به نام خدا
معرفي DOE
در اين سمينار به منظور بهبود كيفيت قطعات و فرآيندها از تكنيك «طراحي آزمايشها» استفاده شده است. روش فوق شامل يكسري آزمايشهايي است كه در آن عوامل يا متغيرهاي ورودي يك فرآيند آگاهانه تغيير داده شده و سپس تغييرات حاصله در خروج فرآيند شناسايي، مدلي براي نشان دادن رابطه بين ورودي و مشخصه كيفي خروجي تعريف ميگردد. سپس با كمك تكنيك تجزيه و تحليل واريانس براي مدل عوامل مهم شناسايي ميشوند.
بهبود كيفيت به روش «طراحي آزمايشها» زماني ميتواند موثر واقع گردد كه بخش لاينفكي از چرخه طراحي و توسعه فرآيند و محصول باشد.
1) روشهاي آماري كنترل كيفيت
موثرترين راهي كه تاكنون براي كنترل كيفيت محصولات پيدا شده روشهاي آماري ميباشد.
مادامي كه از مواد، افراد، روشها و ماشينها براي توليد استفاده ميشود مشكل تغيير كيفيت وجود خواهد داشت و مادامي كه اين مشكل وجود دارد روشهاي آماري كنترل كيفيت نيز لازم است.
متخصصين آمار روشهاي آماري را بر اساس پيچيدگي آنها به سه گروه عمده تقسيمبندي ميكنند:
الف) روشهاي آماري پايه.
ب) روشهاي آماري حد واسط.
ج) روشهاي آماري پيشرفته.
2) طراحي آزمايشها
2-1) معرفي
طراحي آزمايشها شامل يكسري آزمايشهايي است كه بطور آگاهانه در متغيرهاي ورودي فرآيند تغييراتي ايجاد شده تا از آن طريق ميزان تغييرات حاصل در پاسخ خروجي فرآيند مشاهده و شناسايي شود.
2-2) تاريخچه
تكنيك DOE در اوائل دهه 1920 بوسيله رونالد فيشر1 در مركز تحقيقات كشاورزي روتامستد2 لندن مطرح و آماده بهرهبرداري گرديد.
پس از جنگ جهاني دوم كارآزمودگان انگليسي DOE آنرا به آمريكا آوردند و براي اولين بار در صنعت شيمي آنرا بكار بستند. در سال 1960 بدون استثناء تمامي شركتهاي ژاپني از DOE استفاده ميكردند.
بدنبال موفقيتهاي اوليه فيشر در زمينه آزمايشهاي مربوط به كشاورزي و انتقال آزمايشها به خارج از آزمايشگاهها، ديگر محققين از جمله گينچي تا گوچي، جي باكس، ويلسون و … مطالعات خود را در مورد طراحي آزمايشها و بكارگيري روشهاي آماري تكميل كردند.
در طي 15 سال گذشته DOE كاربردهاي زيادي در زمينههاي بهبود عملكرد فرآيند كاهش تغييرپذيري و بهبود بازده فرآيند داشته است.
3-2) مدل عمومي DOE
همانگونه كه در شكل (2-1) ديده ميشود، هر فرآيند تركيبي از ماشينآلات روشها و افراد ميباشد كه طي آن مواد ورودي به خروجي تبديل ميشوند.
عوامل قابل كنترل
عوامل غير قابل كنترل (درجه حرارت، رطوبت محيط)
شكل 2-1 مدل عمومي يك فرآيند DOE
محصول خروجي فرآيند يك يا چند مشخصه كيفي يا پاسخ قابل مشاهده دارد كه آنها را ا Y نشان ميدهيم.
متغيرهايي را كه در زمان اجراي فرآيند بتوان تغيير داد و تغييرات آنرا بررسي نمود قابل كنترل ناميده و آنها را با X نشان ميدهيم.
ديگر متغيرها را كه امكان كنترل آنها وجود ندارد عوامل غير قابل كنترل (عوامل اغتشاش)1 ميناميم و با Z نشان ميدهيم.
4-2) زمان و كاربردهاي DOE
1ـ كاهش زمان توسعه و طراحي محصول و فرآيند.
