La progettazione degli esperimenti (DOE) viene spesso utilizzata in settori quali l'assistenza medica, la biotecnologia, i prodotti farmaceutici e la produzione ad alta tecnologia come metodo per ridurre il numero di esperimenti e i costi. Quali sono i principi e i passaggi importanti quando si conduce la progettazione sperimentale? Quali sono i concetti e le applicazioni del disegno di screening classico e del disegno fattoriale completo nei metodi sperimentali tradizionali? Questo articolo introdurrà i principi di base del DOE, i concetti e i casi applicativi del disegno di screening classico e dei metodi di progettazione fattoriale completa.
Cos'è la progettazione degli esperimenti (DOE)
Design of Experiments (DOE) consiste nel progettare esperimenti esaminando le condizioni sperimentali e riducendo i fattori esterni per ridurre l'impatto sull'esperimento. La caratteristica è che può essere efficiente attraverso meno esperimenti, meno costi e tempi sperimentali. Può essere utilizzato per raccogliere dati o trovare correlazioni e problemi tra fattori, ecc. Ha una vasta gamma di applicazioni.
Tre fattori principali del disegno sperimentale
Negli anni '20, Ronald Fisher introdusse il concetto di progettazione sperimentale in agricoltura. Oggi, la progettazione sperimentale DOE non viene utilizzata solo in agricoltura, ma anche nei settori medico, biotecnologico e farmaceutico, nella produzione high-tech e in altri settori. Successivamente, negli anni '50, Genichi Taguchi pubblicò il metodo Taguchi, introdusse gli array ortogonali e pubblicò il concetto di funzione di perdita di qualità all'inizio degli anni '70; nel 1951, lo statistico britannico George EP. Box e K. B. Wilson introdusse la metodologia della superficie di risposta, George EP nel 1960. La scatola continua con Hunter, J. Stuart ha pubblicato il disegno fattoriale parziale a due livelli, che ha consentito agli esperimenti e ai ricercatori di trovare rapidamente i fattori che influenzano e ha introdotto il concetto di risoluzione.
Metodi sperimentali tradizionali: tentativi ed errori, un fattore alla volta e progettazione tradizionale
- Metodo per tentativi ed errori: basato su regole empiriche e limitato a processi semplici o meno variabili
- Un fattore alla volta: gli altri fattori vengono fissati e un fattore viene testato in un esperimento
- disegno tradizionale
- Disegno fattoriale parziale Stage1
- Lo scopo è quello di vagliare e identificare fattori importanti. Di solito viene utilizzato quando ci sono troppi fattori o quando il processo è sconosciuto.
- Disegno fattoriale completo Stage2
- Lo scopo è considerare se ci sono effetti principali e altri effetti che influenzeranno l'accuratezza della stima; stimare gli effetti principali e gli effetti di interazione; e comprendere le caratteristiche del sistema.
- Superficie di reazione Stage3
- Ottimizzazione (ottimizzazione): trovare le migliori impostazioni per primer significativi
- Stima degli effetti principali, degli effetti di interazione e degli effetti non lineari
- Concentrarsi sull'accuratezza e sulla precisione delle previsioni
Linee guida per la progettazione sperimentale
- Definire il problema e gli obiettivi
- Identificare le variabili di risposta
- * importante! Confermare il sistema di misurazione (MSA): un errore eccessivo avrà un effetto fattoriale insignificante
- Identificare il numero di fattori e i loro numeri di livello
- Identificare se ci sono restrizioni o altre restrizioni
- Crea disegno
- Preparazione prima dell'esperimento
- Esegui esperimenti
- Analizzare i dati
- trarre conclusioni e decidere i passi successivi
Scopo del disegno sperimentale
Schermata --> Esplora --> Ottimizza --> Convalida --> Robusto
- Screening: trovare i fattori che influenzano in modo più significativo le variabili di reazione. Di solito ci sono troppi fattori o il processo è sconosciuto.
- Esplora: scopri se ci sono nuovi fattori o nuovi livelli
- Ottimizzazione: trova i migliori valori di impostazione per fattori significativi che corrispondono alle variabili di risposta desiderate
- Verifica: verificare se il sistema o il processo è conforme al comportamento previsto. Ad esempio, utilizzare diversi lotti di materie prime per verificare che i risultati siano lo stesso modello, ma macchine diverse per verificare se le impostazioni dei parametri possono essere applicate direttamente.
- Robusto: riduce al minimo la variazione delle variabili di reazione, comprese le condizioni di controllo e le impostazioni dei fattori
Utilizzando JMP Sei passaggi per condurre esperimenti
- Passo 1. Descrivere Definire risposte, fattori e livelli
- Passo 2. Specifica determina quali termini dell'effetto sono inclusi nel modello
- Passaggio 3. La progettazione determina se aggiungere punti centrali o ripetizioni al numero di esperimenti e fornisce elementi di valutazione sperimentale rilevanti
- Passaggio 4. Collect raccoglie i dati in base alle condizioni e all'ordine sperimentali
- Passaggio 5. Adatta modello Adatta il modello e scopri i fattori chiave
- Passaggio 6. Predict trova un modello adatto e lo ottimizza in base all'obiettivo
Design di screening classico VS disegno fattoriale completo
(1) Design di screening classico Progettazione dello screening
- Rileva se l'effetto principale è significativo o lineare. Sebbene il punto centrale possa rilevare se esiste un effetto di superficie, non può sapere esattamente di quale fattore si tratti.
- Nel disegno fattoriale parziale è necessario fare i conti con l’effetto confondente e di solito la risoluzione è impostata su quattro o più.
- Potrebbe essere impossibile distinguere se il termine alias o il termine effetto è significativo a causa della diafonia e per distinguere sono necessari ulteriori esperimenti di amplificazione.
Quando utilizzare il design di proiezione classico e il design degli effetti principali
Condivisione dei casi: confronto tra i progetti dei fattori parziali e degli effetti principali
(2) Disegno fattoriale completo Progettazione fattoriale completa
- Considera il livello di ciascun fattore per generare ciascuna combinazione
- Maggiore è il numero di livelli o fattori, minore è l’efficienza e maggiore è il costo.
- Vantaggi: tutti i termini di interazione possono essere stimati e considerati in modo più completo rispetto ai metodi un fattore alla volta e tentativi ed errori.
- Svantaggi: troppi esperimenti, costi troppo alti
Condivisione del caso: esperimento sulla durata della batteria
Migliaia di ingegneri hanno partecipato [ DOE Corso introduttivo]
Quanto sopra è una breve introduzione al disegno di screening classico e al disegno fattoriale completo nel disegno sperimentale DOE.
Se desideri comprendere appieno l'applicazione nel caso specifico della progettazione di screening classica, ti invitiamo a guardare il corso introduttivo DOE preparato per te dai consulenti professionisti JMP.
Clicca qui sotto collegamento , puoi guardarlo gratuitamente.
