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從單因素設計到 GO-SSD 設計的設計實驗已有 47 年（迄今為止）(2021-US-30MP-809)

貢獻論文按需獲獎者

 

級別：初級

 

羅納德·安德魯斯 (Ronald Andrews)，安德魯斯實用統計公司獨資經營者

 

像柯達的大多數年輕工程師一樣，我一開始運行一次單一因素的設計，直到我們需要優化五組件解決方案。 在成功優化這個具有兩個統計顯著性三向交互的解決方案後，我迷上了設計實驗。 隨著計算機工具的進步，我們從鉛筆和紙轉向內部大型機程序。 在 20 世紀 80 年代，我們開始使用大型機 SAS。 在 20 世紀 90 年代，我們有 JMP，但我們的 DOE 基本上仍然是目錄設計。 在 20 世紀 90 年代末，當 JMP 添加了優化設計時，我們有了一些新工具。 實驗不一定是正交的。 我們可以進行較小的實驗，但仍然可以獲得必要的數據，這在柯達研究實驗室的衰落時期非常重要，當時對實驗的數量和規模有嚴格的配額。 當 Bradley Jones 和 Christopher Nachtsheim 在 2011 年推出明確的篩選實驗時，我轉向博士倫。 我們遇到過不止一例 DSD 及早發現對抗性相互作用以避免項目延誤的案例。 退休後的能源部更簡單，專注於優化冰淇淋配方和減少在傳統爐子上生產楓糖漿的時間等事情。

 

 

自動生成的成績單...

 

