때때로 내가 제대로 된 직업을 가지고 있다는 것을 아이들에게 납득시키기가 어렵습니다. 나는 재택근무를 많이 하는데 최근에 그들은 내가 이 종이 헬리콥터를 만들고 날리는 것을 보았습니다.
이 작업은 어때? ~에 JMP , 우리는 항상 더 많은 과학자와 엔지니어가 데이터 분석에 참여할 수 있는 방법을 찾으려고 노력하고 있습니다. 나에게 큰 열정은 실험 설계 (DoE) 과학자와 엔지니어가 어려운 문제에 대한 최상의 솔루션을 신속하게 찾는 데 어떻게 도움이 되는지 알고 있기 때문입니다.
제 동료 중 한 명이 실제 실험을 통해 사람들에게 DoE의 실제 경험을 제공하는 대회를 운영하는 아이디어를 내놓았습니다. 종이 헬리콥터 실험은 다중 요소 엔지니어링 문제를 해결하는 도전을 경험할 수 있는 전형적인 예입니다.
엔지니어링 과제 및 방법 ~ 아니다 그것을 해결하기 위해
목표는 간단합니다. 비행 시간이 가장 긴 디자인을 찾는 것입니다.
어떻게 할 수 있을지 잠시 생각해 보십시오. 비행 시간에 영향을 미칠 것으로 예상되는 많은 "요인"을 생각할 수 있다고 확신합니다.
- 종이의 종류
- 날개가 얼마나
- 날개가 얼마나 넓은지
- 등등…
이제 변경할 수 있는 이 모든 사항을 고려하여 최고의 디자인이 무엇인지 알아내려면 어떻게 해야 할까요? 요인 선택의 최상의 조합을 어떻게 결정할 것입니까?
나는 여러분 대부분이 곧바로 다이빙을 하고 작동할 것이라고 생각하는 헬리콥터를 만들어 비행할 것이라고 생각합니다. 그런 다음 디자인을 변경하여 두 번째 것을 만들 수 있습니다. 날개를 조금 더 길게 만들면 비행 시간이 향상될 것이라고 생각하기 때문입니다. 당신은 그것을 시도하고 그것이 조금 더 오래 날아가는 것을 발견합니다. 그런 다음 다음 빌드를 위해 다른 요소를 변경할 수 있습니다.
당신은 결국 시간이나 에너지가 다 떨어질 때까지 이렇게 계속합니다. 당신이 시도한 모든 것 중에서 가장 잘 작동하는 것을 찾을 것입니다. 작업 완료!
그러나 다음과 같은 몇 가지 골치 아픈 의문이 남아 있습니다.
- 나는 정말 모든 가능성을 탐구했는가?
- 각 요소의 영향을 이해하고 있습니까?
- 이 디자인이 잘 된 이유를 정말로 알고 있습니까?
- 내가 시도하지 않은 더 나은 솔루션이 있을 수 있습니까?
- 더 짧은 시간에 덜 번거롭게 해결책을 찾을 수 있었습니까?
이것은 내가 화학 산업에서 제조 프로세스를 개발할 때, 즉 DoE에 대해 알기 전까지 실험실에서 일했던 방식과 거의 비슷하기 때문에 개인적인 경험을 통해 이야기합니다.
DoE와 함께하는 더 나은 방법
종이 헬리콥터 대회의 경우 참가자는 DoE 전략을 사용하여 최고의 디자인을 찾도록 안내받았습니다. 그들은 4개의 서로 다른 헬리콥터에 대한 템플릿과 그것들을 만드는 방법에 대한 지침을 제공받았습니다.
그들은 총 8대의 헬리콥터를 제공하기 위해 동일한 4대의 헬리콥터로 구성된 또 다른 세트를 종이의 무게가 다른 세트로 만들라는 지시를 받았습니다. 8대의 헬리콥터를 모두 제작하고 테스트함으로써 그들은 짧은/긴 날개, 얇은/두꺼운 날개, 무겁고 가벼운 종이 유형의 가능한 모든 조합을 시도했을 것입니다. 모든 요인을 동시에 변화시키는 것은 아마도 당신이 들은 것과 반대가 될 것입니다. 이런 식으로 실험하면 몇 가지 큰 이점이 있습니다.
DoE에서 배우는 것
내 업무의 큰 부분은 고객이 소프트웨어로 무엇을 할 수 있는지에 대한 인식을 높이기 위해 세미나와 워크숍을 위해 고객을 방문하는 것입니다. 우리는 최근 이러한 방문 중 하나에서 참석자들과 동일한 실험을 실행했습니다. 이들은 그룹 중 하나의 결과입니다. 그들은 각 헬리콥터의 비행 시간을 세 번 측정하고 평균을 구했습니다.
