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从单因素设计到 GO-SSD 设计的设计实验已有 47 年（迄今为止）(2021-US-30MP-809)

贡献论文按需获奖者

 

级别：初级

 

罗纳德·安德鲁斯 (Ronald Andrews)，安德鲁斯实用统计公司独资经营者

 

像柯达的大多数年轻工程师一样，我一开始运行一次单一因素的设计，直到我们需要优化五组件解决方案。 在成功优化这个具有两个统计显着性三向交互的解决方案后，我迷上了设计实验。 随着计算机工具的进步，我们从铅笔和纸转向内部大型机程序。 在 20 世纪 80 年代，我们开始使用大型机 SAS。 在 20 世纪 90 年代，我们有 JMP，但我们的 DOE 基本上仍然是目录设计。 在 20 世纪 90 年代末，当 JMP 添加了优化设计时，我们有了一些新工具。 实验不一定是正交的。 我们可以进行较小的实验，但仍然可以获得必要的数据，这在柯达研究实验室的衰落时期非常重要，当时对实验的数量和规模有严格的配额。 当 Bradley Jones 和 Christopher Nachtsheim 在 2011 年推出明确的筛选实验时，我转向博士伦。 我们遇到过不止一例 DSD 及早发现对抗性相互作用以避免项目延误的案例。 退休后的能源部更简单，专注于优化冰淇淋配方和减少在传统炉子上生产枫糖浆的时间等事情。

 

 

自动生成的成绩单...

 