揚聲器	成績單
羅納德·安德魯斯	你好，下午好。 我叫羅恩·安德魯斯。 今天我要談談實驗設計。
	所以標題是設計實驗 47 年（到目前為止），從一個因素到時間再到一組正交超飽和設計。 底部有一些聯繫信息。
	如果您有任何與本次演示相關的問題，甚至無關的問題，請隨時通過此處列出的電子郵件地址與我聯繫。
	讓我們開始演示模式。
	主題。 我一次提到一個因素，並且組正交。
	我還將提到我運行的早期階乘。 耶茨算法是一個歷史怪事。 最佳設計，非常重要。
	明確的篩選設計以及群體正交設計在篩選情況中也很重要。
	當我剛到柯達時，我對實驗設計一無所知。 我所有的實驗都是一次一個因素。
	這裡有一個特殊的顯示器，我可以展示它的彩色顯示器。 我所工作的領域是設計新工藝來開發彩色膠片並幫助維護它們。 彩色膠片出現在數碼之前。你們中有些人可能還記得這一點。
	有時，在加工實驗室中，可能會發生一些會稀釋顯色劑的情況。
	問題是，在我們必須拋棄它並重新開始之前，我們能走多遠？ 我們認為可能是 5%，也可能是 10%。 我們有報導稱人們走得更遠並聲稱
	可接受的結果。 我們決定做一個極端的測試。 我們從正常強度開始，一路降至正常濃度的 25%。
	我需要簡單描述一下彩色膠片是如何評價的。 我們在膠片上曝光灰度階梯片並進行處理後，
	我們使用密度計讀取三種不同濾光片的光密度，因此我們可以讀取三種顏色記錄中的每一種，
	我們繪製光密度與對數曝光的關係圖。 現在這是一部反轉片；它是正像，因此高曝光密度低，反之亦然。
	這是實驗及其結果。 當濃度為 100% 時，我們可以獲得漂亮的平行曲線，並且獲得良好的色彩平衡。
	75% 是一個相當健康的稀釋度。 藍色和綠色的密度正在上升。 起初這令人費解。 為什麼要提高密度
	當我們稀釋形成染料的步驟時？
	好吧，我們仔細觀察，發現溶液中存在一種競爭性偶合劑，它會形成一種水溶性染料，但最終不會出現在膠片中。
	它的作用是改善圖像結構，但它也是溶液中對濃度最敏感的成分。
	因此，當我們第一次開始稀釋時，這就是我們首先看到的。 我們看到了稀釋競爭耦合劑的影響，並且我們獲得了更高的密度，特別是在綠色和藍色記錄中。 色彩平衡發生了變化。
	我們達到了 50%。 綠色和藍色仍在上漲。 紅色開始在上部範圍內彎曲。
	顯色劑必須首先檢查藍色和綠色記錄，當它下降到上方刻度的紅色記錄時，它會嘗試開發最大量的染料，
	沒有足夠的顯色劑來形成應有的所有染料。
	然後我們達到 25%，所以它是正常濃度的 25%。 紅色唱片確實是一落千丈
	本來應該接近黑色的東西變成了鮮紅色，這裡有一種迷幻的效果。 我們看著這個，想，這很有趣。 可能有人想故意這樣做，也許我們應該發布這個方法。
	那是 70 年代。
	有這樣想法的人很多。 我不相信我們曾經發表過它。 任何見過這個的人都會認識到這種效果。
	我運行的第一個階乘是一個涉及 Super 8 電影的項目。
	現在，Super 8 最初是家庭電影，它出現在攝像機之前，而攝像機出現在數字視頻之前，而數字視頻就是我們今天在智能手機上使用的。
	我們希望將 Super 8 電影介紹給更專業的客戶。 該項目的一部分是製作更長的影片，在專業幀速率下持續 10 分鐘。
	所以我們有一個大的墨盒，裡面有一些大的捲軸，塑料部件相互摩擦，從而產生靜電。
	一點點靜電就會產生一點點污垢。
	更多的靜電放電會在膠片上留下藍色的小閃電。 不好。
	我們嘗試了很多方法來消除靜電。 沒有一個是完全成功的。
	我們最終所做的是在薄膜頂部放置一層紫外線吸收層，使薄膜免受靜電影響。 靜態火花中的幾乎所有能量都位於紫外線區域。
	現在，這使得薄膜對靜電視而不見，但它也減慢了銀的去除速度。
	在形成染料的彩色顯影步驟之後，我們有一種漂白定影溶液可以去除銀，這樣我們就可以看到漂亮清晰的彩色圖像。
	我的工作是優化這種漂白修復解決方案。
	有五個成分，如果你想算水的話，有六個成分。 來自化學家的說法，“我們認為存在很多相互作用。”
	這是一部輕描淡寫的傑作。
	關於我的背景的簡短說明。 我畢業於一所備受尊敬的工程學院，沒有統計學背景。
	我到了柯達知道什麼是 F 檔，但我不知道什麼是 F 測試。
	幸運的是，該公司有一個管理服務部門，有一群統計專家。
	因此，我約見了美國能源部專家之一約翰·林奇（John Lynch），我們聚在一起討論了這個問題，並就二到第五個中心複合材料達成了一致。
