756831_zh-TW

liliconcom

虛擬教室將持續存在。如何進行能源部（DOE）的實務練習？ (2021-US-30MP-842)

Ledi Trutna，JMP 教育，SAS
黛安娜·巴拉德（Diana Ballard），布魯爾科學公司統計學家

遠距實驗設計 (DOE) 課程的挑戰在於現場練習。學生們透過實際合作設計實驗、收集數據、分析數據、產生模型並進行驗證運行，將實驗設計的各個部分整合在一起。但是，身為教師，當我們與學生相距甚遠時，該如何管理這些練習呢？在演示了在遠端環境中與學生進行的實驗設計後，我們提供了一些建議，教您如何為任何規模的小組管理和運行類似的實驗。

自動產生的成績單...

揚聲器	抄本
奧莉薇亞·利平科特	於是他開始錄音，以驗證虛擬教室是否會繼續存在，我們如何進行實作練習。
	正確的談話好的，並且您明白這段話將被錄製下來用於工作發現峰會會議，並將在 JMP 用戶社區中公開提供，您是否允許此錄製和使用。
	是的。
奧莉薇亞·利平科特	我要關閉鏡頭並靜音，然後你們就可以開始了。
特魯特納夫人	你好，我是特魯特納夫人。
黛安娜·巴拉德	我是來自 Brewer Science 的戴安娜·巴拉德。
特魯特納夫人	我在 SAS Education 工作。
黛安娜·巴拉德	我們都住在德州奧斯汀，彼此認識已經多年了。
特魯特納夫人	黛安娜，您在 DOE 教學中使用 JMP 多久了？
黛安娜·巴拉德	我大約在 1996 年開始使用 JMP，並於 1994 年開始教授 DOE。你呢？
特魯特納夫人	我從 1987 年開始教授 DOE，並於 1996 年開始使用 JMP。
黛安娜·巴拉德	這樣，我們就有 50 年的 DOE 教學經驗了。
	我們有那麼老嗎？
特魯特納夫人	是的，我們確實老了。所以今天我們想聊聊我們在課堂上進行實驗和教授DOE的經驗，以及如何將這些實驗遷移到虛擬課堂。
黛安娜·巴拉德	實際上，並非每個 DOE 課程都有資料收集，那麼您什麼時候開始在課堂上進行這種實驗？
特魯特納夫人	當我在德州儀器公司工作時，我開始教授設計……實際上是 Toguchi 實驗設計，我有一個彈射器，可以向懷疑的工程師展示設計實驗如何進行。
	我使用彈射器開發了這個練習，團隊將在課堂環境中集思廣益，找出測量過程，收集數據，分析數據並進行確認運行。
	我們丟了一個小塑膠高爾夫球，測量它落地的位置。這非常有趣，也讓許多參與的工程師感受到了能源部（DOE）的活力。我在能源部，甚至在一些統計過程控制（SPC）課程中都用過這個方法很多年。
黛安娜·巴拉德	當我們開始一起教學時，我意識到這樣做的好處。當時我們都從事顧問工作，都在Simitech工作，但時間不同。後來到了21世紀初，我們開始在同一家公司擔任顧問顧問，並一起授課。
特魯特納夫人	該公司確實相信實踐練習，所以我們使用紙直升機和樂高玩具車，以及飛機和軟彈槍。
黛安娜·巴拉德	我記得我去沃爾瑪或塔吉特購物時，總是想把能找到的所有最小的樂高汽車都買下來，因為它們用不了多久，而且有時還會丟零件。還有那些彈射器？雖然不太適合旅行，但那些微型樂高汽車倒是不錯，很難找到。
特魯特納夫人	因此，所有這些實驗的共同點是可測量的反應，例如距離或時間，以及資料收集或實驗運行
	很快。我們不想花三個小時收集數據。我希望資料收集能在30分鐘內完成，這樣就能快速進行測量。
