بخشی از مقاله
1-1- طراحي آزمايشها چيست؟
طراحي آزمايشها شامل يک آزمايش يا يکسري از آزمايشهايي مي شود که به طور آگاهانه در متغيرهاي ورودي فرآيند تغييراتي ايجاد مي گردد تا از اين طريق ميزان تغييرات حاصل در پاسخ خروجي فرآيند مشاهده و شناسايي شود. فرآيند را مي توان ترکيبي از دستگاهها, روشها و افراد تصور نمود که مواد ورودي را به يک محصول خروجي تبديل مي کنند. اين محصول خروجي داراي يک
يا چند مشخصه کيفي يا پاسخهاي قابل مشاهده است. در مهندسي، آزمايش كردن نقش مهمي در طراحي محصول جديد،توسعة فرآيند ساخت و بهبود فرآيند ايفا مي‌كند. پس، طراحي آزمايشها يك روش علمي است كه به محقق اجازه مي‌دهد اطلاعاتي به دست آورد تا يك فرآيند را بهتر بشناسد و نحوة تأثير وروديها را در متغير پاسخ تعيين كند. يك فرآيند بطور شماتيك به شكل زير نمايش داده مي‌شود :
بعضي از متغيرهاي فرآيند قابل کنترل و ساير آنها غيرقابل کنترل هستند (گرچه آنها مي توانند در شرايط آزمايش قابل کنترل باشند.) در بعضي موارد اين عاملهاي غيرقابل کنترل عاملهاي اغتشاش ناميده مي شوند.
اهداف يک آزمايش ممکن است شامل موارد ذيل گردد :
- تعيين متغيرهاي قابل کنترلي که بيشترين اثر را بر روي پاسخ دارند.
- تعيين مقادير متغيرهاي قابل کنترلي که بيشترين اثر را بر روي پاسخ دارند, به گونه اي که y به مقدار اسمي خود نزديک تر باشد.
- تعيين مقادير متغيرهاي قابل کنترلي که بيشترين اث
را بر روي پاسخ دارند, به گونه اي که تغييرات در y کوچک باشد.
- تعيين مقادير متغيرهاي قابل کنترلي که بيشترين اثر را بر روي پاسخ دارند, به گونه اي که اثرات متغيرهاي غيرقابل کنترل حداقل گردد.
بنابراين روشهاي طراحي آزمايشها را مي توان در توسعه يا رفع مشکلات فرآيند و نتيجتاً بهبود عملکرد آن و يا دست يافتن به فرآيندي که نسبت به منابع تغييرات خارجي فاقد حساسيت و يا مقاوم است استفاده کرد.
روشهاي کنترل فرآيند آماري و طراحي آزمايشها که دو ابزار خيلي مهم و مفيد براي بهبود و بهينه سازي فرآيندها هستند, رابطه نزديکي با يکديگر دارند. به عنوان مثال اگر فرآيندي تحت کنترل آماري باشد ولي کارايي آن مطلوب نباشد, آن گاه تغييرات در فرآيند بايد کاهش پيدا کند تا کارايي آن بهبود يابد. روشهاي طراحي آزمايشها مي تواند اين کار را به طور موثرتر از SPC انجام دهد. اساساً SPC يک روش واکنشي است و يا به عبارت ديگر فرآيند آن قدر تحت نظر گرفته مي شود تا
اطلاعات مفيدي که حاکي از ايجاد تغيير در مورد فرآيند است به دست آيد. با اين حال, اگر فرآيند تحت کنترل باشد آن گاه نظارت واکنشي ممکن است اطلاعات مفيد چنداني ارايه ندهد. از طرف ديگر, طراحي آزمايشها يک روش آماري کنشي محسوب مي گردد. به عبارت ديگر, يک سري آزمايش بر روي فرآيند با ايجاد تغييرات آگاهانه در وروديها و مشاهده تغييرات حاصل در خروجي هاي فرآيند انجام مي گيرد و اطلاعات حاصل باعث مي شود تا عملکرد بهبود يابد. همچنين روشهاي طراحي آزمايشها مي توانند در استقرار کنترل آماري فرآيند مفيد واقع گردند.
