طراحی آزمایش ‌ها یا DOE

طراحی آزمایش ‌ها یا DOE 

طراحی آزمایش ‌ها یا DOE مخفف “Design Of Experiments” است و به‌عنوان شاخه‌ای از آمار کاربردی تعریف می‌شود. این ابزار با برنامه‌ریزی، انجام، تجزیه‌وتحلیل و تفسیر آزمون‌های کنترل‌شده برای ارزیابی عواملی که مقدار پارامترها را کنترل می‌کنند، سروکار دارد. DOE یک ابزار قدرتمند جمع‌آوری و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها است که می‌تواند در موقعیت‌های مختلف تجربی استفاده شود.

طراحی آزمایش ها یک روش سیستماتیک برای تعیین رابطه بین عوامل مؤثر بر یک فرایند و خروجی آن است. به‌عبارت‌دیگر، برای یافتن روابط علت و معلولی استفاده می‌شود. این اطلاعاتT برای مدیریت ورودی‌های فرایند به‌منظور بهینه‌سازی خروجی مورد‌نیاز است.

بررسی اجمالی

بسیاری از آزمایش‌ها شامل ثابت نگه‌داشتن برخی عوامل و تغییر سطوح متغیر دیگری است. بااین‌حال، رویکرد «یک عامل در یک ‌زمان» یا OFAT برای دانش فرایندی در مقایسه با سطوح متغیر به طور هم‌زمان ناکارآمد است.

رونالد فیشر اولین‌بار در سال ۱۹۲۶ چهار اصل پایدار DOE را معرفی کرد: اصل فاکتوریل، تصادفی‌سازی، تکرار و مسدود‌کردن. تولید و تجزیه‌وتحلیل این طرح‌ها عمدتاً به محاسبه دستی درگذشته متکی بود. تا همین اواخر، پزشکان شروع به استفاده از طرح‌های تولید‌شده توسط کامپیوتر برای DOE مؤثرتر و کارآمدتر کردند.

مفاهیم کلیدی در طراحی آزمایش ها یا DOE

مفاهیم کلیدی در ایجاد یک آزمایش طراحی‌شده شامل مسدود‌کردن، تصادفی‌سازی و تکرار است.

مسدودکردن

زمانی که تصادفی‌سازی یک عامل غیرممکن یا پرهزینه است، مسدود‌کردن به شما امکان می‌دهد که با یک تنظیم فاکتور، تصادفی‌سازی را محدود کنید.

تصادفی‌سازی

به ترتیب انجام مراحل در یک آزمایش اشاره دارد. یک توالی تصادفی، به حذف اثرات متغیرهای ناشناخته یا کنترل نشده کمک می‌کند.

تکرار

تکرار به معنی یک درمان آزمایشی کامل، از جمله راه‌اندازی مجدد است.

سؤالات کلیدی در رابطه با طراحی آزمایش ‌ها یا DOE

برای اینکه طراحی آزمایش ‌ها یا DOE به‌خوبی انجام شود، لازم است سؤالاتی را مطرح کنید:

• عوامل کلیدی در یک فرایند چیست؟
• در چه تنظیماتی این فرایند عملکرد قابل‌قبولی را ارائه می‌دهد؟
• اثرات کلیدی، اصلی و متقابل در فرایند چیست؟
• چه تنظیماتی باعث ایجاد تغییرات کمتر در خروجی می‌شود؟

اجزای طراحی آزمایش ‌ها یا DOE تجربی

فرایند پخت برنج را در نظر بگیرید. سه جنبه از این فرایند وجود دارد که توسط یک DOE تجزیه‌وتحلیل می‌شود:

عوامل یا ورودی‌های فرایند

عوامل را می‌توان به متغیرهای قابل‌کنترل یا غیرقابل‌کنترل طبقه‌بندی کرد. ورودی قابل‌کنترل، آن دسته از پارامترهای ورودی هستند که می‌توانند در یک آزمایش یا فرایند اصلاح شوند. مثلاً در پخت برنج، این عوامل عبارت‌اند از کمیت و کیفیت برنج و مقدار آب مصرفی برای جوشاندن.

فاکتورهای ورودی غیرقابل‌کنترل، آن دسته از پارامترهایی هستند که قابل تغییر نیستند. در مثال قبل، ورودی غیرقابل‌کنترل ممکن است دمای آشپزخانه باشد. این عوامل باید شناخته شوند تا بفهمیم چگونه ممکن است بر پاسخ تأثیر بگذارند.

سطوح یا تنظیمات

سطوح درواقع هر یک از عوامل موردمطالعه و قابل‌تنظیم هستند. به‌عنوان‌مثال می‌توان به تنظیم دمای گاز و مقادیر خاص نمک و … انتخاب‌شده برای ارزیابی اشاره کرد.

پاسخ یا خروجی آزمایش

پاسخ‌ها یا معیارهای خروجی، عناصری از نتیجه فرایند هستند که اثر مورد‌نظر را اندازه‌گیری می‌کنند. در مثال آشپزی، طعم و بافت برنج خروجی است که به طور بالقوه تحت‌تأثیر عوامل و سطوح مربوطه قرار می‌گیرند. در راستای بهینه‌سازی، پیامدهای مهم اندازه‌گیری و تجزیه‌وتحلیل می‌شوند تا عوامل و تنظیمات آن‌ها را تعیین کنند و بهترین خروجی را ارائه دهند.

