آشنايی با طراحی آزمايش ها Design Of Experiments

روز يك شنبه در كارخانه ايمن خودرو شرق كه توليد كننده كمربندهاي ايمني مي باشد پيرو اجراي يك پروژه بهبود در فرآيند توليد قطعات پلاستيكي در اين كارخانه ،‌كلاس درس طراحي آزمايشها بعنوان پيش مقدمه اجراي پروژه برگزار شد.

يكي از مباحث مورد علاقه شخصي مبحث فعاليتهاي مهندسي و فرآيندهاي كاري مربوطه به آن مي باشد كه چيزي جدود 5 سال در واحدهاي مهندسي كارخانجات مشاوره پياده سازي ابزارهاي مهندسي و فعاليتهاي مورد نياز يك واحد مهندسي در كارخانجات صنعتي را داشته ، و در سه حوزه كليدي مهندسي فرآيند ، مهندسي محصول و مهندسي كيفيت فعاليتها شده است.

يكي از ابزارهاي كليد و اصلي در بهبود فرآيندهاي توليد ابزار طراحي آزمايشها DOE Design Of Experiments مي باشد كه تقريبا" بيش از 7 سال است كه تدريسش مي كنم.

استفاده آمار پيشرفته در اين ابزار و ديدگاه كيفي آن؛ براي صنعت كشور ما كه در حال گذر به مهندسي معكوس فرآيندها و تجهيزات مي باشيم ، بسيار مهم و كاربردي مي باشد.در اينجا سعي شده است شرحي مختصر از اين ابزار براي آشنايي همكاران ارائه شود:

كيفيت يکی از قديمي تر ين مباحث در جوامع مختلف است که سابقه آن به عصر انسان نخستين باز می گردد . در عصر حاضر کيفيت مترادف رضايت مشتری از محصول يا خدمت مورد نظر است .مبحث کيفيت در مسير طولانی و تاريخی خويش ، در دهه های اخير ، مباحث جديدی چون مديريت کيفيت جامع( TQM ) ، مهندسی مجدد (BPR) ، بهبود مستمر ژاپنی ( کايزن ) ، ترجمان خواسته کيفيت ( QFD ) ، تحليل حالات بالقوه نقص ( FMEA )، تحليل هزينه های کيفيت ( COQ ) ، بهين گزينی ( Benchmarking ) و . . . را به خود ديده است . اين ابزارها می توانند باعث افزايش کيفيت و کاهش هزينه ها شوند . کنتــرل کيفيت نيز به عنوان يک ابزار جهت دستيابی به کيفيت مطلوب ، به ويژه در محيطهای توليدی ، می تواند مفيد واقع شود .

امروزه در بحث کنتـرل کيفيت ، بازرسی محصول نهايی و تعيين محصولات سالم و معيوب ، جای خويش را به کنترل فرايند آماری داده است. در واقع تفکر « بازرسی محصول » منسوخ شده و تفکر حاکم بر موسسات پيشرو صنعتی « کنترل حين فرايند » به کمک تکنيکها و علوم آماری است . تاکنون پيشرفتهای زيادی در زمينه کنترل فرايند حين توليد حاصل شده است تا آنجا که يکی از مباحث اصلی در استانداردهايی چون QS 9000 و ISO / TS 16949 می باشد .

فلسفه کنترل حين فرايند مبتنی بر « پيشگيــری » به جای « درمــان » است . کنترل حين فرايند معتقد است که چرا بايد محصول معيوب توليد شود تا بعدا نياز به بازرسی داشته باشد . با چنين نگـرش و طرز فکری کنترل حيــن فرايند باعث افزايش چشمگير کيفيت و بهــره وری خواهد شد .

بهبود كيفيت با طراحي آزمايشها

بهبود كيفيت و بهره وري زماني مي تواند به بهترين نحو مؤثر واقع گردد كه بخش لاينفكي از چرخه طراحي و توسعه فرايند و محصول باشد . علي الخصوص استفاده از روشهاي طراحي آزمايشها در مراحل اوليه چرخه توسعه جايي كه محصولات جديد طراحي و محصولات موجود طراحي شده بهبود مي يابند و فرايندهاي توليد بهينه مي گردند، مي تواند راز موفقيت محصول باشد. اين اصول در اغلب صنايع نظير صنايع الكترونيك و نيمه هادي ،هوا فضا،اتومبيل،تجهيزات پزشكي،غذايي،دارو سازي و صنايع شيميايـي و فراينـدي به كار گرفته شده اند. استفاده صحيح از روشهاي طراحي آزمايشهاي آماري مي توانـد باعث سهولت در مراحل طراحي و توليـد محصولات گـردد. همچنين استفاده از اين روشها باعث ارتقاء سطح قابليت اطمينان و بهبود عملكرد محصولات توليد شده مي گردد.