به عنوان مثال, فرض کنيد که نمودار کنترل حالت خارج از کنترل را نشان مي دهد و فرآيند چندين متغير ورودي قابل کنترل دارد. اگر بدانيم کدام يک از متغيرهاي ورودي مهم هستند آن گاه مي توان فرآيند را به حالت تحت کنترل برگردانيد در غير اين صورت برگرداندن فرآيند به حالت تحت کنترل بسيار مشکل خواهد بود. روشهاي طراحي آزمايشها را مي توان جهت شناسايي متغيرهايي که بر روي فرآيند اثر مي گذارند استفاده کرد.
طراحي آزمايشها يکي از ابزارهاي مهندسي مهم در راستاي بهبود فرآيندهاي توليد محسوب مي شود. اين ابزار کاربرد فراواني در توسعه يک فرآيند توليد دارد. کاربرد اين فنون در مراحل اوليه توسعه فرآيند مي تواند نتايج زير را به همراه داشته باشد :
1- بهبود بازده
2- کاهش تغييرات
3- کاهش زمان توسعه
4- کاهش هزينه ها
همچنين روشهاي طراحي آزمايشها مي تواند نقش مهمي در فعاليت هاي طراحي مهندسي که شامل طراحي و توسعه محصولات جديد و بهبود محصولات موجود مي گردد ايفا نمايد. به عنوان مثال مي توان به موارد زير که بعضي از کاربردهاي طراحي آزمايشهاي آماري در طراحي مهندسي را نشان مي دهند اشاره کرد :
1- ارزيابي و مقايسه شکل و ابعاد اساسي طراحي
2- ارزيابي مواد
3- تعيين پارامترهاي کليدي طراحي محصول که بر عملکرد آن اثر مي گذارند.
استفاده از طراحي آزمايشها در هر يک از موارد فوق مي تواند توليد محصول را بهبود, عملکرد و قابليت اطمينان آن را افزايش و قيمت محصول و زمان توسعه آن را کاهش دهد.
1-2- چرا از طراحي آزمايشها استفاده مي‌كنيم ؟
بدون توجه به اينكه يك نفر در كجا كار مي‌كند ( توسعه، طراحي، كيفيت، آزمايش، قابليت اطمينان، توليد، بسته‌بندي) وظيفة اكثر دانشمندان و مهندسان، بدست‌آوردن مستندات و انتقال اطلاعات محصول يا فرآيند مي‌باشد. اطلاعات صحيح در اين مورد بسيار مهم است.
براي درك صحيح يك فرآيند، فرد به واقعيت‌ها و داده‌ها نياز دارد. جمع‌آوري اطلاعات با استفاده از آزمايش يك عامل در آن واحد و يا يكسري آزمونهاي سعي و خطا منجر به فعاليت‌هاي غيرمؤثر و غيركارآمدي براي درك و بهبود طرحهاي محصول و فرآيند مي‌شود. اگر يك شركت قصد دارد در بازار رقابتي پا برجا بماند، اين روشهاي كهنه و قديمي ديگر سودي ندارند.
روشهاي طراحي آزمايشها به مديران و افراد اجازه مي‌دهند در موارد زير اطلاعات بدست آورند:
1) بهبود عملكرد مشخصه‌هاي كيفي
2) كاهش هزينه‌ها
3) كاهش زمان توسعه محصول و توليد
بهبود عملكرد مشخصه‌ها از شناخت عوامل بحراني حاصل مي‌شود كه ميانگين فرآيند را بهبود مي‌دهد و تغيير پذيري پاسخ را حداقل مي‌كند و پايداري را ايجاد مي‌كند. همچنين اين بهبود عملكرد منجر به كاهش ضايعات و دوباره‌كاري مي‌گردد، كه به مقدار زيادي هزينه‌ها را كاهش مي‌دهد. شناخت اينكه كدام عاملها براي بهبود عملكرد بحراني هستند، روشن خواهد كرد كه كدام عوامل بايد كنترل شوند و تلرانسهاي آنها چقدر بايد باشد.
شناخت عوامل بدون اهميت، به فرد اجازه مي‌دهد كه تلرانسها را باز كند و يا سطحي از عامل را انتخاب كند كه منجر به هزينه‌هاي كمتر توليد شود. كاهش زمان بازاريابي با درك اينكه مشتري واقعاً چه مي‌خواهد، بدست مي‌آيد و با استفاده از رويه‌هاي كارآمد آزمايش، اطلاعات مورد نياز براي بهبود فرآيند و محصول به دست مي‌آيد.
