Comment améliorer les processus et les produits avec la méthode Design of Experiments (DoE)

Si vous souhaitez qu’un processus de production fonctionne de manière optimale, il est nécessaire de connaître les facteurs qui influencent le processus. Vous pouvez réaliser de nombreuses expériences, mais cela demande beaucoup de temps et d’argent. Grâce au Design of Experiments (DoE), il est possible d’établir la relation entre les variables indépendantes (facteurs que vous pouvez influencer) et les variables dépendantes (résultats des processus) de manière aussi fiable que possible, avec un minimum d’expériences.

Le moins d'expériences possible

Michel Werts, Senior Process Engineer, explique davantage. "Prenons un exemple simple. Imaginez que vous allez faire du pain maison. De nombreux facteurs déterminent la qualité de votre pain : la composition de la pâte, la quantité de sel ou d'eau, le temps de cuisson, la température du four... La difficulté réside dans le fait que vous ne savez pas à l'avance quel facteur aura quel effet. De plus, les facteurs peuvent s'influencer mutuellement. Vous pouvez les examiner un par un, mais vous devez alors vous assurer que les autres facteurs restent constants. En outre, il faut effectuer de nombreuses expériences différentes pour découvrir l'effet de chaque facteur."

C'est là que le DoE, ou Design of Experiments (Méthode expérimentale), entre en jeu. Le DoE est une méthode intelligente permettant de valider et d'analyser statistiquement les combinaisons de facteurs. Cela se fait de la manière la plus efficace possible, avec un minimum d'expériences. Vous pouvez l'appliquer à tous types de processus de production. Pensez, par exemple, à un processus d'impression, un processus d'adhésif ou un processus de meulage mécanique.

Idéalement, les expériences sont menées avant que le processus de production ne commence, mais elles peuvent également être réalisées dans un processus en cours. Par exemple, pour augmenter les rendements ou si des changements sont survenus après le lancement d'un produit : un matériau brut différent ou un nouvel équipement.

Variation minimale

Marc Schrijvers est Senior Process Development Engineer. Il explique comment le DoE contribue à la qualité d’un processus de production. "Supposons qu’un produit doive mesurer 5 centimètres de long mais puisse varier entre 4 et 6 centimètres. Avec le DoE, vous pouvez déterminer exactement quelles valeurs ajuster pour que les facteurs permettent d’obtenir une taille de 5 centimètres avec le moins de variation possible." En pratique, aucun produit n’est identique à cent pour cent. Il y a toujours une légère variation, mais l’objectif est de maintenir cette variation aussi faible que possible et de ne pas s’écarter trop d’une valeur prédéfinie.

Dépistage

Avant de commencer avec le DoE, il est important d'examiner quels facteurs sont pertinents et lesquels ne le sont pas. "Vous n'avez peut-être pas besoin de nombreux facteurs ni d'interactions entre eux," explique Michel. "Dans de nombreuses entreprises, les responsables des processus savent déjà beaucoup de choses. Ils ont souvent déjà essayé tout ce qui était nécessaire. Mais souvent, la liste des facteurs reste trop longue. Vous procédez alors à un screening. Il existe des méthodes mathématiques très utiles pour éliminer ces facteurs. Après le screening, il vous reste un nombre limité de facteurs, généralement entre deux et cinq, que vous étudierez plus en détail. Dans l'exemple du pain, la couleur du pain n'est pas déterminée par les ingrédients, mais principalement par la température du four et le temps de cuisson. Pour ces deux facteurs, vous déterminerez ensuite en détail l'ampleur des effets, si ces effets sont linéaires, et quelle est la valeur optimale pour obtenir exactement la bonne couleur.

Travail d'équipe

Personne ne réalise une expérience de DoE seul. Marc : "Par exemple, des connaissances spécifiques sont nécessaires pour déterminer quels facteurs vous allez examiner en premier lieu. Un spécialiste des processus ou un responsable de processus peut vous en dire davantage à ce sujet. Lors de la réalisation d'une expérience, je travaille également avec des opérateurs qui configurent et manipulent la machine. Lorsque je vais mesurer les produits, il se peut que j'aie besoin de quelqu'un pour m'aider à évaluer la qualité des produits. Il y a toute une équipe autour de cela. Cependant, je configure souvent un DoE et je le réalise statistiquement."

Un DoE est précédé d'une préparation minutieuse. Marc : "Il faut réfléchir très attentivement à la manière dont vous allez le mettre en œuvre. Ainsi, il semble parfois au départ que rien ne se passe. C'est quelque chose que j'ai constaté par expérience. Mais une fois que j'ai commencé, j'ai fini beaucoup plus rapidement et je n'ai pas eu besoin de faire six ou sept expériences supplémentaires. C'est la puissance du DoE."

Six Sigma Green Belt

Si vous voulez appliquer correctement le DoE, il est important de travailler de manière systématique et précise, explique Marc. "Vous n'avez pas besoin d'être un spécialiste des processus, mais il est utile de pouvoir comprendre rapidement un processus. J'ai découvert le DoE il y a environ trente ans lors d'un cours théorique. Je devais améliorer un processus dans une entreprise et je ne savais pas quoi faire. Depuis, je suis très enthousiaste à ce sujet et je pense qu'il devrait être utilisé beaucoup plus souvent."

Le DoE est proposé dans le cadre de la formation Lean Six Sigma Green Belt. "Cela suffit pour pouvoir le mettre en œuvre. Si vous souhaitez davantage d'informations et de détails, une théorie plus approfondie est recommandée."

Content avec des résultats inattendus

Malgré leurs années d'expérience, Marc et Michel sont toujours aussi enthousiastes à propos de chaque expérience. Michel : "Ce qui est génial, c'est que vous pouvez démontrer très précisément ce qui joue un rôle en fonction des facteurs d'entrée. Si nous revenons au pain : vous avez le four à exactement une certaine température avec la bonne quantité d'eau, de sel, de farine et de levure, alors vous obtenez exactement le pain que vous voulez avec tout au plus une petite variation, cela a quelque chose de magique."

Une telle analyse est toujours un moment passionnant, dit Marc : "Vous avez toujours une intuition préalable sur les facteurs qui ont une influence et ceux qui n'en ont pas. Je préfère quand, à la fin de l'analyse, le résultat est un peu différent de ce que j'avais prévu. Je me suis trompé, mais ce n'est pas grave. Je n'ai pas fait l'expérience pour rien."

Atelier pratique

À quoi les participants peuvent-ils s'attendre lors de l'atelier ? Michel : "Marc et moi avons une vaste expérience avec DoE, donc nous pouvons en parler longuement. Nous le ferons certainement, mais l'atelier sera principalement pratique. Faire du pain prendrait trop de temps, mais nous allons faire quelque chose de concret. Une expérience avec toutes sortes de variables différentes qui peuvent influencer le résultat. À la fin de la soirée, nous organiserons une compétition pour voir qui aura optimisé son processus le mieux. Bien sûr, nous avons un prix pour le gagnant."