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Design od Experiment - Zeit und Sicherheit gewinnen

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Design od Experiment - Zeit und Sicherheit gewinnen

  1. 1. Seite  1    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Design  for  Six  Sigma   (DFFS)       DOE  in  der  Erprobung     04/2013     Ralf-­‐Becker  –  Master  Black  Belt     www.change4business.de  
  2. 2. Seite  2    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt         I.  Block  I:  Steckbrief   1.  Aufgaben  &  Ziele   2.  Schwachstellen  heute   3.  Inhalte  &  Erfolgsfaktoren   4.  Investment  versus  EinsparpotenRal     II.  Block  II:  Übersicht  DFFS    -­‐    Design  of  Experiment  (DOE)   1.  Einleitung   2.  MoRvaRon   3.  Methodenüberblick   4.  Anwendung   5.  Zusammenfassung     Inhalte  
  3. 3. Seite  3    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Block  I  -­‐  Steckbrief  
  4. 4. Seite  4    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Ziele  –  Warum  Versuche  im  Entwicklungsprozess?   Aufgabe   Ziel   •  Toleranzen  überprüfen  und  anpassen   •  Bauteile  opRmieren     •  Reliability  prüfen     •  OpRmale  Betriebsparameter  finden   •  SpezifikaRonen  für  festgelegte   Qualitätseigenscha_en  prüfen   •  Modellbildung  und   •  Analyse  der  Einflüsse  durch  SimulaRon   •  KostenredukRon  und  Time  to  market   1.  Erkennen  von  Einflüssen  und   Wechselwirkung   2.  Erkennen  und  Bewerten  von   Risiken   3.  Einfache  Darstellung  der   Ergebnisse   4.  Minimale  Anzahl  von   Durchläufen/  Tests  /  Versuche    
  5. 5. Seite  5    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Hoher  Zeit-­‐  und  Kostenaufwand     Komplexität  der  Systeme      Analysemethoden     Unklare  Prozesse     Abgesicherte  QuanRfizierung  der  Risiken  von  Entscheidungen     ...       Schwachstellen  heute...  
  6. 6. Seite  6    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       • Praxis  erprobte  Methode   • LösungsorienRert   • Teambasiert   • Flexible  und  geringer  IniRal   Aufwand   Praxis   • MathemaRsche  und   staRschen  Verfahren  zum   Datendesign  (z.B.  Faktorielle   Versuchspläne,  Taguchi-­‐ Design  usw.)   • Erkennen  von   Wechselwirkungen  in   mehrdimensionalen   Parameterräumen   • Weltweit  erprobter  Prozess   Prozess     • StaRsche  Analyseverfahren   und  einfache  Darstellung  der   Ergebnisse   • Reduzierung  des   Versuchsaufwands  um  den   Faktor  10  bis  100  und   Verkürzung  der   Entwicklungszeit   • Einheitliche  Sprache   Ergebnisse   Inhalte  &  Erfolgsfaktoren  von  Design  of  Experiment  (DOE)  
  7. 7. Seite  7    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       •  Praxisgerechte  Vorlagen  und  Musterbeispiele  z.B.:  Testplan,  Testkonzepte   •  Wiederverwendung  von  Teskällen  und  ausführbaren  TeskallimplemenRerung   •  Testabdeckung  von  Anforderungen  methodisch  abgesichert     •  Verbesserte  AbsRmmung  mit  Lieferanten     •  einheitliche  und  standardisierte  AbsRmmung  zum  Testmanagement   •  Unterstützung  bei  Testmethode  und  Testmanagement  sowie  Testprozessen   •  Verbesserung  der  IdenRfikaRon  von  nicht-­‐relevanten  Anforderungen  für  die   Testabdeckung     •  QuanRfizierung  der  Risiken  an  Übergabenpunkten/  Q-­‐Gates   Wirkung  auf  die  idenRfizierten  Prozessprobleme  
  8. 8. Seite  8    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt          Einsparung  =  Kosten  *  x   Investment  versus  EinsparpotenRal   Es gilt allgemein: Kosten < 20.000 Euro x > 10; x <=100
  9. 9. Seite  9    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Block  II:  Übersicht  DFFS    -­‐    Design  of  Experiment  (DOE)  
  10. 10. Seite  10    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt         Einleitung  
  11. 11. Seite  11    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Einleitung  –  Warum  Versuche  im  Entwicklungsprozess?   Aufgabe   Ziel   •  Toleranzen  überprüfen  und  anpassen   •  Bauteile  opRmieren     •  Reliability  prüfen     •  OpRmale  Betriebsparameter  finden   •  SpezifikaRonen  für  festgelegte   Qualitätseigenscha_en  prüfen   •  Modellbildung  und   •  Analyse  der  Einflüsse  durch  SimulaRon   •  KostenredukRon  und  Time  to  market   1.  Erkennen  von  Einflüssen  und   Wechselwirkung   2.  Erkennen  und  Bewerten  von   Risiken   3.  Einfache  Darstellung  der   Ergebnisse   4.  Minimale  Anzahl  von   Durchläufen/  Tests  /  Versuche    
  12. 12. Seite  12     MoRvaRon  -­‐  EinsReg   Aufgabe:     OpRmierung  eines  Aggregates   Fragestellung:   •  Was  ist  die  opRmale  Einstellung  für  A  und  B?   •  Welche  Wechselwirkungen  gibt  es?   •  Wie  lässt  sich  das  System  Robust  gegen  Schwankungen  von  A  oder  B   machen?   Ziel  :     Maximaler  Response     Einflussfaktoren:   Faktor  A   Faktor  B   Vorgehen   •  BesRmmung  des  Ausgangsparameter  auf  Basis  von  Erfahrungswerten   •  VariaRon  von  jeweils  einem  Faktor  pro  Durchlauf  