길고 얇은 날개를 가진 종이로 만든 5번 헬리콥터의 최적 비행시간(1.98초)임을 알 수 있습니다. 동일하지만 두꺼운 날개(#6)가 있지만 거의 비슷합니다(1.83초). 짧고 얇은 날개를 가진 카드 헬리콥터(#3)가 최악입니다(0.51초). 이 결과를 사용하여 각 요인의 개별 효과를 추정할 수 있습니다.
카드의 평균 비행 시간은 0.78초입니다. 종이의 평균 비행 시간은 1.52초입니다. 이제 우리는 카드에서 종이로 바뀌는 비행 시간에 미치는 영향이 1.52 - 0.78 = 0.74초라는 것을 알아낼 수 있습니다. 우리는 다른 요인들에 대해서도 똑같이 할 수 있습니다.
더 좋은 점은 다음과 같은 소프트웨어를 사용할 수 있다는 것입니다. JMP 이 모든 정보를 함께 제공하는 모델에 적합합니다. 이 예측 프로파일러는 JMP를 사용하여 동일한 데이터에 맞는 모델의 시각화입니다.
요인 설정을 변경할 때 어떤 일이 발생하는지 보려면 플롯에서 빨간색 파선을 클릭하고 드래그하십시오. 이 인터랙티브 비주얼은 에 게시되었습니다. JMP 공개 와 함께 이 블로그 게시물과 관련된 몇 가지 더 . 각 요소가 비행 시간에 미치는 영향을 확인할 수 있습니다. 용지 종류가 가장 큰 영향을 미칩니다. 날개 너비는 그다지 중요하지 않습니다. DoE는 시스템 또는 프로세스에 대한 풍부한 이해를 제공합니다.
이 균형 잡힌 데이터 세트를 통해 더 복잡한 동작을 이해할 수도 있습니다. 종이 종류와 날개 길이의 효과 사이에 상호 작용이 있습니까? 즉, 날개 길이에 따라 종이 종류의 효과가 영향을 받습니까? 이 간단한 데이터 시각적 개체는 상호 작용이 많지 않음을 나타냅니다.
카드와 종이의 비행 시간 차이는 긴 날개와 짧은 날개 모두 매우 비슷합니다. 다른 경우에는 이러한 상호 작용 효과가 매우 중요합니다. 한 번에 하나의 요인만 변경하면 중요한 상호 작용을 찾는 데 필요한 데이터가 없습니다.
이것은 DoE로 더 많이 그리고 더 빨리 배울 수 있는 방법을 보여주는 매우 간단한 예입니다. 산업 과학 및 공학의 실제 세계에서는 실험이 더 복잡해질 수 있습니다. 예를 들어, 더 많은 요인이 있는 경우가 많으므로 모든 가능성을 테스트하는 것은 현실적이지 않습니다. 이와 같은 실제 제약 조건을 처리하기 위해 DoE 방법을 조정할 수 있음을 알아야 합니다. 실험 과제가 무엇이든 DoE를 사용하면 더 많은 것을 더 빨리 배울 수 있습니다.
그리고 승자는…
내일 다음 블로그 게시물에서 우승자를 발표하고 그들의 보고서에서 발췌한 내용을 공유하겠습니다. 이번 대회는 왕립화학회(Royal Society of Chemistry)의 잡지인 Chemistry World를 통해 홍보되었습니다. 우리는 템플릿을 잡지에 삽입물로 포함시켰고 그곳의 팀은 다음과 같은 훌륭한 비디오를 만들었습니다.
최고의 헬리콥터 챌린지를 만드세요 ~에서 화학 세계 ~에 비메오 .
우리는 경쟁에 참가하는 사람들에게 DJI Mavic 2 드론을 받을 수 있는 기회를 얻기 위해 자신의 작업에 대한 짧은 보고서를 보내달라고 요청했습니다. 우리는 훌륭한 출품작을 많이 받았습니다. 심사위원으로서 명확한 생각, 노력, 배움, 재미를 보여주는 작품을 찾고 있었습니다. 그러니 내일 다시 와서 누가 이겼는지 알아보세요.
지금은 DoE에 대해 자세히 알아보고 싶을 수 있으므로 여기에 몇 가지 추가 리소스가 있습니다.
- 대회는 마감되었지만 여전히 얻을 수 있습니다 템플릿 및 지침 헬리콥터 챌린지를 직접 시도해보세요.
- Johnson Matthey의 수석 과학자인 Pilar Gomez-Jimenez는 최근 DoE로 시작하여 이 웨비나 케미스트리와 함께합니다.
- 작년에 저는 사람들이 처음 시작할 때 혼동을 줄 수 있는 일부 용어와 개념에 대한 간단한 설명과 함께 DoE를 이해하기 쉽게 설명하는 일련의 블로그 게시물을 작성하기 시작했습니다. 전체 시리즈를 찾을 수 있습니다. 여기 .