2ـ بررسي و مطالعه رفتار يك فرآيند.
3ـ حداقل نمودن اثر واريانسها.
4ـ افزايش بهرهوري فرآيند.
5ـ توليد محصول مقاوم بهبود بازده فرآيند.
6ـ مطالعه روابط بين متغيرهاي مستقل فرآيند (پارامترها) و خروجيها (متغير پاسخ).
5-2) زبان DOE (تعاريف اوليه)
* عامل : يك متغيري است كه ممكن است بر متغير پاسخ آزمايش اثر بگذارد.
* سطح : سطوح يك عامل مقادير مختلفي از آن عامل هستند كه طي آزمايش مورد بررسي واقع ميشوند.
* متغير پاسخ : متغير خروجي وابستهاي كه در نتيجه انجام آزمايش حاصل ميشود.
* عامل اغتشاش : عامل طرحي كه احتمالاً روي متغير پاسخ اثر ميگذارد اما علاقهاي به كنترل آن نداريم را اغتشاش مينامند.
* اثر : تغييري كه بعلت تغيير سطح يك فاكتور در متغير پاسخ ايجاد ميشود را اثر يك عامل ميگويند.
* اثر متقابل : اثر متقابل عبارت است از تاثير ناشي از تغيير توام متغيرها روي متغير پاسخ.
* مشاهده : در يك آزمايش به اعداد و ارقامي كه پس از اندازهگيري صفات و مشخصههاي مختلف حاصل ميگردند دادهها يا مشاهده ميگويند.
* بلوك : فاكتوري كه در يك طرح آزمايشي به عنوان منبع تغييرپذيري اثر گذار باشد بلوك ناميده ميشود.
* طرح آزمايشي : يك طرح آزمايشي (ED) آزمون يا يك سري آزمونهايي ميباشد كه در آن تغييرات هدفمند در متغيرهاي ورودي سيستم ايجاد شده بگونهاي كه بتوان اثرات تغييرات در پاسخ خروجي را مشاهده نمود. اين طرح شامل انتخاب پاسخها، عوامل، سطوح، بلوكها و … ميباشد.
* عوامل تصادفي : يك عامل ثابت سطوحي دارد كه بوسيله آزمايش كننده تعين ميشوند. يك عامل تصادفي سطوحي دارد كه بطور تصادفي از بين جمعيت سطوح ممكنه انتخاب ميشوند.
* خطاي آزمايش : از آنجاييكه در يك آزمايش، اجراهاي مختلف با يكديگر فرق ميكنند لذا در نتايج نوساناتي يا اغتشاشهايي وجود دارد اين اغتشاشها را معمولاً خطاهاي آزمايش يا بطور ساده خطا مينامند.
* اغتشاش : عوامل اغتشاش آنهايي هستند كه در طي شرايط واقعي توليد قابل كنترل نيستند.
* واريانس : واريانس يك نمونه مقدار پراكندگي در متغير پاسخ ميباشد.
* تجزيه و تحليل واريانس ANOVA1
تجزيه و تحليل واريانس ANOVA يك روش آماري براي تحليل دادههاي پيوستهاي ميباشد كه از دو يا چند جمعيت نمونهگيري شده، يا اينكه اين نمونهگيري از آزمايشاتي باشد كه در آن چند آزمون انجام شده باشد.
نتايج آزمون معمولاً بصورت جدول تجزيه و تحليل واريانس (جدول 2-2) خلاصه ميگردد :
جدول تجزيه و تحليل واريانس
Source of Variation Sum of Squares D.F Mean Squares F0
Between Factor Levels SSF a-1 MSF
Within Factor Levels (error) SSE MSE
Total SST
جدول (2-2)
معمولاً براي تجزيه و تحليل دادههاي يك آزمايش از نرم افزارهاي آماري كمك گرفته و نياز به محاسبه آماره آزمون F0 نيست.
6-2) اهداف DOE
در طراحي آزمايشها معمولاً اهدافي شبيه موارد ذيل مد نظر قرار ميگيرد :
الف) تعيين متغيرهايي (Xها) كه بيشترين اثر را روي متغير پاسخ دارند.