روشهاي طراحي آزمايشها مي تواند طراحي و توسعه محصولات و فعاليتهاي مرتبط با حل مشكلات را به ميزان قابل توجهي بهبود بخشد. در دنياي امروز توليد كنندگان براي بقاء و استمرار حضور خود در بازارها ناچارند كه فنون و تكنيكهاي مورد استفاده خود را به روز كنند. خصوصا تكنيكهاي كنترل و بهبود كيفيت در اين مورد از اهميت خاصي برخوردارند. تكنيك طراحي آزمايشها (DOE) نيز يكي از تكنيكهاي بهبود كيفيت است كه در دهه هاي 1990 , 1980به عنوان يك مزيت رقابتي دركشورهاي غربي و ژاپن مطرح شد ، به طوري كه بصورت يكي ازالزامات گواهينامه QS 9000 پذيرفته شد . در كشور ما نيز در سالهاي اخير گامهايي در راستاي اجراي DOE برداشته شده است .بايد به اين نکته توجه داشت که ابزار هاي کيفيت فقط داراي توانايي اعلام عيب و خرابي بوده و کاربران آنها با استفاده صحيح و بجا مي توانند اقدام به بهبود کيفيت فرايندهاي تحت کنترل خود کنند. اگر هدف استفاده از اين ابزارها فراموش شود و خود ابزارها به عنوان هدف مورد توجه قرار گيرند، نه تنها بهبودي در کيفيت مشاهده نخواهد شد، بلکه عدم تاثير اين ابزارها باعث نارضايتي شده و خطرات جدي براي مديريت فرايند در پي خواهد داشت.

هنگامي كه صحبت از DOE مي شـود منظور انجام يك تحقيق است ، ولـي يك تحقيق خاص . يك تحقيق فعاليتـي است كه بـراي يك محقق ايجاد آگاهي هاي بيشتري مي كند . تحقيق در واقع يك نوع كنجكاوي است . كنجكاوي در ارتباط با يافتن حقيقت. معمولا دو نوع تحقيق وجود دارد.در نوع اول محقق سعي بر ايجاد مفاهيم و اثبات علوم و در نتيجه ارائه يك روش دارد. در نوع دوم تحقيق ها كاربردي هستند. در تحقيق هاي كاربردي محقق تلاش در پاسخ به يك پرسش مشخص دارد. لذا در اين گونه موارد محقق فرضيه اي دارد كه سعي مي كند آن را آزمايش كند.

در واقع DOE شامل يك برنامه منظم در انجام بررسي هايـي است كه با استفاده از تكنيكهـاي آماري انجـام مي شود. در اين آزمونها فاكتورها يا عواملي كه دريك فرايند نقش دارند درشرايط مختلف به كارگرفته شده و از وضعيت نهايي محصول يا اثرآن در محصول نهايي ويا فرايند، اطلاعاتي جمع آوري مي شود.

طراحي آزمايشها (DOE ) چيست ؟

بسيارمشاهده شده است كه دانشمندان براي شناخت پديده ها ، آزمايشهايي را انجام مي دهنـد تا حقيقتي را در مورد سيستم يا فراينـدي كشف كنند. انجام آزمايش همواره متضمن هزينـه و زمان است. از اين رو انجام آزمايشهاي مؤثـر كه با صرف حداقل هزينه و زمان بيشترين اطلاعات را بدست بدهد آرمان هر مهندس يا محقق است . در واقع هدف DOE حل مساله زير است :

1- كسب حداكثر اطلاعات و شناخت از فرآيندها

2- صرف حداقل هزينه ها

3- كسب حداقل زمان براي اجراي فرآيندها

مهندسان و دانشمندان براي شناخت پديده ها از آزمايش استفاده مي كنند. محقق با اجـراي هـر آزمايش در صدد است كه با بكارگيـري نتايج حاصله فرضيه خـود را مورد آزمون قرار دهد. اين نوع آزمايشها نه تنها در تحقيقات پايه بلكه در بررسي هاي مهندسان براي بهبـود كيفيت نيـز بارها به كار گرفته مي شوند.

