Sunu 1 - LEYLA DEMIR

9/26/2014
Giriş
PAÜ – ENDÜSTRİ MÜHENDİSLİĞİ

IENG 461 – Deneysel Tasarım
2014-2015 Güz Yarıyılı

Kalitenin rekabet açısından çok önem kazandığı bu
günlerde, işletmeler için düşük maliyetler ile yüksek
kaliteli ürünler üretebilmek birincil amaç haline
gelmiştir.
Bu nedenle istatistiksel deney tasarımı teknikleri tüm
dünyada endüstrinin her alanında son 20 yılda çok geniş
bir kullanım alanı bulmuştur
Yrd. Doç. Dr. Leyla Demir
26.09.2014
Giriş


2
Giriş
Genel olarak deney tasarımının amacı, bir sürecin
gösterdiği davranışlar hakkında bilgi toplayarak, bu
sürecin kalite karakteristiklerini etkileyen faktörleri
belirlemek ve sürecin kalitesinin iyileştirilebilmesi için
hangi faktörlerin hangi seviyede olması gerektiğini tespit
etmektir.
Bu şekilde süreçten beklenen performans özelliklerinin
en iyilenmesi için optimum faktör seviyeleri belirlenmiş
ve ilgili sürecin kalitesi geliştirilmiş olur.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
IENG 461 - Deneysel Tasarım
3


Deney bir test veya testler serisi olarak tanımlanabilir.
Mühendislikte deney:




26.09.2014
Süreç tanımlama & süreç optimizasyonu
Malzeme özelliklerinin geliştirilmesi
Ürün tasarımı ve geliştirilmesi
Bileşen & sistem toleranslarının belirlenmesi
IENG 461 - Deneysel Tasarım
4
1
9/26/2014
Mühendislik deneyleri ile
Tarihçe
Yeni ürün ve süreçlerin tasarım ve geliştirme
sürelerinin azaltılması,
 Varolan süreçlerin performanslarının
iyileştirilmesi
 Ürünlerin güvenilirliklerinin ve
performanslarının artırılması,
 Robust (sağlam) ürün ve süreçlerin tasarlanması,
 Alternatif tasarımların ve malzemelerin
geliştirilmesi, bileşen ve sistem toleranslarının
geliştirilmesi
amaçlanmaktadır.

26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım




5
İlk olarak tarım alanındaki çalışmalarda ortaya çıkmıştır (1908 –
1940)
 W.S. Gossett ve t-testi (1908)
 R. A. Fisher & çalışma arkadaşları
 Faktöryel tasarımlar, Varyans analizi (Analysis of Variance, )
ANOVA
İlk endüstriyel dönem: 1951 – 1970’lerin sonları
 Box & Wilson, yanıt yüzeyleri metodolojisi
 Kimya ve süreç endüstrilerinde uygulamalar
İkinci endüstriyel dönem: 1970’lerin sonları – 1990
 Birçok şirkette kalite geliştirmede kullanılması
 Taguchi ve robust (sağlam) parametre tasarımı, ürün
dayanıklılığı
1990’larda başlayan modern çağ
26.09.2014
6
IENG 461 - Deneysel Tasarım
Bir sürecin genel modeli
Deneysel tasarımın tanımı
Deneysel tasarım bir sürecin/ürünün performansını
iyileştirmek amacıyla, süreci/ürünü etkileyen faktörler
üzerinde değişiklikler yaparak, bu değişikliklerin sürecin
çıktısı/ürün üzerindeki etkisinin gözlemlenmesi ve
yorumlanmasıdır.
Kontrol Edilebilen Faktörler
x1
x2
xp
Girdi
Çıktı
Süreç
z1
z2
zq
Kontrol Edilemeyen Faktörler
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
7
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
8
2
9/26/2014
Deneysel tasarımın uygulama alanları-1
Deneysel tasarımın amaçları




Çıktı üzerinde en çok etkiye sahip olan faktörleri
belirlemek
İstenen çıktıyı elde etmek için kontrol edilebilen
faktörlerin alacağı değerleri belirlemek
Çıktı üzerindeki değişkenliği mümkün olduğu kadar
azaltmak için kontrol edilebilen faktörlerin alacağı
değerleri belirlemek
Kontrol edilemeyen faktörlerin çıktı üzerindeki
etkisini en aza indirecek şekilde kontrol edilebilen
faktörlerin alacağı değerleri belirlemek
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım




9



Temel tasarım konfigürasyonlarının
geliştirilmesinde ve alternatif
konfigürasyonların karşılaştırılmasında
Malzeme alternatiflerinin seçiminde
Sağlam (robust) bir ürün üretmek için gerekli
tasarım parametrelerinin belirlenmesinde
Ürün performansını etkileyen anahtar tasarım
parametrelerinin belirlenmesinde
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
10
Deneysel tasarım tekniklerinin süreç
geliştirmede kullanılmasıyla
Deneysel tasarımın uygulama alanları-2