扬声器	成绩单
罗纳德·安德鲁斯	你好，下午好。 我叫罗恩·安德鲁斯。 今天我要谈谈实验设计。
	所以标题是设计实验 47 年（到目前为止），从一个因素到时间再到一组正交超饱和设计。 底部有一些联系信息。
	如果您有任何与本次演示相关的问题，甚至无关的问题，请随时通过此处列出的电子邮件地址与我联系。
	让我们开始演示模式。
	主题。 我一次提到一个因素，并且组正交。
	我还将提到我运行的早期阶乘。 耶茨算法是一个历史怪事。 最佳设计，非常重要。
	明确的筛选设计以及群体正交设计在筛选情况中也很重要。
	当我刚到柯达时，我对实验设计一无所知。 我所有的实验都是一次一个因素。
	这里有一个特殊的显示器，我可以展示它的彩色显示器。 我所工作的领域是设计新工艺来开发彩色胶片并帮助维护它们。 彩色胶片出现在数码之前。你们中有些人可能还记得这一点。
	有时，在加工实验室中，可能会发生一些会稀释显色剂的情况。
	问题是，在我们必须抛弃它并重新开始之前，我们能走多远？ 我们认为可能是 5%，也可能是 10%。 我们有报道称人们走得更远并声称
	可接受的结果。 我们决定做一个极端的测试。 我们从正常强度开始，一路降至正常浓度的 25%。
	我需要简单描述一下彩色胶片是如何评价的。 我们在胶片上曝光灰度阶梯片并进行处理后，
	我们使用密度计读取三种不同滤光片的光密度，因此我们可以读取三种颜色记录中的每一种，
	我们绘制光密度与对数曝光的关系图。 现在这是一部反转片；它是正像，因此高曝光密度低，反之亦然。
	这是实验及其结果。 当浓度为 100% 时，我们可以获得漂亮的平行曲线，并且获得良好的色彩平衡。
	75% 是一个相当健康的稀释度。 蓝色和绿色的密度正在上升。 起初这令人费解。 为什么要提高密度
	当我们稀释形成染料的步骤时？
	好吧，我们仔细观察，发现溶液中存在一种竞争性偶合剂，它会形成一种水溶性染料，但最终不会出现在胶片中。
	它的作用是改善图像结构，但它也是溶液中对浓度最敏感的成分。
	因此，当我们第一次开始稀释时，这就是我们首先看到的。 我们看到了稀释竞争耦合剂的影响，并且我们获得了更高的密度，特别是在绿色和蓝色记录中。 色彩平衡发生了变化。
	我们达到了 50%。 绿色和蓝色仍在上涨。 红色开始在上部范围内弯曲。
	显色剂必须首先检查蓝色和绿色记录，当它下降到上方刻度的红色记录时，它会尝试开发最大量的染料，
	没有足够的显色剂来形成应有的所有染料。
	然后我们达到 25%，所以它是正常浓度的 25%。 红色唱片确实是一落千丈
	本来应该接近黑色的东西变成了鲜红色，这里有一种迷幻的效果。 我们看着这个，想，这很有趣。 可能有人想故意这样做，也许我们应该发布这个方法。
	那是 70 年代。
	有这样想法的人很多。 我不相信我们曾经发表过它。 任何见过这个的人都会认识到这种效果。
	我运行的第一个阶乘是一个涉及 Super 8 电影的项目。
	现在，Super 8 最初是家庭电影，它出现在摄像机之前，而摄像机出现在数字视频之前，而数字视频就是我们今天在智能手机上使用的。
	我们希望将 Super 8 电影介绍给更专业的客户。 该项目的一部分是制作更长的影片，在专业帧速率下持续 10 分钟。
	所以我们有一个大的墨盒，里面有一些大的卷轴，塑料部件相互摩擦，从而产生静电。
	一点点静电就会产生一点点污垢。
	更多的静电放电会在胶片上留下蓝色的小闪电。 不好。
	我们尝试了很多方法来消除静电。 没有一个是完全成功的。
	我们最终所做的是在薄膜顶部放置一层紫外线吸收层，使薄膜免受静电影响。 静态火花中的几乎所有能量都位于紫外线区域。
	现在，这使得薄膜对静电视而不见，但它也减慢了银的去除速度。
	在形成染料的彩色显影步骤之后，我们有一种漂白定影溶液可以去除银，这样我们就可以看到漂亮清晰的彩色图像。
	我的工作是优化这种漂白修复解决方案。
	有五个成分，如果你想算水的话，有六个成分。 来自化学家的说法，“我们认为存在很多相互作用。”
	这是一部轻描淡写的杰作。
	关于我的背景的简短说明。 我毕业于一所备受尊敬的工程学院，没有统计学背景。
	我到了柯达知道什么是 F 档，但我不知道什么是 F 测试。
	幸运的是，该公司有一个管理服务部门，有一群统计专家。
	因此，我约见了美国能源部专家之一约翰·林奇，我们聚在一起讨论了这个问题，并就二到第五个中心复合材料达成了一致。