ب) تعيين مقادير متغيرهايي كه بيشترين اثر را روي متغير پاسخ دارند، بگونهاي كه y به مقدار اسمي خود نزديك باشد.
ج) تعيين متغيرهايي كه بيشترين اثر را روي متغير پاسخ دارند، بگونهاي كه تغييرات در متغير پاسخ كوچك باشد.
د) تعيين مقادير متغيرهايي كه بيشترين اثر را روي متغير پاسخ دارند، بگونهاي كه اثر متغيرهاي غيرقابل كنترل حداقل گردد.
7-2) كليدهاي موفقيت در DOE
كليدهاي موفقيت DOE اصولي هستند كه با بكار بستن آنها مديران كنترل كيفيت قادر خواهند بود DOE را بهتر در سازمان خود اجرا كنند و با استفاده از اين اصول در كيفيت محصول و راندمان فرآيند بهبودي چشمگير حاصل خواهد شد.
استفاده از DOE بصورت موفقيتآميز بستگي به درك عميق هشت اصل ذيل دارد : ]18[
1-7-2) اصول هشتگانه DOE
* اصل اول : تعيين صحيح اهداف.
اولين تصميم قبل از طراحي يك آزمايش اين است كه آزمايشگر مشخص كند «هدف از مطالعه او چيست؟».
* اصل دوم : اندازهگيري پاسخها بصورت كمي.
در بيشتر مواقع علت شكست DOE اين است كه نميتوان متغير پاسخ را بصورت كمي اندازهگيري نمود. لذا حتيالامكان ميبايستي با روشهاي آماري مناسب مشخصه كيفي مورد نظر را كه بعنوان متغير پاسخ تعريف ميكنيم بصورت كمي تبديل نماييم.
* اصل سوم : تكرار.
از مقوله تكرار آزمايش در DOE به منظور مهار نمودن تغييرات غير قابل كنترل (اغتشاش) استفاده ميشود.
* اصل چهارم : ترتيب انجام آزمايشات را تصادفي كنيد (تصادفي سازي).
با تصادفي نمودن ترتيب آزمايش اثر هر گونه متغير خارجي كه ممكن است بر متغير پاسخ تاثير بگذارند تقريباً خنثي ميشود.
* اصل پنجم : منابع تغيير معلوم را بلوكه كنيد.
اصل بلوكينگ اغتشاشي را كه توسط منابع تغييرات معلوم مثل مواد اوليه يا تغيير شيفت ايجاد ميگردد از خطاي آزمايش جدا ميكند.
* اصل ششم : فاكتورهاي هم اثر1 را تعين كنيد.
هم اثري زماني مطرح ميگردد كه ما بخواهيم دو يا چند عامل را همزمان به يك طريق تغيير بدهيم. ساختار هم اثري يكي از ويژگيهاي مهم در طرحهاي فاكتوريل و تاگوچي ميباشد.
نكته : مشكل هم اثري را فقط ميتوان با انجام طرح فاكتوريل دو سطحي كامل حل نمود كه در خيلي از موارد عملي خواهد بود.
* اصل هفتم : يكسري آزمايشات پي در پي انجام دهيد.
آزمايشات طراحي شده ميبايستي بصورت پي در پي اجرا شوند بگونهاي كه اطلاعاتي كه از يك آزمايش حاصل ميگردد را بتوان براي آزمايش بعدي بكار بست.
* اصل هشتم : دقت و صحت يافتهها و نتايج خود را بررسي و تاييد كنيد.
8-2) خطوط راهنما1 براي طراحي يك آزمايش
* تعريف اهداف آزمايش.
* تشكيل يك تيم جهت برنامهريزي، طراحي و اجراء آزمايش.
* تحقيق راجع به چگونگي و ميزان منابع در دسترس.
* انتخاب متغير پاسخ يا خروجي.
* انتخاب فاكتورها و سطوح آنها.
* انتخاب طرح مناسب آزمايش.
* تصميمگيري راجع به چگونگي ترتيب آزمايش (تصادفي سازي) و بلوكينگ.
* تهيه كاربرگ2.
* اجراي آزمايش.
* تجزيه و تحليل دادهها و ارائه نتايج.
