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Versuchsplanung - Produkte und Prozesse optimieren

von: Wilhelm Kleppmann

Carl Hanser Fachbuchverlag, 2016

ISBN: 9783446447172 , 364 Seiten

9. Auflage

Format: PDF, OL

Kopierschutz: Wasserzeichen

Windows PC,Mac OSX,Windows PC,Mac OSX Apple iPad, Android Tablet PC's Online-Lesen für: Windows PC,Mac OSX,Linux

Preis: 27,99 EUR

Exemplaranzahl:  Preisstaffel

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Mehr zum Inhalt

Versuchsplanung - Produkte und Prozesse optimieren


 

Vorwort

6

1 Einführung

14

1.1 Warum Versuche?

14

1.2 Warum Statistik?

14

1.3 Warum Versuchsplanung?

17

1.4 Welche Art von Ergebnissen kann man erwarten?

19

1.5 Versuche oder systematische Beobachtung?

20

1.6 Versuchsplanung und Six-Sigma-Strategie

21

2 Ausgewählte Begriffe

24

2.1 Zielgrößen

25

2.2 Einflussgrößen

25

2.3 Steuergrößen

26

2.4 Störgrößen

26

2.5 Faktoren

27

2.6 Faktorstufen

27

2.7 Quantitative und qualitative Faktoren

28

3 Vorgehensweise im Überblick

30

3.1 Ausgangssituation beschreiben

30

3.2 Untersuchungsziel festlegen

32

3.2.1 Optimale Lage des Mittelwerts

32

3.2.2 Reduzierung der Streuung/Robustheit

33

3.2.3 Erkennen der wichtigsten Störgrößen in der Fertigung

34

3.2.4 Gleichzeitig fertigen und lernen

35

3.2.5 Funktion und Zuverlässigkeit nachweisen

35

3.3 Zielgrößen und Faktoren festlegen

35

3.3.1 Auswahl der Zielgrößen

35

3.3.2 Sammlung der Einflussgrößen

37

3.3.3 Auswahl der Faktoren

38

3.3.4 Festlegung der Faktorstufen

39

3.3.5 Einflussgrößen, die nicht untersucht werden

41

3.4 Versuchsplan aufstellen

42

3.4.1 Festlegung der Faktorstufenkombinationen

42

3.4.2 Anzahl der Realisierungen

43

3.4.3 Blockbildung

44

3.4.4 Randomisierung

44

3.4.5 Aufwandsabschätzung

46

3.5 Versuche durchführen

48

3.5.1 Vorbereitung

48

3.5.2 Durchführung

49

3.6 Versuchsergebnisse auswerten

50

3.7 Ergebnisse interpretieren und Maßnahmen ableiten

53

3.7.1 Interpretation

53

3.7.2 Maßnahmen

54

3.8 Absicherung, Dokumentation, weiteres Vorgehen

55

3.8.1 Absicherung der Verbesserungen

55

3.8.2 Dokumentation

55

3.8.3 Weiteres Vorgehen

56

4 Systematische Beobachtung

58

4.1 Multi-Vari-Bild

58

4.2 Darstellung der örtlichen Verteilung von Fehlern

62

4.3 Prozessvergleich

65

4.4 Paarweiser Vergleich von Produkten

67

5 Einfache Versuche

70

5.1 Variablenvergleich zur Prozessverbesserung

70

5.2 Komponententausch zur Produktverbesserung

74

5.3 Überblick über die Methoden nach D.?Shainin

77

6 Statistische Grundlagen

78

6.1 Verteilung

78

6.1.1 Häufigkeitsverteilung von Versuchsergebnissen

78

6.1.2 Verteilungsdichte und Verteilungsfunktion

81

6.1.3 Normalverteilung

83

6.2 Auswertung einer Stichprobe

84

6.2.1 Repräsentative Stichprobe

84

6.2.2 Eintragung ins Wahrscheinlichkeitsnetz

86

6.2.3 Schätzwerte für Mittelwert ? und Varianz ?2