	完整的二到第五阶乘听起来很奢侈，但我们不知道哪些交互作用将是重要的，并且我们可以一次运行这八个，所以我们可以在一天内完成它。 这是一项艰巨的工作，但在我们的能力范围内。
	1974年关于物流的一些笔记。
	该设计来自目录。
	用我的计算尺将设计单位转换为物理单位。 现在 HP 35 计算器已经存在，但以今天的美元计算，它要花费 2,000 个，而我没有。
	我手写了说明，并将复写纸副本交付给实验室。 他们通过所有 46 种不同的解决方案处理胶片样品。
	他们把胶片样本还给我，所以我把它们带到另一个实验室进行银分析。
	我将结果打入 IBM 卡片中。
	这些曾经是数据处理的支柱，有些人已经见过它们。
	然后我将甲板提交到垃圾箱中，以便在大型机上运行过夜。
	第二天早上我把纸打印出来：表格和行式打印机图表。 如果你想要曲线，我们用彩色铅笔和法式曲线把它们画出来。
	与我们今天使用的有点不同。
	结果，
	就像事后很多年我还能记得它们一样。 它们绝不准确，但它们
	方向是正确的。
	五种成分中的四种具有较大的主效应，五种成分中的四种也具有显着的二次效应。 然后，为了让事情变得真正有趣，我们进行了一些三向互动。 实际上是两个。 漂白剂、固色剂、漂白促进剂。
	P 值不为零，但小于 0.0001。
	下面是固色剂、漂白促进剂和谷物饼干。 P 值为 0.055。并不总是能成功。
	化学家们看了之后说，这三种成分相加形成了一种化合物。 这可能就是您获得所见结果的原因。 我们将其留在模型中，随后的结果证实了这一点。 这是一次真正的三向互动。
	从那时起我就了解到这种情况是多么罕见，47 年来，在同一个实验中获得两次三向交互的情况再也没有发生过。
	下一步是优化。 这些都是设计单位，因此原始公式为零。 每平方米还剩下 1,400 毫克白银，
	大约是薄膜中原始涂层量的三分之一。
	实在是太多了。 投影这部影片，您会看到图片上到处都是大黑点。
	通过我们优化的配方，我们增加了三种成分的含量，降低了其中一种成分的含量。
	我们不加防腐剂；它没有效果。 银含量降至 22 毫克。
	这不是零，但你看不到它。
	摄影工作的游戏名称是，如果你看不到差异，那就没有什么区别。
	为了安全起见，我们稍微延长了浸泡时间。
	这个实验对个人的影响是巨大的。 我可能花了几个月的时间来尝试优化这个解决方案，却没有得到从这个实验中得到的结果，所以我被迷住了。
	我查阅了约翰·林奇的培训计划，并报名参加了他的下一期能源部课程。
	我报名参加了高级课程，并寻找其他机会来了解更多有关能源部的信息。 我仍在寻找更多机会来学习实验设计。
	近年来，探索峰会一直是其中的重要组成部分。
	还有 70 年代的怪事。
	我开始做更多的阶乘实验，不像我刚才展示的那么大，通常是二到第三或第四。
	对于那种规模的实验，我懒得把结果打孔提交到主机上。 我使用Yates算法，用铅笔和纸，15或20分钟就可以计算出回归系数。
	你不需要知道这一点。 这是历史上的奇事。 如果你有兴趣可以查一下，但在当今世界，你不需要了解 Yates 算法。
	在 20 世纪 80 年代，
	我们有大型机 SAS。 设计仍然来自目录，但我们有 PROC GLM 来分析实验。
	然后我们得到了一个内部编写的 DOE 生成器。
	它仍然从目录中获取设计，但已计算机化，通过 SAS 分析集成到同一套程序中，后来又集成了响应优化器。
	然后多次回复，
	这对于胶片来说很重要，我们需要测试大约 150 项内容并确保我们做得正确。
	DOE 变得更大。
	九十年代
	JMP 来了。 现在我知道版本1，它是在1989年推出的，但据我所知，柯达直到1990年才得到它，所以我是这么算的。
	我们有一个名为 Curves 的程序，是内部编写的，它分析了我之前作为特征向量展示的那些特征曲线，我确信这里有几个人现在可以向我们展示如何使用 JMP 来做到这一点。
	Curves 与运行实验涂层系统的配方按需计算机系统配对。
	现在传统上，
	使摄影胶片产生变化，
	大多数彩膜产品大约有十几层，通常通过涂布机三遍。
	为了做出改变，我们停止了涂覆，更换了罐，重新净化了生产线并重新开始了涂覆。
	通过按需配方，对于我们想要产生变化的层，我们会将组件分成不同的部分，动态混合它们，然后我们可以通过改变泵速率进行更改。