黛安娜·巴拉德	這就引出了虛擬教室。我們透過 Zoom 或 Teams 授課，學生分散在全國各地。在如此遙遠的距離下，我們如何在課堂環境中與他們一起進行實驗呢？
特魯特納夫人	去年夏天，我和黛安娜開了一次腦力激盪會議，討論如何在虛擬世界裡做實驗。這次腦力激盪會議可能喝了酒，但
	我們可以假設，至少在當時，大多數人都在家工作。那麼，他們家裡有什麼可以讓我們進行實驗的呢？這個實驗的目標是什麼？
	所以我們希望它足夠複雜，以至於沒有人知道答案，但又足夠簡單，以至於數據收集不需要
	永遠。所以我們決定把水煮開。我們假設每個人都有爐子、平底鍋和秒錶，然後我們測量水煮沸需要多長時間。
黛安娜·巴拉德	誰說心急吃不了熱豆腐，誰就錯了。我們集思廣益，思考了很多因素，
	這引發了很多關於如何進行實驗的問題。所以我用JMP設計了一個實驗並運行了它。
	我確實學到了很多關於選擇的知識。爐子應該開到多熱？操作順序是怎麼樣的？
	我什麼時候開始計時？沸騰是什麼意思？如果水永遠不沸騰會怎麼樣？有一次我差點兒把鍋子燒壞了，因為我差點兒把水燒乾，但鍋裡的水根本沒燒到我們定義的沸騰程度。
特魯特納夫人	因此，在戴安娜做完實驗後，我也必須做一個，然後我們才能就實驗運行過程中的一些事情達成一致。
黛安娜·巴拉德	例如，你必須先用冷爐和普通水，而不是預熱的水。為了盡量減少所需時間，我們不想燒大量的水。我們一開始的量程是一到四杯，
	但有些運行需要 15 分鐘以上的時間才能煮沸，而有些則從未煮沸。
	因此，我們了解到，選擇一個
	寬鍋
	效果不太好，我們決定淘汰那個寬鍋。
特魯特納夫人	為了縮小實驗規模，我們排除了一些因素。例如，我們沒有測試任何打開或關閉蓋子、打開或關閉風扇的情況。我們沒有進行過這些實驗。
黛安娜·巴拉德	我們發現我們對「加鹽」的定義不同。我當時想到的是茶匙；
	你在想破折號。
	但我們都很好奇加鹽是否會使水流得更快。
特魯特納夫人	所以真正的挑戰在於對沸騰的定義達成一致。在我的電磁爐上，水加熱很快，然後開始沸騰。所以我們決定採用三種測量方法。
	首先是爐底冒小氣泡的時候。你會看到一些非常小的氣泡。你可以在鍋子的左側看到，氣泡從爐底冒出來。
	然後我們還要測量什麼時候能聽到水沸騰的聲音。最後，我們要測量大氣泡。現在，這就是大氣泡。所以，你
	在大氣泡時點擊秒錶，或者要持續多久才能說沸騰了？
黛安娜·巴拉德	這是我在使用平底鍋時遇到的問題，當我只在平底鍋中放入少量水時，它永遠不會達到那麼大的氣泡階段。
	我把所有的水都煮乾了，但我
	計時器一直停不下來，因為它從來沒能產生大而可見的氣泡。所以我們決定，鍋子的類型應該只有兩個檔次，大號和小號，不包括平底的。
特魯特納夫人	我們的平底鍋尺寸和類型都差不多，所以這些是……這些是我的大平底鍋和小平底鍋，這些是戴安娜的大平底鍋和小平底鍋。
黛安娜·巴拉德	我們猜測鍋的大小和爐頭的大小之間可能存在相互作用，因為我們從烹飪經驗中知道，小爐頭上的大鍋加熱的速度可能不如大爐頭上的大鍋加熱的速度快。
	因此，在我們進行了兩個實驗、雙方都進行了實驗並相互分享了結果之後，我們想在一些願意參與的參與者（受害者）身上嘗試。
	我們在德州奧斯汀有一群統計學家，他們曾經隸屬於 Simitech，現在這個團體已經發展成為一個統計愛好者團體，他們每年一起吃兩三次午餐（至少在疫情之前我們是這樣做的）。