89

6.2.4 Vertrauensbereiche

90

6.3 Vergleich von zwei Mittelwerten

95

6.3.1 Auswertung von Versuchsergebnissen

96

6.3.2 Festlegung des Stichproben- bzw. Versuchsumfangs

102

6.3.3 Voraussetzungen

104

6.4 Transformation von Messwerten

108

6.4.1 Logarithmische Normalverteilung

108

6.4.2 Poisson-Verteilung

109

6.4.3 Box-Cox-Transformation

111

7 Vollständige faktorielle Versuchspläne

114

7.1 Zwei Faktoren auf je zwei Stufen

114

7.1.1 Versuchsplan und Effekte

114

7.1.2 Auswerteformalismus und Beurteilung der Signifikanz

117

7.1.3 Interpretation von Wechselwirkungen

119

7.1.4 Randomisierung und Blockbildung

121

7.2 k Faktoren auf je zwei Stufen

126

7.2.1 Versuchsplan

126

7.2.2 Auswertung

128

7.2.3 Versuchsumfang

133

7.3 Auswertung von Versuchsplänen mit n?=?1

134

7.3.1 Wahrscheinlichkeitsdarstellung der Effekte

134

7.3.2 Schätzung der Zufallsstreuung durch „Pooling“

138

7.3.3 Risiken

140

8 Screening-Versuchspläne

142

8.1 Hintergrund

142

8.2 Fraktionelle faktorielle Versuchspläne

143

8.2.1 Der fraktionelle faktorielle 24?–1-Plan als Beispiel

143

8.2.2 Anwendung des 24?–?1-Plans zur Blockbildung

147

8.2.3 Fraktioneller faktorieller 2k?–?p-Plan

150

8.2.4 Was bedeutet Vermengung?

153

8.2.5 Auflösung

156

8.2.6 Überblick über 2k?–?p-Pläne

157

8.2.7 Praxisbeispiel Reflowlöten

160

8.3 Plackett-Burman-Versuchspläne*

169

8.3.1 Plackett-Burman-Versuchspläne der Auflösung III

170

8.3.2 Plackett-Burman-Versuchspläne der Auflösung IV

172

8.3.3 Übersättigte Pläne

173

8.4 Definitive Screening Pläne*

173

8.5 Funktionstest*

174

8.6 Einsatzempfehlungen

176

9 Robuste Produkte/Prozesse

178

9.1 Ziel und Strategie von G. Taguchi

179

9.1.1 Qualitätsziel: Streuung minimieren

179

9.1.2 Entwicklungsstrategie: Robuste Produkte/Prozesse

179

9.2 Taguchis Versuchspläne und ihre Auswertung

181

9.3 Alternative Ansätze

189

9.3.1 Aus der Differenz von Messwerten abgeleitete Zielgrößen

189

9.3.2 Wechselwirkung zwischen Steuer- und Rauschfaktoren

190

9.4 Anmerkungen zu den „Orthogonalen Feldern“ u.?ä.*

191

9.4.1 Orthogonale Felder

191

9.4.2 Lineare Graphen und Dreieckstabellen

192

9.4.3 Dummy Levels, Pseudo Factor Designs, Idle Columns

193

10 Regressionsanalyse

196

10.1 Einfache lineare Regression

197

10.1.1 Methode der kleinsten Quadrate

197

10.1.2 Bestimmtheitsmaß und Korrelationskoeffizient

199

10.1.3 Grafische Beurteilung der Residuen

202

10.1.4 Vertrauensbereiche und Signifikanz

205

10.1.5 Zusammenhang lineare Regression – Mittelwertvergleich

210

10.1.6 Quasilineare Regression

211

10.2 Mehrfache Regression

211

10.2.1 Zweifache lineare Regression

212

10.2.2 Transformierte Einflussgrößen

215

10.2.3 Prinzip der schrittweisen Regression

218

10.2.4 Beurteilung des Regressionsmodells

219

11 Versuchspläne für nichtlineare Zusammenhänge

222