İmalat süreçlerinin performanslarının
iyileştirilmesi
Süreç geliştirme
Yeni ürün geliştirme
Var olan ürünlerin iyileştirilmesi




11
Çıktı miktarı artırılır
Süreçteki değişkenlik azaltılır
Süreç geliştirme zamanı azaltılır
Maliyetler azaltılır
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
12
3
9/26/2014
Ürün geliştirmede deneysel tasarım
teknikleri kullanılarak




Temel kavramlar ve tanımlar

Temel tasarım alternatifleri değerlendirilir
ve karşılaştırılır
Malzeme alternatifleri değerlendirilir
Tasarım parametreleri seçilir
Ürün performansına etki eden anahtar
parametreler belirlenir
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
13
26.09.2014
İstatistiksel deney tasarımının başarısı
toplanan verilerin doğruluğuna bağlıdır.
 Bu nedenle veriler toplanmadan önce
verilerin ne şekilde toplanacağı, her bir
deneme için kaç tane gözlem yapılacağı gibi
kararların tasarım aşamasında belirlenmesi
gerekir.


IENG 461 - Deneysel Tasarım
IENG 461 - Deneysel Tasarım
14
Temel kavramlar ve tanımlar
Temel kavramlar ve tanımlar
26.09.2014
Deneysel tasarımda, tasarımcı sistematik bir
şekilde sürece etki eden faktörleri
değiştirerek, sürecin sonunda elde edilen
çıktılardaki değişkenliği değerlendirmeye
çalışmaktadır.
15

Toplanan verilerin birbirinden bağımsız olması ve
istatistiksel bir yorum yapabilmek için yeterli olması
gerekir.
İstatistiksel deney tasarımında, bu iki koşulun
sağlanması için kullanılan üç temel prensip vardır:
 rassallık
 tekrarlama
 bloklama
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
16
4
9/26/2014
Rassallık




Tekrarlama
Rassallık deney tasarımında kullanılan istatistiksel
metotların temelini teşkil etmektedir.
Deneyde kullanılan operatör, makine ve malzemelerin
ve yapılacak deneylerin sıralarının rastgele belirlenmesi
rassallık olarak tanımlanmaktadır.
Burada amaç, ilgilenilen faktör(ler) dışında sürece etki
eden başka faktörler varsa bu faktörlerin etkisini
mümkün olduğu kadar azaltmaya çalışmaktır.
Deneylerin rassal olarak yapılması, toplanan verilerin
birbirinden bağımsız olmasını sağlar.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım



17
Bloklama




26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
18
Bloklama
Bir deneyde toplanan verilerin homojen olarak
sınıflandırıldığı her bir parçaya blok denir.
Bloklama, bir deneyin doğruluğunu ve hassasiyetini
artırmak için kullanılan bir yöntemdir.
Bloklamada her bir blok içinde yapılan denemeler kendi
içinde değerlendirilmektedir.
Böylece ilgilenilen faktörler dışında sürece etki eden
başka faktör(ler)in etkisi elimine edilerek sadece
ilgilenilen faktörlerin süreç üzerindeki etkisi tespit edilir.
26.09.2014
Tekrarlama bir deneme için birden fazla sayıda deney yapılması
demektir.
Tekrarlama iki önemli özelliğe sahiptir.
 Bunlardan ilki tasarımcıya deney hatasının bir tahminini elde
etmesine izin vermesidir.
 İkinci olarak da eğer örnek ortalaması bir faktörün etkisini
tahmin etmede kullanılıyor ise, tekrarlama deneyi yapan
kişinin bu etkiyi tam ve doğru bir şekilde elde etmesine izin
verir.
Ayrıca tekrar sayısı arttıkça deney tasarımı ile elde edilen
sonuçların doğruluğu da artmaktadır.
IENG 461 - Deneysel Tasarım
19


Bloklamada genellikle malzeme, operatör gibi sürece
etki eden değişkenler kullanılmaktadır.
Örneğin üç farklı makinenin performansının istatistiksel
deney tasarımı ile incelendiği bir deneyde, bu makineleri
kullanan operatörler arasında bir farklılık olması
durumunda, deney tasarlanırken operatörler bloklama
değişkeni olarak ele alındığında operatörler arasındaki
farklılıkların deneyin sonucunu etkilemesi azaltılmış
olacaktır.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
20
5
9/26/2014
Deneysel tasarım uygulama süreci
Problemin tanımlanması
Problemin tanımlanması
Faktörlerin ve faktör seviyelerinin belirlenmesi
 Çıktı değişkeninin belirlenmesi
 Uygun deney tasarımının belirlenmesi
 Deneyin yapılması
 Verilerin analiz edilmesi
 Sonuçların yorumlanması



