Experimente für die meisten von uns sind Demonstrationen wissenschaftlicher Prinzipien. Wir erinnern uns an den naturwissenschaftlichen Unterricht, in dem wir Lackmuspapier in einen Becher Zitronensaft steckten und sahen zu, wie er rosa wurde.
In der wissenschaftlichen Forschung konstruieren viele Forscher immer noch Experimente, um eine aktuelle Hypothese zu unterstützen oder sie möglicherweise zu widerlegen. Solche Experimente erfordern möglicherweise nur einen Durchlauf der experimentellen Maschine. Alle nachfolgenden Läufe dienen nur der Überprüfung des Ergebnisses der ersten Demonstration.
Also wenn ich das sage, mein Forschung Bereich ist Experiment Design , fragen die Leute: "Sie meinen, Sie zeigen den Leuten, wie sie sehr vorsichtig sind, wenn sie ihre Experimente ansetzen?" In jedem Experiment ist das sorgfältige Einrichten, Beobachten und Messen von Bedeutung. Aber darum geht es beim Experimentdesign nicht.
Ich möchte erklären, was Experimentdesign ist. Ich möchte auch die Verwendung von entworfenen Experimenten zur technischen Problemlösung anregen. Zunächst muss ich jedoch darauf hinweisen, dass die heutigen Produkte und die Verfahren zur Herstellung dieser Produkte wesentlich komplexer sind als noch vor einem Jahrzehnt. Für die Herstellung der Verarbeitungseinheiten, die in Ihr Mobiltelefon übertragen werden, sind möglicherweise Dutzende Schritte erforderlich, die jeweils mehrere Steuerelemente umfassen. Sogar die Herstellung von Toilettenpapier ist ein High-Tech-Prozess!
Die Ingenieure sind sowohl für die Definition von Produkten als auch für das Erstellen von funktionierenden Systemen oder Prozessen verantwortlich. Dies erfordert Aufmerksamkeit zum Detail und Einfallsreichtum. Wettbewerbsdruck bedeutet enge Entwicklungszeiten und sorgfältige Kostenbetrachtungen.
Der erste Schritt auf dem Weg vom Konzept zu den Produkten in den Filialen umfasst das Erstellen und Testen von Prototypen. Eine Möglichkeit, ein Prototypprodukt, -system oder -verfahren zu testen, besteht darin, es auf irgendeine Weise zu ändern und die Auswirkung dieser Änderung auf eine bestimmte Leistungsgröße zu messen. Im Experimentdesign-Sprachgebrauch werden Leistungsmessungen aufgerufen Antworten . Faktoren sind Aspekte des Prototyps, die wir ändern oder kontrollieren können. Normalerweise sind wir an den Auswirkungen von mehr als einem Faktor interessiert, was mehrere Tests verschiedener Prototypen erfordert. Hier geht es beim Experimentdesign darum, wie man entscheiden soll, welche Prototypen getestet werden sollen und wie man sie testen kann.
Zunächst ist es das Ziel zu bestimmen, welche Faktoren die Antwort am meisten beeinflussen. In einer Brainstorming-Sitzung werden möglicherweise ein Dutzend oder mehr Faktoren identifiziert, von denen wir glauben, dass sie die Reaktion beeinflussen können. Im Allgemeinen sind jedoch nur wenige Faktoren für die große Mehrheit der Antwortschwankungen verantwortlich. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, die Auswirkungen von Dutzend Faktoren durch Versuch und Irrtum zu unterscheiden. Dies ist eine übliche Praxis für Ingenieure, die keine Erfahrung mit der Versuchsplanung haben. Studien mit Versuch und Irrtum verschwenden oft Ressourcen und führen zu mehrdeutigen Ergebnissen. Ein teurer Ansatz ist es, alle möglichen Kombinationen der Faktoren zu testen. Bei einem Dutzend Faktoren erfordert dieser Ansatz 4.096 Versuche, was in der Regel unerschwinglich zeitaufwendig und teuer ist. Im Gegensatz dazu kann ein durchdachtes Experiment klare Ergebnisse liefern und gleichzeitig die erforderliche Testmenge drastisch reduzieren.
Zum Beispiel trennen Screening-Experimente die wenigen wenigen Faktoren von den unbedeutenden vielen. Für das Faktor-Screening konstruierte Versuchsanordnungen erfordern im Allgemeinen nur eine kleine Investition, die zwischen dem ein- und zweifachen der Anzahl der Faktoren liegt. Die Fähigkeit, die Auswirkungen so vieler Faktoren bei einer so geringen Anzahl von Testläufen zu unterscheiden, liegt an der eleganten Struktur der Versuchspläne für das Screening.
Bis vor kurzem mussten sich Ingenieure, die Experimentdesigns für das Faktor-Screening verwenden wollten, auf Kataloge von Designs in Lehrbüchern oder anderen Referenzmaterialien verlassen. Diese Designtabellen waren restriktiv, da sie nur für bestimmte Kombinationen von Faktoren und Testläufen verfügbar waren.
Heutzutage mag kommerzielle Software JMP kann Screening-Designs basierend auf den Anforderungen jeder einzelnen Studie im Handumdrehen erstellen. Ein computergestützter Ansatz für das Experimentdesign bietet mehrere Vorteile gegenüber der Verwendung von Referenzdesigns. Die Computergenerierung von Designs ist sofort möglich. Dies ermöglicht die Erstellung und den Vergleich mehrerer Entwurfsalternativen. Ein weiterer Vorteil ist die Flexibilität, ein Design für jedes einzelne Problem zu erstellen, anstatt Ihr Problem neu zu formulieren, um den Anforderungen eines Referenzdesigns zu entsprechen. Schließlich sind die Schulungs- oder Wissensanforderungen für den angemessenen Einsatz computergestützter Designs geringer als bei herkömmlichen Designs. Dadurch wird diese Technologie potenziell jedem Ingenieur zugänglich.
Stellen Sie sich eine Welt vor, in der die Verwendung von Experimentdesign ein Standardverfahren für das Engineering war. Produkte würden schneller zu niedrigeren Kosten und mit höherer Qualität und Zuverlässigkeit auf den Markt kommen. Eine solche Welt wäre ein besserer Ort zum Leben.