چه زمانی از DOE استفاده کنیم؟

• هنگامی که بیش از یک عامل ورودی، مشکوک به تأثیرگذاری بر خروجی است.
• برای تعیین اینکه آیا یک عامل یا مجموعه‌ای از عوامل بر پاسخ تأثیر دارد یا خیر.
• تعیین اینکه آیا عوامل بر پاسخ تأثیر متقابل دارند یا خیر.
• برای مدل کردن رفتار پاسخ به‌عنوان تابعی از عوامل.
• برای بهینه‌سازی پاسخ.

چرا از طراحی آزمایش ‌ها یا DOE استفاده کنیم؟

طراحی آزمایش ‌ها یا DOE در بخش‌های مختلف تأثیرگذار است. این بخش‌ها شامل موارد زیر است:

• هدایت دانش علت و معلول بین عوامل.
• آزمایش همه عوامل به طور هم‌زمان.
• اجرای کارآزمایی‌هایی در محدوده آزمایش بالقوه عوامل
• درک اثر ترکیبی عوامل

اهمیت طراحی آزمایش ‌ها یا DOE

برای نشان‌دادن اهمیت DOE، بیایید ببینیم اگر DOE وجود نداشته باشد چه اتفاقی خواهد افتاد. آزمایش‌ها احتمالاً از طریق آزمون‌وخطا یا روش یک عامل در یک زمان (OFAT) انجام می‌شوند.

روش آزمون‌وخطا (Trial-and-Error)

در روش آزمون‌وخطا باید تنظیمات مختلف دو فاکتور را تست کنید و ببینید بازده حاصل چقدر است. این روش به این صورت است که:

1. آزمایشی را در مقادیر اولیه برای دو متغیر انجام دهید و بازده را ثبت کنید.
2. یک یا هر دو مقدار را بر اساس نتایج تنظیم کنید.
3. مرحله ۲ را تکرار کنید تا زمانی که فکر کنیم بهترین مجموعه مقادیر را پیدا کرده‌ایم.

معایب روش آزمون‌وخطا

این روش به دلیل کوتاه و خلاصه بودن نقص‌هایی دارد. معایب آزمون‌وخطا عبارت‌اند از:

1. ناکارآمد، بدون ساختار و موردی است.
2. بعید است که مجموعه شرایط بهینه را در دو یا چند عامل پیدا کند.

روش یک عامل در یک زمان (OFAT)

OFAT به این صورت است که باید مقدار یک عامل را تغییر دهید، سپس پاسخ را اندازه‌گیری و فرایند را با عامل دیگری تکرار کنید.

OFAT در مقایسه با آزمون‌وخطا یک رویکرد ساختارمند است، اما یک مشکل عمده وجود دارد که با این روش بعید است بتوانیم مجموعه شرایط بهینه را در دو یا چند عامل پیدا کنیم.

معایب روش یک عامل در یک زمان (OFAT)

این روش‌ هم نقاط کوری دارد که آن‌ها را پوشش نمی‌دهد. این نقاط شامل موارد زیر است:

• نمی‌توان به طور هم‌زمان تنظیمات هر دو عامل را تغییر داد.
• آزمایش‌ها در سراسر منطقه آزمایشی بالقوه انجام نمی‌شود.
• تأثیر ترکیبی دو متغیر بر پاسخ قابل‌درک نیست.

روش طراحی آزمایش ‌ها (DOE)

همان‌طور که گفته شد، یک رویکرد مؤثر و کارآمدتر برای آزمایش، استفاده از آزمایش‌های طراحی‌شده آماری یا DOE است. در این روش:

1. آزمایش با دو عامل انجام می‌شود و هر عامل دارای دو مقدار است.
2. این چهار آزمایش گوشه‌های فضای طراحی را تشکیل می‌دهند.
3. تمام ترکیبات سطوح، به ترتیب تصادفی اجرا می‌شوند تا اثرات متغیرهای کمین را به طور میانگین کاهش دهند.
4. تجزیه‌وتحلیل نتایج، ما را قادر می‌سازد تا یک مدل آماری بسازیم که اثرات فردی و تعامل آن‌ها را تخمین می‌زند.
5. ما را قادر می‌سازد تا تعامل بین عوامل را تجسم و کشف کنیم.

DOE در مقابل OFAT و Trial-and-Error

برتری روش طراحی آزمایش ‌ها یا DOE نسبت به روش‌های قبل در این است که:

• به آزمایش‌های کمتری نیاز دارد.
• در یافتن بهترین تنظیمات برای به حداکثر رساندن بازده مؤثرتر است.
• ما را قادر می‌سازد تا یک مدل آماری برای پیش‌بینی نتایج، به‌عنوان تابعی از دو عامل و اثر ترکیبی آن‌ها استخراج کنیم.

اخذ گواهینامه ایزو معتبر

برای اخذ انواع ایزو از طریق صفحه دریافت ایزو درخواست خود را به صورت سریع ثبت کنید. برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید از طریق شماره‌های ۳۳۴۴۴۸۱۴-۰۲۳ و ۳۳۴۴۴۸۱۳-۰۲۳ با ما در تماس باشید یا از طریق تکمیل فرم اخذ ایزو کارشناسان ما با شما تماس خواهند گرفت.

این مقاله به صورت اختصاصی توسط تیم فنی ایزوسیستم آماده شده است، هرگونه بهره برداری بدون ذکر نام و آدرس منبع شرعا و قانونا ممنوع می باشد.