9-2) انواع طرحهاي DOE
* طرحهاي غربالي1 :
به منظور ساده نمودن آزمايشات و كاهش حجم آنها از طرحهاي عاملي غربالي استفاده ميكنيم. در اينجا هدف بررسي تعداد زيادي عامل و استفاده از طرح جهت بررسي دقيق اثرات عوامل ميباشد.
لذا زمانيكه سطوح عاملها يا تعداد آنها زياد باشد حجم آزمايشات بسرعت افزايش پيدا ميكند. به منظور كاهش حجم آزمايشها شايد معقولانه نباشد كه عواملي را حذف كنيم لذا از راهكار دوم يعني كاهش سطوح عاملها استفاده ميشود اينگونه آزمايشها را غربالي ميگوييم.
* طرح يك عاملي
اين نوع آزمايش ساده را زماني انجام ميدهيم كه فقط طرح ما يك عامل تاثير گذار روي متغير پاسخ داشته باشد. در اين طرح واريانس تمامي سطوح يكسان بوده و مشاهدات بصورت تصادفي تهيه ميشوند تا محيطي كه عاملها در آن قرار دارند حتيالامكان همگن باشد. به بياني ديگر اين طرح را طرح عاملي كاملاً تصادفي2 شده ميناميم و آنرا بصورت مدل زير توصيف ميكنيم :
(5-2)
در رابطه (5-2) مشاهده ij ام را با yij، ميانگين كل را با ، اثر عامل را i ام را با و خطاي تصادفي مدل را با نشان ميدهيم.
* طرح بلوكبندي تصادفي شده3
در اين مدل هدف بلوك نمودن عوامل اغتشاش و خارج نمودن آنها از مدل ميباشد.
در اين طرحها تعداد b بلوك انتخاب شده و در هر بلوك آزمايش بطور كامل تكرار ميشود. اثر عامل مورد نظر داراي a سطح است و نتيجه مشاهدات را ميتوان بصورت مدل ذيل نوشت.
(6-2)
در رابطه فوق اثر مربوط به بلوك j ام ميباشد فرضيه خنثي در رابطه فوق عدم وجود اختلاف بين ميانگينهاي سطوح عامل مورد نظر را نشان داده و به وسيله نسبت به F0 آزمايش ميشود.
* طرح مربع لاتين1
زماني كه در آزمايش ما دو عامل اغتشاش قابل كنترل وجود داشته باشد و بخواهيم آنها را بلوكه نماييم از طرح مربع لاتين استفاده ميشود. مدل كلي اين طرح را ميتوان بصورت ذيل نوشت :
(7-2)
در رابطه فوق اثر عامل اغتشاش اول (سطر ماتريس) و اثر عامل اغتشاش دوم (ستونها) ميباشد.
* آزمايشهاي عاملي2
در آزمايشهاي فاكتوريل دو سطحي عوامل آزمايش بطور همزمان در دو سطح تنظيم ميشوند : سطح كم و سطح زياد. رويكرد طرح فوق روشي براي آزمون ارائه ميدهد كه از طرح آزمايش يك عامل در يك زمان بهتر است. در اين طرح با محدود نمودن آزمايشها به دو سطح تعداد آزمايشات را حداقل نموده و راندمان افزايش مييابد مدل عمومي اين طرحها را ميتوان بصورت رابطه ذيل نوشت :
(8-2)
در مدل فوق اثر عامل A در سطح i، اثر عامل در سطح j و اثر متقابل آنها ميباشد.
انواع مختلف طرحهاي عاملي 2k
الف) طرح عاملي 2k با n تكرار3
ب) طرح عاملي 2k با n=1 تكرار (روش دانيل)
ج) طرح عاملي كسري4
الف) طرح عاملي 2k با n تكرار
يكي از طرحهايي كه ميتوان از آن در توسعه بهبود فرآيند استفاده نمود طرحهاي عاملي با k فاكتور ميباشد كه در آنها هر يك از عاملها داراي دو سطح ميباشند اينگونه طرحها از تجزيه و تحليل سادهاي برخوردار بوده و اساس و مبناي خيلي از طرحهاي مفيد ديگر هستند.
K تعداد پارامترهاي كنترل در دو سطح ميباشد.