	完整的二到第五階乘聽起來很奢侈，但我們不知道哪些交互作用將是重要的，並且我們可以一次運行這八個，所以我們可以在一天內完成它。 這是一項艱鉅的工作，但在我們的能力範圍內。
	1974年關於物流的一些筆記。
	該設計來自目錄。
	用我的計算尺將設計單位轉換為物理單位。 現在 HP 35 計算器已經存在，但以今天的美元計算，它要花費 2,000 個，而我沒有。
	我手寫了說明，並將復寫紙副本交付給實驗室。 他們通過所有 46 種不同的解決方案處理膠片樣品。
	他們把膠片樣本還給我，所以我把它們帶到另一個實驗室進行銀分析。
	我將結果打入 IBM 卡片中。
	這些曾經是數據處理的支柱，有些人已經見過它們。
	然後我將甲板提交到垃圾箱中，以便在大型機上運行過夜。
	第二天早上我把紙打印出來：表格和行式打印機圖表。 如果你想要曲線，我們用彩色鉛筆和法式曲線把它們畫出來。
	與我們今天使用的有點不同。
	結果，
	就像事後很多年我還能記得它們一樣。 它們絕不准確，但它們
	方向是正確的。
	五種成分中的四種具有較大的主效應，五種成分中的四種也具有顯著的二次效應。 然後，為了讓事情變得真正有趣，我們進行了一些三向互動。 實際上是兩個。 漂白劑、固色劑、漂白促進劑。
	P 值不為零，但小於 0.0001。
	下面是固色劑、漂白促進劑和穀物餅乾。 P 值為 0.055。並不總是能成功。
	化學家們看了之後說，這三種成分相加形成了一種化合物。 這可能就是您獲得所見結果的原因。 我們將其留在模型中，隨後的結果證實了這一點。 這是一次真正的三向互動。
	從那時起我就了解到這種情況是多麼罕見，47 年來，在同一個實驗中獲得兩次三向交互的情況再也沒有發生過。
	下一步是優化。 這些都是設計單位，因此原始公式為零。 每平方米還剩下 1,400 毫克白銀，
	大約是薄膜中原始塗層量的三分之一。
	實在是太多了。 投影這部影片，您會看到圖片上到處都是大黑點。
	通過我們優化的配方，我們增加了三種成分的含量，降低了其中一種成分的含量。
	我們不加防腐劑；它沒有效果。 銀含量降至 22 毫克。
	這不是零，但你看不到它。
	攝影工作的遊戲名稱是，如果你看不到差異，那就沒有什麼區別。
	為了安全起見，我們稍微延長了浸泡時間。
	這個實驗對個人的影響是巨大的。 我可能花了幾個月的時間來嘗試優化這個解決方案，卻沒有得到從這個實驗中得到的結果，所以我被迷住了。
	我查閱了約翰·林奇的培訓計劃，並報名參加了他的下一期能源部課程。
	我報名參加了高級課程，並尋找其他機會來了解更多有關能源部的信息。 我仍在尋找更多機會來學習實驗設計。
	近年來，探索峰會一直是其中的重要組成部分。
	還有 70 年代的怪事。
	我開始做更多的階乘實驗，不像我剛才展示的那麼大，通常是二到第三或第四。
	對於那種規模的實驗，我懶得把結果打孔提交到主機上。 我使用Yates算法，用鉛筆和紙，15或20分鐘就可以計算出回歸係數。
	你不需要知道這一點。 這是歷史上的奇事。 如果你有興趣可以查一下，但在當今世界，你不需要了解 Yates 算法。
	在 20 世紀 80 年代，
	我們有大型機 SAS。 設計仍然來自目錄，但我們有 PROC GLM 來分析實驗。
	然後我們得到了一個內部編寫的 DOE 生成器。
	它仍然從目錄中獲取設計，但已計算機化，通過 SAS 分析集成到同一套程序中，後來又集成了響應優化器。
	然後多次回复，
	這對於膠片來說很重要，我們需要測試大約 150 項內容並確保我們做得正確。
	DOE 變得更大。
	九十年代
	JMP 來了。 現在我知道版本1，它是在1989年推出的，但據我所知，柯達直到1990年才得到它，所以我是這麼算的。
	我們有一個名為 Curves 的程序，是內部編寫的，它分析了我之前作為特徵向量展示的那些特徵曲線，我確信這裡有幾個人現在可以向我們展示如何使用 JMP 來做到這一點。
	Curves 與運行實驗塗層系統的配方按需計算機系統配對。
	現在傳統上，
	使攝影膠片產生變化，
	大多數彩膜產品大約有十幾層，通常通過塗佈機三遍。
	為了做出改變，我們停止了塗覆，更換了罐，重新淨化了生產線並重新開始了塗覆。
	通過按需配方，對於我們想要產生變化的層，我們會將組件分成不同的部分，動態混合它們，然後我們可以通過改變泵速率進行更改。