براي يك مهندس يا محقق كه قصد دارد انتظارات يك مدير را پاسخ دهد طراحي آزمايشها مي‌تواند كاربردهاي زير را داشته باشد :
1) كارآمدترين روش براي شناخت عوامل ورودي كليدي.
2) كارآمدترين روش براي بدست آوردن درك صحيح بين عوامل ورودي و پاسخ‌ها.
3) روشي براي ساخت يك مدل رياضي وابسته به پاسخ براي عوامل ورودي، كه معمولاً جهت توصيف‌كردن يك فرآيند يا محصول بكار مي‌رود.
4) روشي براي تعيين تنظيمات عوامل ورودي كه متغير پاسخ را بهينه مي‌كنند و هزينه‌ها را كاهش مي‌دهند.
5) يك روش علمي براي تنظيم تلرانسها.
البته اين نكته را بايد در نظر داشته باشيم كه تا زماني كه مهندسين طراحي آزمايشها ازتمامي ابزارهاي آماري موجود مطلع نباشند و آزمايشهاي آنها به خوبي طراحي نشوند، نتايج مي‌توانند گمراه كننده باشند و مقادير زيادي از منابع بدون دليل هدر مي‌روند.
يكي از دلايل مجبوركننده مديران صنايع و مهندسين براي يادگيري آزمايشهاي طراحي شده بر پاية نياز براي رقابت با كشورهايي بود كه با موفقيت اين روشها را اجرا كرده بودند. در سال 1964، صنايع آمريكا با 6 بيليون دلار سود بر اين موضوع واقف نبودند كه آنها در زير تهاجم رقابتي شركتهاي خارجي قرار دارند.
در سال 1984، آمريكا با 123 بيليون دلار كسري بودجه در تجارت مواجه شد. در اين دورة 20 ساله، بهره‌وري آمريكا فقط30% افزايش يافت كه در مقايسه با آن برخي از كشورهاي اروپايي60% و كشور ژاپن 120% بهره‌وري خود را افزايش داده بود. اين كشور كه در دهة 50 و60 به سازنده محصولات بدون كيفيت مشهور شده بود، چنان رشد كرد كه در دهة 70 و 80 با ساخت محصولات با كيفيت بالاتر و قيمت پائين‌تر ادامة حيات محصولات آمريكا را در معرض خطر قرار مي‌داد.
چگونه اين مسئله اتفاق افتاد؟ اكنون همه مي‌دانند كه ژاپن موفقيت خود را مرهون طراحي كيفيت در محصول با استفاده از آزمايشهاي طراحي شده و بازرسي كيفي در طول توليد، توسط كنترل آماري كيفيت بود.
1-3- تغييرپذيري و تأثير آن بر کيفيت
شايد براي شما تعجب‌آور باشد كه در آزمايشگاه‌ها يا فرآيندهاي توليد با كنترل زياد، در محصول نهايي تغييرپذيري وجود خواهد داشت. تغييرپذيري توسط عوامل غير قابل كنترل يا مزاحم فرآيند توليد مي‌شود. تغييرپذيري زياد، درجه كيفيت محصول را پائين مي‌آورد و باعث ضرر و زيان كارخانه مي‌شود. راه حل اين مسئله تنظيم حدود مشخصات فني و انجام بازرسي محصول نهايي مي‌باشد
تا تضمين كنيم كه تعداد اقلام معيوب خروجي از كارخانه برابر با صفر مي‌باشد. اين راه حل موجب مي‌شود كه شركت محصول خود را به دو دسته قابل قبول (داخل حدود مشخصات فني) و غير قابل قبول (خارج حدود مشخصات فني) تقسيم كند. همانگونه كه در شكل (2-1) نشان داده شده است ضرر و زيان شركت به خاطر خروج از حدود مشخصات مي‌باشد. اگر تعداد زيادي محصول خارج از حدود توليد شود و محصولات قبل از حمل به درستي بازرسي نشوند، آنگاه:
(1) شکايتها افزايش خواهند يافت
(2) نيروي اضافي صرف تعمير محصولات تحت گارانتي خواهد شد
(3) مشتري‌ها مايوس شده وبه دنبال محصول مطمئن‌تر خواهند رفت
راه حل بهينه براي اين مسئله اين است كه تنها به بازرسي‌ها درانتهاي خط توليد اكتفا نكنيم. بنا به گفتة جوران، اين بازرسي‌ها تنها به اندازة80 درصد مؤثر مي‌باشند. اين راه حل (بازرسي) نياز به نيروي انساني بيشتر دارد و مي‌تواند موجب هزينه‌هاي گزاف، ضايعات و دوباره‌كاري شو
د.