	我们不必停下来重新净化生产线并重新开始涂层。 我们可以在相同的时间内获得更多的涂层零件。
	这导致了一些更大的实验。 我做过的最大的一次是 2 到 17 - 11 的中央复合。
	107 个因子组合（包括一些重复）均使用 FOD 系统在一天内运行。
	这提供了红色记录的相当完整的模型，这是一种正在开发的新产品；我们还进行了其他实验来填充绿色和蓝色记录。
	这听起来很大，但一位同事运行了 2 到 17 减去 9 的中心复合。 他涵盖了所有三种颜色记录、300 个因素组合。
	他花了六个星期和价值 50,000 美元的大型机时间来分析它，但与六个月和近 50 万美元的实验工作相比，这是很便宜的。
	2000 年代到来，柯达
	遭遇了命运的逆转。 FOD已拆除；它无法再支持敬业的工作人员了。
	删除了对 Curves 程序的支持。 如果你知道如何运行它，它仍然在那里。 如果你没有，也许你可以找人帮忙。
	幸运的是，JMP 附带了 DOE 功能，可以接管大量 DOE 设计和分析工作。
	由于管理层的原因，我们对实验的数量和规模进行了限制。
	1999年
	我进行了 71 次涂层实验，2000 年，我全年只进行了 25 次，每次实验的零件不超过 12 个。 不再需要大阶乘。
	效率非常重要，因此此时进行的实验是最佳的；非常有价值。
	我们发现我们不必进行完全正交平衡的实验。 这些都是很好的功能，但它们并不是绝对必要的，因此我们将这些实验与我们可以得到的所有因素一起打包
	获得尽可能多的信息。
	我们还从事一些
	捎带。我正在开展一个项目，以取代同步涂层中的含氟表面活性剂。
	这影响了薄膜顶部的物理性能。
	它不影响照相特性。 我可以改变感光层，并且它对表面的物理特性没有影响，因此我可以在同一组涂层部件上运行两个完全独立的实验。 这完全令人困惑，但我们可以单独测试它们。
	除非您真正了解您的流程，否则不建议这样做。 柯达当时在实验性涂料方面拥有 120 年的经验。
	我们定向地知道可能会发生什么。 我们的实验主要是校准；效果有多大。
	2005年来了。
	柯达说是时候离开了，所以我找到了一家同样成立于罗切斯特的老公司，即博士伦公司。
	现在这个我以前用过的剪辑：发现意想不到的事情。 这比确认已知的事情更重要。 我坚信这一点。
	但在受监管的行业中，通常需要确认已知的情况。
	FDA 要求我们确认每个重要的工艺参数均符合其规格限制。 当您在规格限制下运行时，有时他们必须运行规格限制的所有……也许不是全部，而是大多数……组合，并确保产品是可接受的。
	但我们仍然需要效率。 我们仍然需要有效的实验，所以我们利用了那些最优的实验。 其他一些差异。 在柯达，我可以寻求帮助，那里有一些 JMP 专家。 在 B&L，最初，我是我们工艺工程团队中唯一的人。
	我又招募了一些新员工，他们开始向我寻求帮助，所以我必须更好地学习软件。
	我很快就了解了有关该计划内以及通过电话和电子邮件提供的帮助设施的更多信息，我真诚地感谢那些接收这些电子邮件和电话的人们。
	我还设法利用自己的职位参加了不止一场探索峰会，
	这是我参加过的最好的技术会议。 我学到了很多。 我通常专注于 DOE，但除了 DOE 之外，我还学到了很多东西。 那里有很多不同的东西都是值得的。
	我在 B&L 工作期间的一些事情、一些亮点，我曾经演示过四向交互……有点像。
	有一种正在开发的隐形眼镜有一个独特的缺陷，可以通过四种不同的方法来治愈。
	如果我们将四个因子堆积成一个阶乘，数学就会显示为四向交互。 一旦你治愈了它，你就无法再用其他因素来治愈它。 严格来说，这不是物理化学四向相互作用，但从数学上来说它是。
	我遇到过的唯一的四向交互。
	我永远记得2011年
	丹佛探索峰会。 这是我第一次参加，当时 Bradley Jones 和 Chris Nachtshiem 介绍了明确的放映设计。
	我看着它，立刻就知道我要用它做什么。 我需要验证规格限制，必须验证单体混合物中所有成分的称重规格。
	我用 DSD 来达到这个目的。 不仅可以轻松验证所有规格限值和规格限值组合，
	但我有一个模型，可以用来做一些假设实验，看看如果我们收紧规格，可能会发生什么？
	我们做了其中一些，不是因为我们需要这样做，而是因为我们可以……我们有能力收紧规格，并且我们可以从中受益。