特魯特納夫人	這個實驗就在這個大綱框中，稱為午餐實驗，但我們所做的是安排一次虛擬午餐，我們要求每個人都幫助我們收集一些數據。
	我們有七名參與者同意收集數據並設計實驗，並為他們每人分配兩次運行，
	假設他們爐子上只有一個爐頭，而且可以使用不只一個鍋子。我們知道我們會有各種類型的爐子，既有燃氣的，也有電的，而且數量可能不一樣。
	所以我們創建了一種實驗方法，讓每個人都能用同樣的方式進行實驗。我們說，這就是……這就是我們希望你進行實驗的方式。
黛安娜·巴拉德	我認為我們將其設計為一個固定的區塊，每個區塊運行兩次，這樣每個人都可以在兩次運行中收集數據，
	大約15分鐘就能輕鬆完成，這是我們的時間目標，假設你將溫度調到最高。然後，我們可以將資料收集到表格中，並與大家分享。
特魯特納夫人	那麼，讓我們來示範一下如何在 JMP 中進行設計。在日誌底部，我找到了回應表和因子表，所以我將轉到 DOE 和自訂設計
	並加載這些因素和響應。因素表是我最後接觸的，所以我可以載入我的因素，然後我會找到我的回應表，並載入我的回應。戴安娜，你不會這樣做的。
黛安娜·巴拉德	不會。在真實的課堂上，我真心希望我的學生能有自己設計的經驗。
特魯特納夫人	我們現在這樣做是為了節省時間，我們正在載入回應和因子，但還沒有完成。以下是我想要最小化的三個回應。
	我已經設定了四個因子，但沒有設定區塊因子，所以我們每人要運行兩次。所以，我們創建了一個固定區塊，每人運行兩次。我把這個區塊命名為「人爐」。
	然後我們必須考慮哪些項目應該納入模型。對於僅主效應模型，我需要運行 14 次，但如果我想要其中一些交互作用呢？
	這個 14 次運行的設計對於 7 個人來說非常完美，但如果我想看看其中的一些互動怎麼辦？
	我可以點擊 RSM 按鈕並添加高階項，就像所有雙因子交互作用和兩個連續因子的二次效應一樣。
	但現在我已經運作了30次，我負擔不起30次。所以我該怎麼辦呢？我要取出所有高階項，然後讓JMP…
	如果可能的話，請讓我估算一下，然後我就得到了 14 次運行
	在我的設計中。
黛安娜·巴拉德	我的大多數課程，七個人簡直是夢想。我們根本不可能招到那麼多人。
	那麼，如果我只有三個或兩個人參加呢？我的意思是，如果可能的話，我喜歡互動的想法，但即使我從最低運行次數10次開始，那仍然假設我有5個人？
	我看到學生們對自己能煮三鍋甚至四鍋水的能力很樂觀。我有四個搭檔，我做得到。那可能需要更長的時間，所以課堂時間可能會翻倍，可能是四十五分鐘，而不是只有十五分鐘。
	我在資料收集過程中吃過不少苦頭，才明白試圖用四個爐子煮四鍋飯是個糟糕的主意。我根本沒辦法跟蹤它。
	如果我們時間緊迫，那麼我真的想把它控制在
	15 分鐘或少於 30 分鐘用於資料收集，我會考慮從我的非常小的課程中刪除一個或多個因素。
特魯特納夫人	這樣做仍然是一個很好的實驗，而且你可以減少運行次數，因為重點在於收集數據。我將繼續點擊“進行設計”，但你有看過有人在運行實驗時犯錯嗎？
黛安娜·巴拉德	是的。我曾經指派他們去收集一個巨大的DOE，結果他們只完成了一半就徹底放棄了，因為規模太大，耗時太長。
	我讓他們在已經開始資料收集的時候嘗試加入一個因素。我讓他們在已經開始資料收集的時候嘗試添加一個回應。