  13. 13. Seite  13     50   60   70   80   60   90   120   150   180   Response   Factor  A   50   60   70   80   210   220   230   240   250   Response   Factor  B   MoRvaRon  –  2-­‐dimensionaler  Faktorraum   Darstellung: Zwei-dimensionaler Lösungssraum (Kennfeld) mit den Ergebnisse der Untersuchung 91 90 80 70 60 210 220 230 240 260 250 60 90 120 150 180 Faktor A FaktorB Variation der Faktoren nacheinander (One Faktor at a Time inkl. Erfahrungsansatz - OFAT) Wirkliches Optimum Ermitteltes OptimumErgebnisse der Erprobung
  14. 14. Seite  14     MoRvaRon  -­‐  Erkenntnisse     •  Wir  untersuchen  einen  2-­‐dimensionalen  Raum   anhand  von  Linien     •  Wir  finden  nicht  das  wahre  OpRmum,  sondern  nur  ein   „lokales“  OpRmum  und   •  das  Ausgangssetng  entscheidet  über  das  zu  findende   „OpRmum“    
  15. 15. Seite  15    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt         Was  heißt  das,  wenn  nun  mehr  als  2  Dimension  =  Faktoren  vorhanden  sind?   Wir  untersuchen  weiterhin  den  Raum  anhand  von  Linien!     Wenn  4,  6,  8,  10  usw.  Faktoren  untersucht  werden  sollen  und  miteinander  wechselwirken,  dann   heißt  das  folgendes  in  der  Praxis:       MoRvaRon  -­‐  Erkenntnisse   Faktoren   Stufen   Anzahl  der   Messpunkte   Anzahl  der  Kennfelder  die   parallel  ausgewertet   werden  müssen   4   5   625   25   6   5   15625   625   8   5   390625   15625  
  16. 16. Seite  16    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Die  gesteckten  Ziele  können  nur  mit    Hilfe  von  mathemaRschen  Methoden  (z.B.:Design   of  Experiment)  erzielt  werden.       Nur  so  lassen  sich  die  Forderungen  nach:   •  Einfachheit  und  prozessualer  Standardisierung   •  robustem  Design,   •  Time  to  market,     •  Kosten  und  AufwandsopRmierung  in  der  Entwicklung,  im  Testen  und  der   Erprobung   •  Verbesserte  Einbindung  und  KommunikaRon  zum  Lieferanten    nachhalRg  und  robust  erfüllen.   MoRvaRon  -­‐  Zusammenfassung  
  17. 17. Seite  17    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Methodenübersicht  –  Modell  für  die  Versuchspläne  und  Auswertung   Einfluss Parameter/ Faktoren Zielgrößen Störgrößen / Umweltfaktoren unkontrolliert/ kontrolliert und quantifizierbar C A B Std. Order A B C 1 2 3 4 5 6 7 8 - + - + - + - + - - + + - - + + - - - - + + + + Faktor A Stufe 1 Stufe 2Stufe 1 8 12 16 Response Faktor B Faktir C A   B   C   A*B   Andere   Erkannte  Anteile  zu  VariaFon   f (x)
  18. 18. Seite  18    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Methodenübersicht  –  Versuchspläne  und  ihr  Benefit     weitere Methode/ Design: Taguchi, Box Behnken, D-Optimal Systematische Erkundung des Versuchsraumes durch die gezielte Kombination und Variation aller Faktoren Reduktion der Versuchsumfänge durch eine abgesichterte Methode zur Auswahl der Faktorkombination Quantifizierung der Haupteffekte und Wechselwirkungen Quantifizierung der Risiken und des Erkenntnisgrades Flexible und schnelle Erweiterung bei neuen Erkenntnissen Einfache Kommunikation der Ergebnisse durch verständliche und standardisierte Darstellungsformen
  19. 19. Seite  19    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Anwendung  -­‐  Beispiel  mit  mehren  Faktoren   Beispiel   Einflussfaktoren   Zielgrößen   Verbesserungsobjekt   TDI-­‐Motor     1.  Raildruck   2.  Einspritzbeginn     3.  Einspritzmenge     4.  Lu_masse     5.  Ladedruck     6.  Lage  und  Menge:   1.   Voreinspritzung   2.  Nacheinspritzung.     1.  Kra_stoffverbrauch   2.  Abgasemissionen   maximale  Leistung   3.  Drehmomentverlauf   4.  Ansprechverhalten     Fahrzeugsicherheit   adapRver  Airbag:   SimulaRon  und   Schlizenversuch       1.  Crash-­‐Puls  Dummy  SitzposiRon     2.  Airbagsteuerung     •  Vent-­‐Durchmesser     •  Öffnungszeitpunkt     3.  Gurtkra_begrenzer     1.  Kopfverletzungskriterium   (HIC)     2.  Brusteindrückung     3.  Brustbeschleunigung    
  20. 20. Seite  20    ©  2013  ralf.becker@change4business.den      Master  Black-­‐Belt       Zusammenfassung  -­‐  Generell   Allgemein   Speziell   •  Praxisbasierter  Ansatz  zur  direkten   Umsetzung   •  Einfache  Handhabung  und   Standardisierung  der  Prozesse   •  QuanRfizierung  und  RedukRon  der   Risiken   •  Einfache  und  klare  Darstellung  der   Ergebnisse   •  Robustere  Systeme  bzw.  Systemsetngs   •  Reduzierung  des  Versuchsaufwands   um  den  Faktor  10  bis  100  =>   Verkürzung  der  Entwicklungszeit   •  Erkennen  von  Wechselwirkungen  in   mehrdimensionalen  Parameter-­‐ räumen   •  Verstehen  der  Zusammenhänge  und   Modellbildung  zur  SimulaRon    

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