	我又做了一些背负式实验。
	去年我正在做一个项目
	涉及一种新的日抛隐形眼镜。
	日抛镜片的售价远不及 30 天镜片的售价，但制造成本也低不了多少。
	我们在数量上弥补了这一点，但利润率仍然受到挤压。 因此，我们在该计划的成本方面花费了相当多的时间。 一位同事正在研究脱模步骤的产量。
	我试图减少萃取步骤中使用的溶剂量，在萃取步骤中，我们将不反应的单体从镜片中洗掉。
	我们进行了三个不同的背负实验，从 50 到 75 个部分，我的同事进行产量实验，我进行提取实验。
	每一枚镜片我都需要 300,000 个，以验证我的提取更改是否安全有效。
	我在生产设备上获得这么多时间来运行此类测试的唯一方法是与其他实验共享时间。 这再次令人困惑，但我们可以单独测试并获得不同的参数，并且都可以在同一个实验中使用。
	我们确实在产品发布时及时验证了成本削减的变化，并且该产品现已上市：注入隐形眼镜（如果市场上有人需要这样的东西）。
	现在我很早就提到了群正交超饱和设计。
	当我第一次在探索峰会上听说这些时，我想是三年前，
	我有点像一个拿着锤子找钉子的孩子。 我想，你知道，这是另一个很棒的放映设计。 我得试试这个。
	我进行了很多模拟实验。 我已经展示了优点；如果你有太多显着的影响，我还展示了一些陷阱。
	我还没有真正运行过。 到目前为止，在筛选情况下，我将其与 DSD 进行了比较，并且我认为在迄今为止我提出的案例中，估计一些二阶效应的机会比我使用 GO-SSD 进行的较小实验更有价值。
	这是能源部的一些建议。 它们不是我的建议。 我在这里模仿专家。
	首先，将这些目录放入循环文件中。 你不需要它们。
	对于筛选情况，请考虑 DSD 和 GO-SSD。
	找出最适合您情况的一种。
	对于大多数实验，包括一些筛选情况，最佳设计将是最佳选择。
	现在，就哪个参数而言是最佳的。
	如果您担心，请查看布拉德利·琼斯在过去的探索峰会上所做的一些演讲，您会得到一个很好的结果
	演示有很多细节。
	如果你不想担心，那就别担心。 与各种最优参数之间的微小差异相比，最优设计的优势是巨大的。
	仅仅接受默认值不会让你陷入糟糕的境地。
	最后，始终、始终、始终在开始运行实验之前使用设计评估工具。
	我总是计算功率，我总是查看相关热图。
	如果这是一个重要的实验，我也会
	运行许多具有不同噪声级别的模拟，并确保我有很好的机会展示......检测我需要能够检测到的效果。
	借用《汉密尔顿》中乔治国王的一句话：“接下来会发生什么？”
	嗯，我一月份从博士伦退休，所以我不再获得工程师的报酬。
	仍然是一名工程师。
	我一直致力于将我一生的摄影爱好发展为一项事业。
	几周前，我运行了一个三乘三的阶乘。
	我担心的是
	我购买的新广角镜头。 我不满意，又买了一张。
	我比较了三款广角镜头，包括一款旧款。 我使用了三种不同的光圈，并观察了焦点均匀性作为响应，我发现镜头绝对没有任何问题。 问题出在摄影师身上。 我需要更好地集中注意力。
	重要且有用的信息。
	我希望继续参与数据分析。 我对新冠病毒趋势做了一些数据分析。 我看着
	溪流和河流的水流数据
	所以我知道周围的某些瀑布什么时候会处于良好状态。 我还分析了我们教会的一些人口统计数据。
	我可能不会从这项工作中获得大部分报酬。 我对咨询的想法持开放态度，但并没有积极追求，所以不太可能发生。
	这是我 47 年作为工程师从事各种不同类型实验的旋风之旅。
	很高兴回答任何问题。 非常感谢。

峰会精选爆发数据探索美国能源部回复：47 年（迄今为止）从单因素设计到 GO-SSD 设计的设计实验 (2021-US-30MP-809)

感谢您的有趣演示，让我们回想起过去用铅笔和纸、打孔卡以及用法国曲线手动绘制数据来分析数据的日子。

回复：47 年（迄今为止）从单因素设计到 GO-SSD 设计的设计实验 (2021-US-30MP-809)

罗恩，

喜欢您的演示，带回了大型机 SAS 的旧记忆。 感谢分享。     

回复：47 年（迄今为止）从单因素设计到 GO-SSD 设计的设计实验 (2021-US-30MP-809)

关于能源部历史的精彩故事。

回复：47 年（迄今为止）从单因素设计到 GO-SSD 设计的设计实验 (2021-US-30MP-809)

感谢您分享您的故事和建议！