همچنين داشتن سودآوري در چنين شرايطي نياز به اين دارد كه قيمت فروش را افزايش دهيم، كه اين كار باعث كاهش ادامه‌دار رضايت مشتري خواهد شد. علاوه بر اين، دليلي ندارد كه تصور كنيم اگر فقط يك محصول داخل حدود مشخصات فني باشد، ضرر و زياني متوجه شركت نخواهد شد. براي مثال ساخت شيشة عينك و فريم آن را در نظر بگيريد. اگر شيشه در پائين‌ترين حد مشخصة فني (LSL) و فريم عينك در بالاترين حدود مشخصة فني (USL) خود باشد، آنگاه كيفيت محصول كاهش خواهد ياف
ت.
براي ساخت يك محصول كيفي با كمترين هزينه، بايد كيفيت در فرآيند آن طراحي شود و توجه، معطوف به توليد در مقدار هدف (اسمي) باشد، نه اينكه توليد فقط در داخل حدود مشخصات باشد (شكل3-1).
هرگونه انحراف از مقدار هدف منجر به ضرر و زيان براي توليد كننده به شكل بازرسي، ضايعات، دوباره‌كاري، هزينه‌هاي گارانتي، افزايش زمان سيكل، تغييرات طراحي، كاهش سود، افزايش موجودي و … خواهد شد. زيانهاي خريدار مربوط به كاهش سطح عملكرد و قابليت اطمينان و هزينه‌هاي نگه‌داري مي‌شود . عاقبت يك خريدار (مشتري) يك توليد كننده (تأمين كننده) بهتر خواهد يافت و بنابراين زيان نهايي توليد كننده، كاهش سهم بازار خواهد بود .
براي كم كردن زيان ناشي از انحراف از هدف، تغيير پذيري محصول در اطراف مقدار هدف بايد كاهش پيدا كند .
همانطوري‌كه در شكل بالا ملاحظه مي‌كنيد محصول B ميزان بالاتري از مقادير اندازه‌گيري شده را در نزديكي مقدار هدف نسبت به محصول A دارا مي‌باشد. بنابراين، محصول B منجر به ضرركمتري خواهد شد. شما ترجيح مي‌دهيد ازكداميك خريداري كنيد. توليد كننده محصول A يا B ؟ در مورد مشتري‌هاي شما چطور؟ آنها محصول شما را مانند محصول A مي‌دانند يا محصول B ؟
در هر جايي كه كار مي‌كنيد، تحقيق، توسعه، توليد، بسته‌بندي و يا هر فرآيند مرتبط با توليد، كاهش تغييرپذيري، بهترين موفقيتي است كه با شناخت روابط بين متغيرهاي خروجي (پاسخ‌ها يا مشخصه كيفي) و متغيرهاي ورودي (عوامل يا پارامترها) مي‌توان بدست آورد.
دو ابزار مهم و ساده كه بايد قبل از جمع‌آوري داده‌ها مورد استفاده و بررسي قرار گيرند، نمودار جريان فرايند(Process Flow Diagram) و نمودار علت و معلول(Cause and Effect Diagram)
مي‌باشند. در صورت استفادة صحيح، يك نمودار علت و معلول ليستي از تمام منابع (علتهاي) تغييرپذيري در مقدار پاسخ را دارا خواهد بود. اين وروديها بايد تقسيم‌شوند، به ورودي‌هايي كه بايد ثابت نگه‌داشته شوند، ورودي‌هايي كه نمي‌توانند ثابت نگه داشته شوند (عوامل اغتشاش Noise Factors) و ورودي‌هايي كه بيانگر عوامل كليدي مي‌باشند كه بايستي در مورد آنها تحقيق شود. تمامي منابع شناخته شده تغييرپذيري كه مي‌توانند به سادگي و با هزينه‌هاي كم از بين بروند، بايستي قبل از هرگونه آزمايش شناخته و منهدم شوند تا فرآيند تقريباً به حالت تحت كنترل (ثبات) نزديك شود. اين حالت معمولاً نياز دارد كه تعداد زيادي از ورودي‌هاي روي نمودار علت و معلول ثابت نگه داشته شوند. ثابت نگه داشتن وروديها مستلزم برخي رويه‌هاي اجرايي مستند خواهد بود.