	我讓他們決定，哦，這個隨機的DOE表，毫無意義。最好…我先跑1，然後再跑5，再跑7，這樣我們就不用改變這個難以改變的因素了。
	當然，這樣做是無法產生可分析的結果的。你把它當作裂區實驗來運行，但你並沒有把它設計成裂區實驗。這種情況經常發生。
	相較於在生產現場，在課堂上學習真實數據和實際的實驗設計（DOE）——這些實驗設計可能要花費數千甚至數十萬美元——這無疑是一次非常棒的學習體驗。你呢？
特魯特納夫人	我也看到了你剛才提到的同樣的事情。我確實還看到過另一個例子，一個團隊設計了一個非常小的實驗，認為他們可以早點完成並早點回家。
	但結果沒有達到實驗的目標，所以他們不得不進行後續實驗，擴大其因素範圍以達到他們的目標，而且他們對必須完成兩次實驗而不是一次實驗感到非常不高興。
黛安娜·巴拉德	計劃，計劃，再計劃。很多學生小組讓我很驚訝，他們認為，我眼中的連續因素，像是這裡的水或鹽，
	他們決定，不，不，那些是分類因素，然後它們不包括中心點，也不包括複製。
	這也是在課堂上而不是在現實世界中犯的一個奇妙的錯誤，因為分析強調了連續因素和中心點的價值，以及盡可能進行複製的價值。
	那麼，如果我的班級很小，例如只有兩個人，我沒有時間在規定的課堂時間內完成整個實驗，但我們仍然想做這個實驗，這些因素，
	沒有掉落因素？
特魯特納夫人	這週我有一門課，有兩個學生，
	這會是一個很好的實驗，可以作為家庭作業。所以我們會把這些課程安排成半天制，如果是多天制的課程，
	課程在第一天結束，每個人預計完成兩次或四次跑步。
	第二天他們會帶著測量結果回來，然後你就可以進行分析。
	如果你有一部分人在辦公室，一部分人在家，那麼這種方法就行了。只要把這些測驗佈置成家庭作業即可。這不會花很長時間，重點是盡量減少完成測試所需的時間。
	當然，如果他們真的有雄心壯志，他們可以自己完成整個實驗。
黛安娜·巴拉德	當然，我們自己完成了整個實驗，並且了解了鍋子和爐頭冷卻到下次運行所需的時間。我發現冷卻時間最多需要30分鐘，所以如果可能的話，將實驗分散給多個人進行是個更好的主意。
	好的，讓我們來談談我們希望學生們汲取的關鍵教訓。首先，犯錯是可以的；犯錯會讓你明白什麼不該做。
特魯特納夫人	並且您需要在開始資料收集之前考慮測量過程並盡可能改進它。
黛安娜·巴拉德	思考一下資料收集的邏輯，哪裡可能出錯？哪裡會出錯？盡量預測我們能想到的一切。進行資料收集，希望能保護我們的結論不受任何我們無法預料的因素的影響。
特魯特納夫人	所以，成功進行實驗需要以下步驟：你必須思考問題是什麼。
	您必須集思廣益，提出您的因素和反應，並選擇您的因素等級。
	設計實驗。進行實驗。分析結果並預測反應。所有這些都可以在本次課堂練習中完成。如果你想分析我們與午餐小組進行的實驗，表格就在這本日記後面。
	寫著「午餐實驗」的輪廓框。你可以看到我們的結果，大多數測量值都在10分鐘或更短，我們有7個人參與。
	好吧，感謝您的聆聽，我們希望您能在自己的小組中嘗試類似的方法，如果您這樣做了，請在觀看此視頻時在評論部分告訴我們進展如何。
	如果您有其他關於在虛擬教室進行實驗的想法，我們很樂意聽取。謝謝。
奧莉薇亞·利平科特	謝謝。我要繼續錄製了。太棒了。

基礎資料分析與建模實驗設計大規模客製化預測模型和機器學習品質與工藝工程可靠度分析分享和交流成果