11.1 Zentral zusammengesetzte Versuchspläne

222

11.1.1 Orthogonaler Versuchsplan

224

11.1.2 Technisch bedingte Abweichungen vom Versuchsplan

225

11.1.3 Bekannte nichtlineare Abhängigkeiten

226

11.1.4 Varianten von zentral zusammengesetzten Plänen

226

11.1.5 Praxisbeispiel Laserschneiden

229

11.2 Alternative Pläne*

237

11.2.1 3k- und 3k–p-Pläne

237

11.2.2 Box-Behnken-Pläne

237

11.2.3 Kleine zusammengesetzte Pläne

238

11.2.4 Optimale Pläne

240

11.3 Grenzen des quadratischen Modells

241

11.3.1 Beispiele und Lösungsmöglichkeiten

242

11.3.2 Allgemeine Lösungsansätze

244

11.4 Einsatzempfehlungen

245

12 Varianzanalyse

248

12.1 Einfache balancierte Varianzanalyse

249

12.2 Mehrfache Varianzanalyse

254

12.3 Feste und zufällige Effekte*

257

12.4 Nicht vollständige Randomisierung*

259

12.4.1 Alle Realisierungen einer Kombination gemeinsam

259

12.4.2 Split-Plot Versuche

260

13 Screening für mehrstufige Faktoren*

262

13.1 Versuchspläne

262

13.2 Auswertung

263

13.3 Einsatzempfehlungen

265

14 Versuchspläne für Mischungen*

266

14.1 Mischungspläne ohne Begrenzungen

267

14.2 Auswertung von Mischungsplänen

269

14.3 Mischungspläne mit Begrenzungen

269

14.4 Kombinierte Versuchspläne

270

15 Spezielle Zielgrößen*

272

15.1 Gut-Schlecht-Ergebnisse

272

15.1.1 Möglichkeiten zur Vermeidung

272

15.1.2 Auswertung

274

15.2 Anzahl Fehler

278

15.3 Mehrere Zielgrößen

279

16 Erweiterung von Versuchsplänen*

288

16.1 Trennung vermengter Wechselwirkungen

288

16.2 Zentrumspunkt

290

16.3 Zuordnung quadratischer Effekte

292

16.4 Nicht realisierbare Faktorstufenkombinationen

294

17 Alternative Modellierungsansätze*

298

17.1 Andere Verteilungen: Maximum Likelihood Prinzip

298

17.2 Robuste Regression

299

17.3 Andere Modellansätze

299

17.3.1 Überanpassung und Unteranpassung

299

17.3.2 Lokale Modelle

301

17.3.3 Neuronale Netze

302

17.3.4 Gaussian Process Models

302

17.3.5 Einsatzempfehlungen

303

18 Sequentielle Optimierungsverfahren*

306

18.1 Evolutionary Operations (EVOP)

307

18.2 Methode des steilsten Anstiegs

309

18.3 Simplexverfahren

310

18.4 Neuere Entwicklungen

312

19 Software*

314

19.1 Allgemeine Hinweise

314

19.2 Beschreibung ausgewählter Programme

315

19.3 Spezielle Anwendungsgebiete

321

20 Beispiele*

324

20.1 Beispiel Motoroptimierung

324

20.2 Literaturbeispiele

329

20.3 Übungsbeispiele

330

20.3.1 Papier-Rotor

330

20.3.2 Nürnberger Trichter

333

Anhang

336

Anhang A – Abkürzungen und Formelzeichen

336

Anhang B – Statistische Tabellen

337

Anhang C – Wegweiser durch die Verfahren

339

Anhang D – Ablauf einer Versuchsplanung

340

Anhang E – Ablauf einer Datenauswertung

341

Anhang F – Glossar deutsch/englisch

342

Anhang G – JAVA-Visualisierungen auf der DVD

346

Anhang H – Software/Beispiele auf der DVD

350

Anhang J – Software/Demos im Internet

352

Index

356