ب) طرح عاملي 2k با n=1 تكرار (روش دانيل)
در اينگونه طرحها سيستم معمولاً تحت تاثير اثرات اصلي و اثرات متقابل مرتبه پايينتر قرار ميگيرد اكثراً اثرات متقابل مرتبه بالا ناچيز هستند. بنابر اين زماني كه تعداد عاملها نسبتاً زياد باشد معمولاً يك تكرار از طرح 2k مورد ارزيابي قرار ميگيرد لذا اثرات متقابل مرتبه بالا در يكديگر ادغام ميگردند و از آنها بعنوان تخميني از خطا استفاده ميشود.
ج) طرح عاملي كسري
در مواردي كه n=1 به ما جواب نميدهد جهت كاهش حجم آزمايشات مجبور هستيم تعدادي از عوامل را (h عامل) از طرح 2k حذف كنيم به طرح باقيمانده طرح كسري ميگوييم. در اينگونه طرحها دقت كاهش يافته و خطا افزايش مييابد.
3) تعيين و طبقهبندي متغيرها
متغيرهاي آزمايش عبارتند از : قابل كنترل (متغيرهاي مستقل)، خروجيهاي ناشي از انجام آزمايش (متغيرهاي وابسته) و مقاديري كه نميتوان كنترل نمود اما روي خروجي سيستم اثر ميگذارند (متغيرهاي اغتشاش).
در DOE ميتوان براي شناسايي متغيرها از دو روش بهره جست، دياگرامهاي سلسله مراتبي و دياگرامهاي علت و معلول. هر دو روش به آزمايشگر كمك ميكند تا بتواند متغيرهاي مهم را شناسايي و متغيرهاي مياني را از مستقل تفكيك نمايد.
دياگرام اصلي DOE
شكل (5-3)
4) انتخاب اعضاي تيم طراحي آزمايشها
اعضاي پيشنهادي اين گروه در پروژه حاضر عبارتند از :
1ـ نمايندهاي از واحد كنترل كيفيت مواد ورودي كارخانه.
2ـ كارشناس فني ـ مهندسي قطعه.
3ـ كارشناس مهندسي صنايع.
4ـ كارشناس يا متخصصي از طرف توليد كننده قطعه.
5) گامهاي مرتبط با روش انجام طراحي آزمايشها
1-5) انتخاب قطعات جهت انجام آزمايش
خودروهاي ساخت داخل از هزاران قطعه و مجموعههايي از قطعات مونتاژ شده تشكيل شدهاند، لذا جهت انجام پروژه DOE تيم طراحي آزمايشها در اولين گام ميبايستي ليست كاملي از قطعات (B.O.M)1 تهيه و آنها را از حيث گروه ساخت تفكيك نمايد.
2-5) بررسي مشكلات كيفي و امكان سنجي انجام آزمايش
پس از انتخاب قطعاتي كه لازم است طراحي آزمايش براي فرآيند توليد آنها انجام شود اعضاي تيم بايد بصورت مجزا سوابق كيفي هر قطعه را بررسي نموده تا زمينه براي انجام گام سوم (تعيين پارامترهاي كيفي) فراهم گردد.
3-5) شناسايي و تعين مشخههاي كيفي قطعه
با مراجعه به اطلاعات جمعآوري شده در مرحله قبل اعضاي تيم ضمن تفكيك و تجزيه و تحليل برگههاي كنترل كيفيت و گزارشهاي عيوب در گواهيهاي ردي يا قبولي هر قطعه مشكلات كيفي و نواقص را تقسيمبندي نموده و آنها را در جدولي اولويتبندي ميكنند.
4-5) شناسايي استانداردها، ابزار و روشهاي اندازهگيري
استاندارد MES از مهمترين استانداردهايي ميباشد كه مشخصات كنترلي قطعات خودروي مزدا در آن تدوين گرديده است.
5-5) شناسايي فرآيند ساخت يا مونتاژ قطعه
شناسايي دقيق فرآيند توليد قطعه، تكنولوژي مورد استفاده براي آن فرآيند و عمليات قبل از فرآيند توليد (قالبسازي، تهيه و آماده سازي مواد اوليه) در تعين پارامترهاي موثر بر متغير پاسخ اهميت بسزايي دارند.