	我們不必停下來重新淨化生產線並重新開始塗層。 我們可以在相同的時間內獲得更多的塗層零件。
	這導致了一些更大的實驗。 我做過的最大的一次是 2 到 17 - 11 的中央複合。
	107 個因子組合（包括一些重複）均使用 FOD 系統在一天內運行。
	這提供了紅色記錄的相當完整的模型，這是一種正在開發的新產品；我們還進行了其他實驗來填充綠色和藍色記錄。
	這聽起來很大，但一位同事運行了 2 到 17 減去 9 的中心複合。 他涵蓋了所有三種顏色記錄、300 個因素組合。
	他花了六個星期和價值 50,000 美元的大型機時間來分析它，但與六個月和近 50 萬美元的實驗工作相比，這是很便宜的。
	2000 年代到來，柯達
	遭遇了命運的逆轉。 FOD已拆除；它無法再支持敬業的工作人員了。
	刪除了對 Curves 程序的支持。 如果你知道如何運行它，它仍然在那裡。 如果你沒有，也許你可以找人幫忙。
	幸運的是，JMP 附帶了 DOE 功能，可以接管大量 DOE 設計和分析工作。
	由於管理層的原因，我們對實驗的數量和規模進行了限制。
	1999年
	我進行了 71 次塗層實驗，2000 年，我全年只進行了 25 次，每次實驗的零件不超過 12 個。 不再需要大階乘。
	效率非常重要，因此此時進行的實驗是最佳的；非常有價值。
	我們發現我們不必進行完全正交平衡的實驗。 這些都是很好的功能，但它們並不是絕對必要的，因此我們將這些實驗與我們可以得到的所有因素一起打包
	獲得盡可能多的信息。
	我們還從事一些
	捎帶。我正在開展一個項目，以取代同步塗層中的含氟表面活性劑。
	這影響了薄膜頂部的物理性能。
	它不影響照相特性。 我可以改變感光層，並且它對錶面的物理特性沒有影響，因此我可以在同一組塗層部件上運行兩個完全獨立的實驗。 這完全令人困惑，但我們可以單獨測試它們。
	除非您真正了解您的流程，否則不建議這樣做。 柯達當時在實驗性塗料方面擁有 120 年的經驗。
	我們定向地知道可能會發生什麼。 我們的實驗主要是校準；效果有多大。
	2005年來了。
	柯達說是時候離開了，所以我找到了一家同樣成立於羅切斯特的老公司，即博士倫公司。
	現在這個我以前用過的剪輯：發現意想不到的事情。 這比確認已知的事情更重要。 我堅信這一點。
	但在受監管的行業中，通常需要確認已知的情況。
	FDA 要求我們確認每個重要的工藝參數均符合其規格限制。 當您在規格限制下運行時，有時他們必須運行規格限制的所有……也許不是全部，而是大多數……組合，並確保產品是可接受的。
	但我們仍然需要效率。 我們仍然需要有效的實驗，所以我們利用了那些最優的實驗。 其他一些差異。 在柯達，我可以尋求幫助，那裡有一些 JMP 專家。 在 B&L，最初，我是我們工藝工程團隊中唯一的人。
	我又招募了一些新員工，他們開始向我尋求幫助，所以我必須更好地學習軟件。
	我很快就了解了有關該計劃內以及通過電話和電子郵件提供的幫助設施的更多信息，我真誠地感謝那些接收這些電子郵件和電話的人們。
	我還設法利用自己的職位參加了不止一場探索峰會，
	這是我參加過的最好的技術會議。 我學到了很多。 我通常專注於 DOE，但除了 DOE 之外，我還學到了很多東西。 那裡有很多不同的東西都是值得的。
	我在 B&L 工作期間的一些事情、一些亮點，我曾經演示過四向交互……有點像。
	有一種正在開發的隱形眼鏡有一個獨特的缺陷，可以通過四種不同的方法來治愈。
	如果我們將四個因子堆積成一個階乘，數學就會顯示為四向交互。 一旦你治癒了它，你就無法再用其他因素來治愈它。 嚴格來說，這不是物理化學四向相互作用，但從數學上來說它是。
	我遇到過的唯一的四向交互。
	我永遠記得2011年
	丹佛探索峰會。 這是我第一次參加，當時 Bradley Jones 和 Chris Nachtshiem 介紹了明確的放映設計。
	我看著它，立刻就知道我要用它做什麼。 我需要驗證規格限制，必須驗證單體混合物中所有成分的稱重規格。
	我用 DSD 來達到這個目的。 不僅可以輕鬆驗證所有規格限值和規格限值組合，
	但我有一個模型，可以用來做一些假設實驗，看看如果我們收緊規格，可能會發生什麼？
	我們做了其中一些，不是因為我們需要這樣做，而是因為我們可以……我們有能力收緊規格，並且我們可以從中受益。