1-4- چند مثال در مورد کاربرد روش DOE
1-4-1- ويژگي شناسي يک فرايند
يک مهندس توليد از SPC براي کنترل فرآيند لحيم کاري قطعات الکترونيکي بر روي صفحات مدار چاپي استفاده مي کند. او با استفاده از نمودارهاي u و تجزيه و تحليل پاراتو , فرآيند جريان لحيم را در شرايط تحت کنترل آماري قرار مي دهد و از اين طريق تعداد متوسط اتصالاتي که در هر صفحه به طور معيوب لحيم کاري مي شده اند به حدود 1 درصد کاهش مي يابد. با اين حال چون يک صفحه به طور معمول حدود 2000 اتصال لحيم شده دارد حتي ميزان 1 درصد معيوبي در اتصالات مي تواند باعث توليد تعداد زيادي اتصالات لحيم شده که نياز به دوباره کاري دارند, گردد.
بدين منظور مهندس توليد در نظر دارد ميزان نقصها را باز هم کاهش دهد. با توجه به اين نکته که فرآيند توليد در شرايط تحت کنترل به سر مي برد دقيقاً معلوم نيست کدام يک از دستگاهها نياز به تنظيم دارد.
دستگاه لحيم کاري داراي چندين متغير قابل کنترل است. آنها عبارتند از :
درجه حرارت لحيم
درجه حرارت پيش گرما
سرعت دستگاه انتقال
نوع روغن لحيم
چگالي روغن لحيم
عمق موج لحيم
زاويه دستگاه اتصال
علاوه بر اين عاملهاي قابل کنترل, عاملهاي ديگر نيز وجود دارند که نمي توان آنها را در طول زمان توليد به سادگي کنترل کرد (گرچه مي توان آنها را فقط براي اهداف آزمايش کنترل نمود). اين عاملها عبارتند از :
ضخامت صفحه مدار چاپي
انواع قطعاتي که در صفحه استفاده
شده اند.
جانمايي قطعات بر روي صفحه
اپراتور
ميزان توليد
در چنين شرايطي مهندس توليد علاقمند است که مشخصات جريان لحيم را در دستگاه لحيم کاري تعيين نمايد و يا به عبارت ديگر او مي خواهد عاملهايي (قابل کنترل و غيرقابل کنترل) که بر پيدايش تعداد نقصها در صفحات مدار چاپي اثر مي گذارند را تعيين کند. به منظور دست يافتن به چنين هدفي او مي تواند آزمايشي طراحي کند تا به وسيله آن اندازه و ميزان اثرات عاملها تعيين گردند. به عبارت ديگر با تغيير هر عامل چه مقدار متغير پاسخ (نقصها در هر واحد) تغيير مي کند و آيا تغيير عاملها به طور همزمان باعث مي گردد که نتايج حاصل با حالتي که هر عامل به طور مجزا تغيير داده مي شود متفاوت باشد؟ در بعضي مواقع, اين نوع آزمايش را آزمايش غربالي (Screening Experiment) مي نامند.
تعداد نقصها در صفحات مدار چاپي اثر مي گذارند را تعيين کند. به منظور دست يافتن به چنين هدفي او مي تواند آزمايشي طراحي کند تا به وسيله آن اندازه و ميزان اثرات عاملها تعيين گردند. به عبارت ديگر با تغيير هر عامل چه مقدار متغير پاسخ (نقصها در هر واحد) تغيير مي کند و آيا تغيير عاملها به طور همزمان باعث مي گردد که نتايج حاصل با حالتي که هر عامل به طور مجزا تغيير داده مي شود متفاوت باشد؟ در بعضي مواقع, اين نوع آزمايش را آزمايش غربالي (Screening Experiment) مي نامند. اطلاعات حاصل از اين آزمايش غربالي يا ويژگي شناسي عاملهاي
بحراني فرآيند و تعيين فرآيند و تعيين جهتي که بايد اين عاملها تغيير داده شوند تا تعداد نقصها در هر واحد کمتر شود, استفاده مي گردد. همچنين ممکن است اين آزمايش اطلاعاتي را فراهم نمايد که به وسيله آن بتوان عاملها را در طول مدت زمان توليد بهتر کنترل کرد به طوري که از ميزان نقص زياد و عملکرد غيرعادي فرآيند جلوگيري شود. بنابراين يکي از نتايج اين آزمايش مي تواند استفاده از نمودارهاي کنترل جهت کنترل يک يا چند متغير فرآيند نظير درجه حرارت لحيم باشد (در کنار
استفاده از نمودار u جهت کنترل خروجي فرآيند). با گذشت زمان اگر فرآيند به اندازه کافي بهبود يابد, اين امکان بوجود خواهد آمد که بتوان برنامه هاي کنترل فرآيند را به جاي استفاده در کنترل خروجي فرآيند براي کنترل متغيرهاي ورودي به کار برد.