26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım



21

Problem açık bir şekilde ortaya konduktan sonra
ilgilenilen sürece etki eden faktörlerin ve bu
faktörlerin seviyelerinin tespit edilmesi gerekir.
Bu aşamada incelenecek olan faktörlerin hangi
seviyelerinde deneme yapılacağı, faktörlerin nasıl
kontrol edileceği ve nasıl ölçüleceği belirlenir.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
22
Çıktı değişkeninin belirlenmesi
Faktörlerin ve faktör seviyelerinin
belirlenmesi

Deneysel tasarımın uygulama aşamasının ilk
adımı problemin tanımlanması adımıdır.
Bu aşamada deneyin amacı ile ilgili tüm bilgiler
toplanarak, deneyin amacı açık bir şekilde
tanımlanır.
İncelenecek süreçle ilgili tüm birimlerden gerekli
bilgilerin alınması bu aşamada çok önemlidir.
Problemin açık bir şekilde ortaya konması,
sorunun en iyi şekilde anlaşılmasına ve
problemin çözümüne katkıda bulunur.
23


Faktörler ve bu faktörlere ait seviyeler
belirlendikten sonra süreç hakkında bilgi verecek
çıktı değişkeni tespit edilmelidir.
Çıktı değişkeni belirlenirken, çıktı değişkeninin
ilgilenilen süreç hakkında gerekli bilgiler
verdiğinden emin olunmalıdır.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
24
6
9/26/2014
Deneysel tasarım tekniğinin belirlenmesi




Daha sonraki aşamada ilgilenilen problemin amacına
bağlı olarak uygulanacak olan deney tasarımı tekniğine
karar verilir.
Tasarımın seçilmesi adımı örnek büyüklüğünün
seçimini, deneylerin yapılış sıralarının seçimini,
bloklamanın yapılıp yapılmayacağının belirlenmesini ve
diğer rassallık kısıtlarını içerir.
Deney tasarımının seçilmesindeki en önemli kriter
deneyin amacıdır. Deneyin amacına göre hangi deney
tasarımı tekniğinin uygulanacağı belirlenir.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım


25
Verilerin analiz edilmesi






IENG 461 - Deneysel Tasarım
Uygulanacak deney tasarımı tekniği belirlendikten sonra
seçilmiş olan deney tasarımına göre deneyler yapılır.
Deneyin yapılması aşamasındaki en önemli nokta
deneyin planlanan çerçevede yürütülüp
yürütülmediğinin gözlemlenmesidir.
Bu aşamada yapılacak olan deney hataları deneyin
geçerliliğini yitirmesine neden olur. İyi bir planlama
deneyin başarısı açısından çok önemlidir.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
26
Sonuçların yorumlanması
Deneyler yapıldıktan sonra elde edilen deney verileri deneyden
objektif sonuçlar çıkarmak amacıyla istatistiksel yöntemlerle
değerlendirilir.
Veri analizi için kullanılan birçok paket program mevcuttur
(SPSS, MINITAB, SAS, vb.).
Verilerin yorumlanmasında kullanılan en önemli tekniklerden
birisi varyans analizidir.
Varyans analizi sonucunda ilgilenilen faktörlerin çıktı değişkeni
üzerinde etkili olup olmadığı tespit edilir.
Varyans analizinin sonuçlarının doğruluğu uygulanan deney
tasarımı modelinin uygunluğuna bağlıdır.
Bu nedenle modelin uygunluğunun kontrolü için hata analizi
yapılması gerekir.
26.09.2014
Deneyin yapılması




27
Veri analizi gerçekleştirildikten sonra deneyi
yapan kişi istatistiksel sonuçları yorumlamalıdır.
Bu aşamada grafik yöntemler yararlı bir araçtır.
Deney sonuçlarının geçerliliğini teyit etmek
üzere uygunluk testleri de gerçekleştirilir.
Tüm bu aşamaların sonunda ilgilenilen süreç
hakkında yol gösterici bilgiler elde edilmiş
olacaktır.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
28
7
9/26/2014
Örnek-1: Süreç parametreleri
tasarımı

Deney Tasarımı Örnekleri



26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
29
Örnek-1: Süreç parametreleri
tasarımı
26.09.2014





Fırın sıcaklığı
Fırında geçen süre
Transfer süresi (fırından prese giderken sıcak yayın hat
üzerinde geçirdiği süre)
Presin kapalı kaldığı süre
Yay sıcaklığı
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
IENG 461 - Deneysel Tasarım
30
Örnek-1: Süreç parametreleri
tasarımı


Bu örnek 1984 yılında Amerika’da Eaton firmasında
gerçekleştirilmiş bir deneyi özetlemektedir.
Deneyin amacı kamyon yaylarında görülen varyasyonu
azaltmaktır.
Kalite değişkeni olarak yay dilimlerinin yüksüz
yüksekliği kullanılmaktadır.
Bu değişkenin hedef değeri 8 inch (yaklaşık 20 cm
olarak belirlenmiştir).