	我又做了一些背負式實驗。
	去年我正在做一個項目
	涉及一種新的日拋隱形眼鏡。
	日拋鏡片的售價遠不及 30 天鏡片的售價，但製造成本也低不了多少。
	我們在數量上彌補了這一點，但利潤率仍然受到擠壓。 因此，我們在該計劃的成本方面花費了相當多的時間。 一位同事正在研究脫模步驟的產量。
	我試圖減少萃取步驟中使用的溶劑量，在萃取步驟中，我們將不反應的單體從鏡片中洗掉。
	我們進行了三個不同的背負實驗，從 50 到 75 個部分，我的同事進行產量實驗，我進行提取實驗。
	每一枚鏡片我都需要 300,000 個，以驗證我的提取更改是否安全有效。
	我在生產設備上獲得這麼多時間來運行此類測試的唯一方法是與其他實驗共享時間。 這再次令人困惑，但我們可以單獨測試並獲得不同的參數，並且都可以在同一個實驗中使用。
	我們確實在產品發佈時及時驗證了成本削減的變化，並且該產品現已上市：注入隱形眼鏡（如果市場上有人需要這樣的東西）。
	現在我很早就提到了群正交超飽和設計。
	當我第一次在探索峰會上聽說這些時，我想是三年前，
	我有點像一個拿著錘子找釘子的孩子。 我想，你知道，這是另一個很棒的放映設計。 我得試試這個。
	我進行了很多模擬實驗。 我已經展示了優點；如果你有太多顯著的影響，我還展示了一些陷阱。
	我還沒有真正運行過。 到目前為止，在篩選情況下，我將其與DSD 進行了比較，並且我認為在迄今為止我提出的案例中，估計一些二階效應的機會比我使用GO-SSD 進行的較小實驗更有價值。
	這是能源部的一些建議。 它們不是我的建議。 我在這裡模仿專家。
	首先，將這些目錄放入循環文件中。 你不需要它們。
	對於篩選情況，請考慮 DSD 和 GO-SSD。
	找出最適合您情況的一種。
	對於大多數實驗，包括一些篩選情況，最佳設計將是最佳選擇。
	現在，就哪個參數而言是最佳的。
	如果您擔心，請查看布拉德利·瓊斯在過去的探索峰會上所做的一些演講，您會得到一個很好的結果
	演示有很多細節。
	如果你不想擔心，那就別擔心。 與各種最優參數之間的微小差異相比，最優設計的優勢是巨大的。
	僅僅接受默認值不會讓你陷入糟糕的境地。
	最後，始終、始終、始終在開始運行實驗之前使用設計評估工具。
	我總是計算功率，我總是查看相關熱圖。
	如果這是一個重要的實驗，我也會
	運行許多具有不同噪聲級別的模擬，並確保我有很好的機會展示......檢測我需要能夠檢測到的效果。
	借用《漢密爾頓》中喬治國王的一句話：“接下來會發生什麼？”
	嗯，我一月份從博士倫退休，所以我不再獲得工程師的報酬。
	仍然是一名工程師。
	我一直致力於將我一生的攝影愛好發展為一項事業。
	幾週前，我運行了一個三乘三的階乘。
	我擔心的是
	我購買的新廣角鏡頭。 我不滿意，又買了一張。
	我比較了三款廣角鏡頭，包括一款舊款。 我使用了三種不同的光圈，並觀察了焦點均勻性作為響應，我發現鏡頭絕對沒有任何問題。 問題出在攝影師身上。 我需要更好地集中註意力。
	重要且有用的信息。
	我希望繼續參與數據分析。 我對新冠病毒趨勢做了一些數據分析。 我看著
	溪流和河流的水流數據
	所以我知道周圍的某些瀑布什麼時候會處於良好狀態。 我還分析了我們教會的一些人口統計數據。
	我可能不會從這項工作中獲得大部分報酬。 我對諮詢的想法持開放態度，但並沒有積極追求，所以不太可能發生。
	這是我 47 年作為工程師從事各種不同類型實驗的旋風之旅。
	很高興回答任何問題。 非常感謝。

峰會精選爆發數據探索美國能源部回复：47 年（迄今為止）從單因素設計到 GO-SSD 設計的設計實驗 (2021-US-30MP-809)

感謝您的有趣演示，讓我們回想起過去用鉛筆和紙、打孔卡以及用法國曲線手動繪製數據來分析數據的日子。

回复：47 年（迄今為止）從單因素設計到 GO-SSD 設計的設計實驗 (2021-US-30MP-809)

羅恩，

喜歡您的演示，帶回了大型機 SAS 的舊記憶。 感謝分享。     

回复：47 年（迄今為止）從單因素設計到 GO-SSD 設計的設計實驗 (2021-US-30MP-809)

關於能源部歷史的精彩故事。

回复：47 年（迄今為止）從單因素設計到 GO-SSD 設計的設計實驗 (2021-US-30MP-809)

感謝您分享您的故事和建議！