6-5) تعيين و شناسايي عواملي كه بر متغير پاسخ اثر ميگذارند
مهمترين و حساسترين مرحله طرح در اين بخش شناسايي عوامل ميباشد. در اينجا طراحان آزمايش و اعضاي تيم DOE با استفاده از متدولوژي IDEFO و يا دياگرامهاي علت و معلول1 شروع به شناسايي و تخمين عوامل موثر بر مشخصه كيفي مورد نظر را نموده و حتيالامكان آنها را به عوامل قابل كنترل و غير قابل كنترل دستهبندي مينمايند.
7-5) تعين و شناسايي سطوح عوامل :
گام بعدي شناسايي سطوح و محدوديتهاي آنها ميباشد. اعضا تيم با مراجعه به مشخصات و Setup تجهيزات توليد، استانداردهاي موجود، مصاحبه و مشاوره با متخصصين توليد لازم است براي هر يك از عوامل سطوح مورد نظر را «حداقل 2 سطح» تعيين نمايند. افزايش تعداد سطوح تعداد آزمايشات را افزايش داده و تجزيه و تحليل آن پيچيدهتر خواهد بود.
8-5) انتخاب صحيح نوع آزمايش
يكي از حساسترين مراحلي كه اعضاي تيم در زمان اجراي طراحي آزمايشها با آن مواجه هستند انتخاب نوع طرح مناسب براي آزمايش باشد.
ميتوان عواملي را كه در انتخاب طرح نقش بيشتري ايفا ميكنند را بشرح ذيل تقسيمبندي نمود :
1ـ هزينه 2ـ زمان 3ـ محدوديت تكنولوژي 4ـ تعداد عوامل موثر بر متغير پاسخ 5ـ عوامل اغتشاش 6ـ سطوح عوامل 7ـ تكرار آزمايش
9-5) اجراي آزمايش
گامهاي 1 تا 9 فاز برنامهريزي قبل از آزمايش نام دارند و از اين مرحله فاز اجرا شروع ميشود. پس از انجام كامل آزمايشات تيم DOE بايد دادههاي آزمايش را جمعآوري و در كاربرگ ثبت و ضبط نمايد. جمعآوري دادهها خود بستگي به نوع مشخصه كيفي (متغير پاسخ) آزمايش دارد. چرا كه اكثر متغيرهاي پاسخ را بايد از طريق اندازهگيري استخراج و جمعآوري نمود.
* اندازه گيري1
اكثر مشخصههاي كيفي را بايد با ابزار اندازهگيري بررسي نموده و براي هر كدام يك يا چند متغير پاسخ كمي استخراج نمود. لذا تيم DOE بايد هر كدام از نمونهها را بصورت مستقل بررسي و متغير پاسخ مورد نظر را بوسيله ابزار مشخصي اندازهگيري كنند.
* تجزيه و تحليل دادهها
در اين مرحله جهت سهولت محاسبات بهتر است دادههاي استخراج شده بوسيله نرمافزارهاي كامپيوتري تجزيه و تحليل شوند. چنانچه تعداد عوامل زياد باشند محاسبه اثرات اين عوامل و اثرات متقابل آنها پيچيده و زمانبر ميباشد اما با استفاده از نرمافزارهاي MINITAB و يا STATGRAF بسرعت ميتوان تمامي اثرات، مجموعه مربعات و نمودارهاي مربوط به آنها را محاسبه و ترسيم نمود. تجزيه و تحليل نتايج جدول ANOVA بر عهده خبرگان2 طراحي آزمايشهاست.
* نتيجهگيري و ارائه راه حل براي بهبود كيفيت
تيم DOE ميتواند با استفاده از تجزيه و تحليل و نمودارهاي ترسيم شده با توجه به محدوديتهاي اقتصادي و تكنولوژي پيشنهادات اصلاحي خود را جهت بهبود كيفيت قطعه و فرآيند ارائه دهد.
به اميد موفقيت براي تمامي پژوهشگران
علياكبر زيبايي
14/8/80
0 responses تا اینجا
There are no comments yet...Kick things off by filling out the form below.