1-4-2- بهينه سازي يک فرآيند
معمولاً در يک آزمايش ويژگي شناسي هدف, تعيين متغيرهايي است که بر متغير پاسخ اثر مي گذارند. بعد از انجام اين آزمايش مرحله معقول بعدي بهينه سازي خواهد بود و يا به عبارت ديگر تعيين ناحيه اي که متغيرهاي مهم در آن قرار دارند و باعث مي شود تا بهترين پاسخ حاصل گردد. به عنوان مثال , اگر متغير پاسخ , بازده در نظر گرفته شود بايد به دنبال ناحيه اي گشت که بيشترين بازده را در بردارد و اگر متغير پاسخ تغييرات موجود در يکي از ابعاد محصولي بحراني و حساس باشد آنگاه بايد به دنبال ناحيه اي گشت که حداقل تغييرات را در بردارد.
فرض کنيد مي خواهيم بازده يک فرآيند شيميايي را بهبود دهيم. با توجه به نتايج حاصل از آزمايش يژگي شناسي فرض کنيد درجه حرارت و زمان واکنش به عنوان دو متغير مهم که بر بازده اثر مي گذارند معرفي مي گردند. در حال حاضر فرآيند در درجه حرارت F °155 و زمان واکنش 7/1 ساعت , بازدهي حدود 75% دارد. شکل 11-2 ناحيه زمان- درجه حرارت را از بالا نشان مي دهد. در اين شکل نقاط مربوط به بازده هاي يکسان به يکديگر متصل گرديده اند تا خطوط تراز (Contour Lines) براي متغير پاسخ به دست آيند. همچنين در اين شکل خطوط تراز مربوط به بازده هاي 90,80,70,60 و 95 درصد نشان داده شده اند.
به منظور تعيين نقطه بهينه , نياز به آزمايشي است که تغيير هر دو متغير زمان و درجه حرارت را با هم در نظر بگيرد. اين نوع آزمايش را آزمايش عاملي (Factorial Experiment) نامند. شکل (1-5 ) مثالي از يک آزمايش عاملي براي دو متغير زمان و درجه حرارت که هر کدام داراي دو مقدار هستند را نشان مي دهد.
پاسخهاي مشاهده شده در چهار گوشه مربع حاکي از اين است که بايد در جهت افزايش درجه حرارت و کاهش زمان واکنش حرکت کرد تا بازده فرآيند افزايش يابد. با انجام چند آزمايش ديگر مي توان ناحيه مربوط به بازده بهينه (حداکثر) را تعيين نمود.
1-4-3- طراحي يک محصول
روشهاي طراحي آزمايشها را مي توان غالباً در فرآيند طراحي به کار برد. به عنوان مثال فرض کنيد يک گروه مهندسي قصد دارد لولاي در يک اتومبيل را طراحي کند. مشخصه کيفي مورد نظر توانايي زبانه فنري در اتومبيل است که از بسته شدن آن موقعي که اتومبيل در يک سربالايي توقف کرده است جلوگيري مي کند. مکانيزم مورد نظر شامل يک عدد فنر و يک سيلندر قرقره مانند است.
هنگامي که در اتومبيل باز است, سيلندر با حرکت قوسي خود باعث مي شود تا فنر به هم فشرده شود. به منظور بستن در اتومبيل , فنر بايد از هم باز شود و نيروي خود را رها سازد. تيم مهندسي معتقد است که اين نيرو تابعي از عوامل زير است :
فاصله اي که سيلندر مي پيمايد
ارتفاع محور فنر تا پايين در
فاصله افقي بين محور تا فنر
ارتفاع آزاد فنر تقويتي
ارتفاع آزاد فنر اصلي
يک نمونه از لولاي اتومبيل به وسيله مهندسان طراحي و ساخته شد که در آن کليه اين عاملها را مي توان در دامنه هاي خاصي تغيير داد. موقعي که مقادير مناسبي براي اين پنج عامل شناسايي شد آن گاه مي توان آزمايشي که شامل ترکيبهاي مختلفي از مقادير هر عامل است انجام داد و لولاي ساخته شده را در شرايط هر يک از اين ترکيبها آزمايش کرد. با انجام اين آزمايشها اطلاعاتي به دست مي آيد که به وسيله آن م توان عاملهايي که بيشتر از ساير عاملها بر نيروي ايجاد شده اثر مي گذارند را شناسايي نمود و از اين طريق طراحي لولا را بهبود بخشيد.