در واقع آزمايش يك آزمون است. آزمايش طرح شده يك آزمون يا دنباله اي از آزمونهاست كه در آنها تغييرات مورد نظر در متغير ورودي فرايند يا سيستم اعمال مي شوند به قسمي كه مي توانيم علل تغييرات در پاسخ خروجي را مشاهده و مشخص كنيم .روش طراحي آزمايشها (DOE) يكي از روشهاي آماري بهبود كيفيت است كه در مقالات و كتابهاي متعدد ارائه شده است. ولي پيچيدگي مباحث آماري سبب نشده است كه از اين ابزار مفيد استفاده اي مناسب و درخور صورت نگيرد.روش طراحي آزمايشها يكي از روشهاي مفيدي است كه بوسيله آن مي توان متغيرهاي كليدي كه برمشخصه كيفي موردنظر فرايند اثر مي گذارد را شناسايي نمود. با بكارگيري اين روش مي توان عاملهاي ورودي قابل كنترل رابطور سيستماتيك تغيير داد و اثر آنها را بروي پارامترهاي محصول خروجي ارزيابي نمود.آزمايشهايي كه بطور آماري طراحي مي گردنـد مي توانند به ميزان قابل توجهي از ميزان تغييرات در مشخصات كيفـي بكاهنـد، همچنين سطوح متغيرهاي قابل كنترل كه باعث بهينه كردن عملكرد فرايندمي شوند را تعيين نمايند. طراحي آزمايشها يكي از عمده ترين روشهاي كنترل كيفيت قبل از توليد مي باشد كه غالبا در فعاليتهاي توسعه و مراحل اوليه توليد كار مي روند.

روشهاي كنترل فرايند آماري و طراحي آزمايشها كه دو ابـزار خيلي مهم و مفيـد براي بهبـود و بهينه سازي فراينـدها هستند رابطـه نزديكـي با يكديگر دارند. به عنوان مثال، اگر فرايندي تحت كنترل آماري باشد ولي كارائي آن مطلوب نباشد آنگاه تغييرات در فراينـد بايد كاهش پيدا كند تا عملكرد آن بهبود يابد. روشهاي طراحي آزمايشها مي تواند اين كار را مؤثرتر از SPC انجام دهد. همچنين روشهاي DOE مي توانند در استقرار SPC مفيد واقع گردند. به عنوان مثال فرض كنيد يك نمودار كنترل حالت خارج ازكنترل را نشان مي دهد و فرايند چندين متغير ورودي قابل كنترل دارد. اگر بدانيم كداميك از متغيرهاي ورودي مهم هستند آنگاه مي توان فرايند را به حالت تحت كنترل برگردانيـد در غير اين صورت برگرداندن فرايند به حالت تحت كنترل بسيار مشكل خواهد بود. DOE را مي توان جهت شناسايـي متغيرهايـي كه بر فراينـد اثر مي گذارند استفاده نمود.

استفاده از طراحي آزمايشها به مهندسين كمك مي كند تا توليد را توسعه و تكامل داده و فرايندهايي را كه مقابل عوامل محيطي و منابع ديگـر تغيير مقاومند ايجاد كنند. كاربرد به موقع و موفقيت آميز طرح آزمايش در حرفه توسعه فرايند توليد مي تواند اساسا زمان توليد و هزينه ها راتقليل داده و به فرايندها و فراورده هايي منتهي شود كه در نوع خود عملكرد بهتر و اعتماد پذيري بالاتر از آنهايي دارند كه با كاربـرد شيوه هاي ديگر بدست آمده اند.

در اغلب صنايع ، كاربـرد صحيح و مؤثر طراحي آزمايشهاي آماري كليد افزايش بازدهـي، كاهش تغيير پذيري، كاهش زمانهاي تأخيـر در طراحي و توسعه محصولات بهتر و در نتيجه رضايت مشتري محسوب مي شود. با توجه به آنچه گذشت مي توان دريافت كه تكنيك DOE را مي توان در اغلب فرايندها جهت بهبود كيفيت مورد استفاده قرار داد . فرايندهايـي كه در خروجي آن ها يك مشخصه كيفي، يك خواسته مشتري يا هر مشخصه ديگري مورد نياز است . قطعا تعدادي عوامل روي اين مشخصه اثر مي گذارند. اينكه اين عوامل چگونه باشنـد تا بهترين مشخصه خروجـي بدست آيـد امري مهم تلقـي مي شود. پاسخ به اين سوالات توسط DOE انجام مي شود.

تكنيك DOE محدود به محيطهاي صنعتي و توليدي نمي شود. در تمام فرايندها و سيستم ها مي توان از DOE بهره گرفت و كيفيت خروجـي را افزايش داد. در سيستمهاي اجتماعي كه فرايندها انسان هستند، در كشاورزي كه فرايندها گياهان هستند،درسيستمهاي اقتصادي كه فراينـدها مبادلاتي هستند و ... مي توان از DOE براي بهبود آنچه از اين سيستم ها مي خواهيم استفاده كرد.

آشنايی با طراحی آزمايش ها Design Of Experiments

مطالب مشابه :

شرکت بهین زیست زاگرس

دانشکده فنی مهندسی ازاد اراك

آلبوم کیش مهر، شهرام ناظری

آشنايی با طراحی آزمايش ها Design Of Experiments

معین ؛ بازخوانی گل ناز دارُم

مقالات هفتمين همايش حمل و نقل و ترافيک ايران

شعرزیبای عقاب و کلاغ از دکتر پرویز خانلری

تسبيح خداوند تعالي

معرفی نام آوران -1