Quality Vanguard     Dr. Ulrich Ziebart

Design of Experiments

Design of Experiments (DoE)

Grundlagen

Die wesentlichen Kosten für die Durchführung eines Experimentes ergeben sich aus der Anzahl der Faktoren (Einflussgrößen) und der Anzahl der Wiederholungen pro Kombination der Faktoren. Als externer Berater versuche ich gemeinsam mit dem Team einen vernünftigen Kompromiss zwischen den Kosten für die Experimente und der Aussagefähigkeit der Ergebnisse zu ermitteln. Mit den internen Experten im Team werden aus allen möglichen Faktoren die wichtigsten isoliert (Root Cause Analysis). Nur diese Hauptfaktoren (Signal Factors) werden im Experiment variiert, die anderen werden soweit wie möglich konstant gehalten. Können einzelne Faktoren für die Zeitdauer des Experimentes nicht konstant gehalten werden, müssen sie bei der Durchführung des Experimentes als Störgrößen (Noise Factors) mit eingebunden werden. Dies geschieht, indem die Reihenfolge der Experimente so geplant wird, dass die Störgrößen das Ergebnis nicht verfälschen (Blockbildung).

Auch wenn das Team nur drei Hauptfaktoren untersuchen möchte, ist die Anzahl der notwendigen Experimente auf Grund der möglichen Wechselwirkungen (Interactions) zwischen den Faktoren beachtlich. Wechselwirkungen können entweder eine Verstärkung oder eine Abschwächung bei gegebener Faktorenkombination bewirken. Variiert man die Faktoren nur auf zwei Stufen - man stellt zwei Werte ein - ergeben sich im linearen Fall bereits acht Kombinationen der Faktoren, im nichtlinearen Fall (drei Stufen) sind es 27 Kombinationen der Faktoren. Als externer Berater kann ich unter bestimmten Vorraussetzungen einen Versuchsplan auswählen, der nicht alle möglichen Kombinationen enthält (Full Factoring Design), sondern empfehle einen Teilfaktorenplan (Fractional Factoring Design) oder einen Aussiebeplan (Screening Design).

Der zweite Kostentreiber für Experimente ist die Anzahl der Wiederholungen pro Kombination der Faktoren. Als externer Berater berechne ich den minimalen Stichprobenumfang pro Faktorenkombination (Wirtschaftlichkeit) so, dass aus dem Rauschen (Versuchsstreuung) nur die maximalen Signale der Hauptfaktoren zu erkennen sind (Varianzanalyse). Die restlichen Signale werden durch den bewusst gewählten minimalen Stichprobenumfang vom Rauschen unterdrückt. Je kleiner der gewünschte Unterschied der Zielgröße im Verhältnis zum Rauschen ist, desto größer wird die Anzahl der Wiederholungen pro Faktorenkombination.

Der Erfolg eines Experimentes ergibt sich im wesentlichen aus der Planung und der Durchführung. Die Auswertung war früher nur "von Hand" mit einem sehr hohen mathematischen Wissen möglich und für Ingenieure nicht nachvollziehbar, geschweige denn zu verstehen. Die Auswertung ist heute mit Software möglich. Die Interpretation der Varianzanalyse (Freiheitsgrade, Signifikanzniveau, ...) setzt aber ein tiefes Verständnis der Statistik voraus. Auch hier kann ich als externe Berater dem Team hilfreich zur Seite stehen.

Zusammenfassung

Der externe Berater ermittelt zusammen mit dem Team den optimalen Versuchsplan, berücksichtigt bei der Durchführung der Experimente eventuelle Störgrößen und hilft bei der Interpretation der Ergebnisse.

Ein falsch geplantes und/oder fehlerhaft durchgeführtes Experiment kann zu falschen Ergebnissen führen. 

Do it right the first time!



Unsere Leistungen

Kostenlose telefonische Erstberatung. 

Kostenloses Kontaktgespräch  vor Ort.

Kostenlose Erstellung eines ausführlichen Angebots.

Beratung, Coaching und Training vor Ort.

Unterstützung bei der Auswertung und Interpretation der Ergebnisse (Software)

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