1-4-4- تعيين تلورانسهاي سيستم و مؤلفه ها
شکل 11-3 يک پل ويتستن (Wheatstone Bridge) را نشان مي دهد که به وسيله آن مي توان مقاومت مجهول y را اندازه گيري کرد. مقاومت قابل تنظيم B آن قدر تغيير داده مي شود تا يک شدت جريان خاصي از آمپرسنج (معمولاً x=0 در نظر گرفته مي شود) عبور کند. سپس مقاومت مجهول به صورت زير محاسبه مي گردد :
(11-1)
مهندس طراح قصد دارد به گونه اي اين مدار را طراحي کند که توانايي کلي دستگاه اندازه گيري خوب باشد و يا به عبارت ديگر او مي خواهد انحراف معيار خطاي اندازه گيري کوچک باشد. او با توجه به معيار توانايي دستگاه در نظر دارد که از و , , و به عنوان بهترين انتخاب براي پارامترهاي طراحي استفاده کند. علي رغم چنين انتخابي هنوز باز هم خطاي اندازه گيري زياد است. علت
چنين مشکلي به احتمال قوي بايد تلرانسهاي در نظر گرفته شده براي مؤلفه هاي مدار باشد. اين تلرانسها براي هر يک از مقاومتهاي A , B , C , D و F برابر با و براي منبع تغذيه E برابر با است. با توجه به اين تلرانسها مي توان مقادير مناسبي براي عاملها تعريف نمود و با انجام يک آزمايش تعيين کرد که کدام يک از مولفه هاي مدار از تلرانسهاي بحراني تري برخوردار هستند و چقدر بايد اين
تلرانسها تنگتر شوند با دستگاه اندازه گيري کارايي کافي داشته باشد. اطلاعات حاصل از اين آزمايش , به گونه اي مشخصات فني طراحي را تعيين مي کند که فقط حساس ترين و بحراني ترين تلرانسها تنگتر مي شوند تا کارايي دستگاه اندازه گيري افزايش يابد. نتيجتاً طرح حاصل از هزينه کمتر و قابليت توليد ساده تر برخوردار خواهد بود.
بايد توجه داشت که در اين آزمايش ضرورتي براي تهيه سخت افزار وجود ندارد. علت آن است که پاسخ حاصل از مدار را مي توان از رابطه (11-1) محاسبه نمود. متغير پاسخ واقعي براي اين آزمايش بايد انحراف معيار y در نظر گرفته شود. با اين حال, مي توان با استفاده از روشهاي بخش 9-6-2 يک معادله براي تغييراتي که در y از ناحيه مدار ايجاد مي گردد تعيين کرد. بنابراين , کل آزمايش را مي توان با استفاده از يک مدل رايانه اي پل ويتسن انجام داد.
1-5- خطوط راهنما براي انجام طراحي آزمايشها
روشهاي طراحي آزمايشها از روشهاي مهم بهبود فرآيند هستند. به منظور استفاده از اين روشها افرادي که آزمايش را انجام مي دهند بايد قبل از انجام آزمايش درک دقيق و واضحي در مورد هدف آزمايش, عاملهايي که مورد مطالعه قرار مي گيرند, چگونگي نتيجه گيري در مورد آزمايش و حداقل يک درک کيفي از چگونگي تجزيه و تحليل داده ها داشته باشند. مراحل مورد نياز جهت طراحي يک آزمايش عبارتند از :
1-5-1- درک و بيان مسئله
در عمل غالباً تشخيص اينکه يک مشکل يا مسئله را مي توان از طريق طراحي آزميشها حل کرد, بسيار دشوار است. به همين علت شايد نتوان به طور واضح مسئله با بيان کرد. با اين حال بايد بدانيم که ارايه کليه نظرات به طور کامل در مورد مسئله و اهداف آزمايش ضرورت دارد.
