çok tasarım matrisi geliştirilmiştir. Uygulamada kullanılan tasarımlar Tablo 1.2 de verilmiştir.

Elde edilen verilerin analizinde ise genel olarak üç farklı yaklaşım kullanılmaktadır. Bu yaklaşımlar her zaman olmamakla birlikte bazı durumlarda kullanılan tasarıma bağımlıdır.

  • Klasik veri analizleri ile önemli faktörlerin belirlenmesi
    • Yates metodu
    • Normal plotlar
    • Kontrastlar ile hesaplama
    • Grafiksel yöntemler
  • Varyans analizi ile önemli faktörlerin belirlenmesi
  • Taguchi’nin sinyal gürültü oranları (Taguchi Metodu) ile faktör seviyelerinin seçimi
  • Çıktı ortalamasının ve varyansının modellenmesi (yanıt yüzeyi metodolojisi)

Tablo 1.2

Tasarım Tipi 1 2 3 4
Tam Rassal Tasarım * **
Rassal Blok Tasarım * **
Rassal Tam Olmayan Tasarım * **
Latin Kare Tasarım * **
Graeco-Latin Kare Tasarım * **
Youden Kare Tasarım * **
2 Seviyeli (Kesirli) Faktöriyel Tasarım * * * *
3 Seviyeli (Kesirli) Faktöriyel Tasarım * * * *
Placket-Burman Tasarım * * * *
Taguchi Ortogonal Tasarım * * * *

*Uygun ** Faktörler arasında etkileşim etkisi yoksa uygun