Hur man förbättrar processer och produkter med Design of Experiments (DoE)

Om du vill att en produktionsprocess ska fungera optimalt är det nödvändigt att veta vilka faktorer som påverkar processen. Du kan göra många experiment, men det tar mycket tid och pengar. Tack vare Design of Experiments (DoE) är det möjligt att etablera sambandet mellan oberoende variabler (faktorer som du kan påverka) och beroende variabler (resultat av processer) så tillförlitligt som möjligt, med så få experiment som möjligt.

Så få experiment som möjligt

Senior Process Engineer Michel Werts förklarar vidare. "Låt oss ta ett enkelt exempel. Föreställ dig att du ska baka bröd hemma. Det finns många faktorer som avgör kvaliteten på ditt bröd: sammansättningen av degen, mängden salt eller vatten, tiden brödet är i ugnen, ugnstemperaturen... Det knepiga är att du inte vet i förväg vilken effekt varje faktor har. Dessutom kan faktorer påverka varandra. Du kan titta på dem en och en, men då måste du se till att de andra faktorerna förblir konstanta. Dessutom måste du göra många olika experiment för att ta reda på effekten av varje faktor."

Här kommer DoE, eller Design of Experiments, in i bilden. DoE är en smart metod för att statistiskt validera och analysera kombinationer av faktorer. Du gör detta på det mest effektiva sättet med så få experiment som möjligt. Du kan tillämpa det på alla typer av produktionsprocesser. Tänk till exempel på en tryckprocess, en limningsprocess eller en mekanisk slipningsprocess.

Idealt utförs experimenten innan produktionsprocessen har startat, men det kan också göras under en pågående process. Till exempel för att öka avkastningen eller om saker och ting har förändrats efter att en produkt lanserats: ett annat råmaterial eller ny utrustning.

Minimal variation

Marc Schrijvers är Senior Process Development Engineer. Han förklarar hur DoE bidrar till kvalitén i en produktionsprocess. "Anta att en produkt måste vara 5 centimeter lång men kan variera mellan 4 och 6 centimeter. Med DoE kan du sedan exakt bestämma vilka värden du behöver ställa faktorerna på för att få en storlek på 5 centimeter med så liten variation som möjligt." I praktiken är inga två produkter hundra procent lika. Det finns alltid en viss variation, men du vill att variationen ska vara så liten som möjligt och inte avvika för mycket från ett förutbestämt värde.

Screening

Innan du börjar med DoE är det viktigt att undersöka vilka faktorer som är relevanta och vilka som inte är det. "Du kanske inte behöver många faktorer och interaktioner mellan faktorer alls," säger Michel. "På många företag vet processägarna redan mycket. De har ofta redan testat allt som behövs. Men ofta är listan över faktorer ändå för lång. Då utför du en screening. Det finns mycket användbara matematiska metoder för att eliminera dessa faktorer. Efter screeningen kvarstår ett begränsat antal faktorer, vanligtvis mellan två och fem, som du kommer att undersöka vidare. I exemplet med bröd bestäms brödets färg inte av ingredienserna, utan främst av ugnstemperaturen och gräddningstiden. För dessa två faktorer kommer du sedan att fastställa i detalj hur stora effekterna är, om dessa effekter är linjära och vilket det optimala värdet är för att få exakt rätt färg.

Teamwork

Ingen genomför ett DoE-experiment på egen hand. Marc: "Till exempel behövs specifik kunskap för att avgöra vilka faktorer du ska undersöka från början. En processpecialist eller processägare kan berätta mer om detta. När jag genomför ett experiment samarbetar jag också med operatörer som ställer in och kör maskinen. När jag ska mäta produkter kan jag behöva någon som hjälper mig att mäta kvaliteten på produkterna. Det finns ett komplett team omkring detta. Dock skapar jag ofta ett DoE och utför det statistiskt."

Ett DoE föregås av noggranna förberedelser. Marc: "Du måste tänka mycket noga igenom hur du ska genomföra det. Därför kan det ibland initialt verka som om ingenting händer. Detta är något jag vet av egen erfarenhet. Men när jag väl kom igång var jag klar mycket snabbare och behövde inte göra sex eller sju fler experiment. Det är styrkan i DoE."

Six Sigma Green Belt

För att kunna tillämpa DoE korrekt är det viktigt att arbeta systematiskt och noggrant, säger Marc. "Du behöver inte vara en processpecialist, men det är användbart om du snabbt kan förstå en process. Jag blev bekant med DoE för ungefär trettio år sedan genom en teoretisk kurs. Jag var tvungen att förbättra en process på ett företag och visste inte vad jag skulle göra. Sedan dess är jag väldigt entusiastisk över det och tycker att det borde användas mycket mer."

DoE erbjuds som en del av Lean Six Sigma Green Belt-utbildningen. "Det är tillräckligt för att kunna implementera det. Om du vill ha mer information och detaljer rekommenderas mer teori."

Nöjd med oväntade resultat

Trots sina års erfarenhet är Marc och Michel fortfarande lika entusiastiska över varje experiment. Michel: "Det fantastiska är att du kan visa mycket exakt vad som faktiskt spelar en roll baserat på indatafaktorer. Om vi återgår till brödet: har du ugnen på exakt en viss temperatur med rätt mängd vatten, salt, mjöl och jäst, då får du precis det bröd du vill ha med högst lite variation, det är något magiskt."

En sådan analys är alltid ett spännande ögonblick, säger Marc: "Man har alltid en magkänsla i förväg om vilka faktorer som har en påverkan och vilka som inte har det. Jag gillar det bäst när resultatet i slutet av analysen visar sig vara lite annorlunda än vad jag förväntade mig. Jag hade fel, men det är okej. Jag gjorde inte experimentet förgäves."

Praktisk workshop

Vad kan deltagarna förvänta sig av workshopen? Michel: "Marc och jag har omfattande erfarenhet av DoE, så vi kan berätta mycket om det. Det kommer vi absolut att göra, men workshopen kommer framför allt att vara praktisk. Att baka bröd skulle ta för mycket tid, men vi kommer att göra något praktiskt. Ett experiment där ni har alla möjliga olika variabler som kan spela en roll för resultatet. I slutet av kvällen kommer vi att ha en tävling för att se vem som har optimerat sin process bäst. Självklart har vi ett pris till vinnaren."