31
Bu deney bir süreç parametreleri tasarım
deneyidir.
Çünkü ürün ve malzeme tamamen belirlenmiştir.
Deney yalnızca üretim sürecinin parametre
değerlerini ayarlayarak kaliteyi iyileştirmeyi
hedeflemektedir.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
32
8
9/26/2014
Örnek-1: Süreç parametreleri
tasarımı


Örnek-2: Robust tasarım

Deney uygulandıktan sonra elde edilen deney
verilerinin analizi özellikle fırında geçen süre,
transfer süresi ve presin kapalı olduğu sürenin
kalite değişkeni olarak yay yüksekliğini
etkilediğini ortaya çıkarmıştır.
Bu faktörlerin optimal değerlerinin seçilmesi ile
yay kalitesinin (yay dilimlerinin ortalama
yüksekliği ve yüksekliğin varyansı) iyileştiği
gözlenmiştir.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım

33
Örnek-2: Robust tasarım




IENG 461 - Deneysel Tasarım
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
34
Örnek-2: Robust tasarım
Bu tür durumlar için geleneksel (Taguchi öncesi) yaklaşım
firmanın fırın içi ısısını herhangi bir şekilde kontrol ederek, ısı
dağılımını homojen hale getirmeye çalışmasıdır.
Geleneksel yaklaşımda amaç, kaliteyi bozan sebebi bularak onu
ortadan kaldırmaktır.
Bu örnekte de olduğu gibi, bu yaklaşım genellikle maliyeti artırır.
Buradaki yaklaşım fırın içi ısısını kontrol edecek cihazların satın
alınmasından, fırınların yeni baştan inşasına kadar maliyeti
yükselten bir dizi önlemi kapsamaktadır.
26.09.2014
Japonya’da İna Seramik firmasında 1953’te
gerçekleştirilmiş bir uygulamadır.
Seramik imalatı sırasında, fırın içi sıcaklık
dağılımdaki farklılık nedeniyle, pişirilen
seramiklerin boyutlarında önemli farklar
oluşmakta ve sonuçta toplam ürünün büyük bir
bölümü ıskartaya çıkarılmaktadır.
35



İna firması farklı bir yaklaşım benimser.
Isı dağılımını kontrol etmek yerine, ısı
farklılığının seramik boyutlarında etkiyi en aza
indirecek bir formül araştırır.
Bu amaçla çeşitli katkı maddelerinin ve diğer
faktörlerin (toplam yedi faktör) seramik
boyutlarına olan etkisini belirlemek üzere,
oldukça basit bir deney tasarlanır ve üretim
koşullarında uygulanır.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
36
9
9/26/2014
Örnek-3 : Ürün tasarımı
Örnek-2: Robust tasarım




Deneyin en önemli sonucu şudur: Seramik hammadde
formülünde yer alan kireç oranının %1’den %5’e çıkarılması,
seramik boyutlarındaki varyasyonu mevcut değerin 1/10’una
indirmektedir. Bu uygulamanın sonucunda ıskarta önemli ölçüde
azalmaktadır.
Bu sonuç o yılların toprak endüstrisi için önemli bir buluştur.
Bu çalışma, robust tasarımın klasik bir örneğidir; kalitesizlik
yaratan ve kontrol edilemeyen bir faktörün etkisi, kontrol
edilebilen başka bir faktörün ayarlanması sonucu azaltılmaktadır.
Deney tasarımı bu amaçla uygulandığı zaman, maliyeti
artırmadan kaliteyi iyileştirmek mümkün olmaktadır.



Bir mühendis uçak motoru tasarlamak istemektedir.
Tasarlanacak olan motorun 40 000 ft yükseklik ve 0.8
Mach ses hızında seyir edebilecek yapıda olması
istenmektedir.
Tasarım parametreleri:





26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
37
26.09.2014
Giriş akımı,
Fan basınç oranı,
Toplam basınç,
Stator çıkış sıcaklığı,
Diğer faktörler.
IENG 461 - Deneysel Tasarım
38
Örnek-3 : Ürün tasarımı



Çıktı değişkenleri:
 Yakıt tüketimi,
 Motorun itme gücü
Böyle bir ürünün tasarlanmasında prototip kurmak
tasarım sürecinin erken safhalarında testler yapmak
mümkün olmayabilir.
Bu nedenle tasarımı yapan mühendis bu sistem için bir
bilgisayar modeli geliştirerek anahtar tasarım
parametrelerini ve optimum seviyelerini bulmak için
deneyleri bilgisayar modeli üzerinde yaparak tasarım
parametrelerini belirlemelidir.
26.09.2014
IENG 461 - Deneysel Tasarım
39
10

Download Report