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Versuchsplanung - Produkte und Prozesse optimieren
von: Wilhelm Kleppmann
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2009
ISBN: 9783446422216 , 335 Seiten
6. Auflage
Format: PDF, OL
Kopierschutz: Wasserzeichen
Preis: 29,90 EUR
Vorwort
6
Inhalt
8
1 Einführung
13
1.1 Warum Versuche?
13
1.2 Warum Statistik
13
1.3 Warum Versuchsplanung?
16
1.4 Welche Art von Ergebnissen kann man erwarten?
18
1.5 Versuche oder systematische Beobachtung?
20
2 Ausgewählte Begriffe
22
2.1 Zielgrößen
22
2.2 Einflussgrößen
23
2.3 Steuergrößen
23
2.4 Störgrößen
24
2.5 Faktoren
24
2.6 Faktorstufen
25
3 Vorgehensweise im Überblick
26
3.1 Ausgangssituation beschreiben
26
3.2 Untersuchungsziel festlegen
28
3.2.1 Optimale Lage des Mittelwerts
28
3.2.2 Reduzierung der Streuung/Robustheit
29
3.2.3 Erkennen der wichtigsten Störgrößen in der Fertigung
30
3.2.4 Gleichzeitig fertigen und lernen
30
3.2.5 Funktion und Zuverlässigkeit nachweisen
31
3.3 Zielgrößen und Faktoren festlegen
31
3.3.1 Auswahl der Zielgrößen
31
3.3.2 Sammlung der Einflussgrößen
32
3.3.3 Auswahl der Faktoren
34
3.3.4 Festlegung der Faktorstufen
35
3.3.5 Einflussgrößen, die nicht untersucht werden
37
3.4 Versuchsplan aufstellen
38
3.4.1 Festlegung der Faktorstufenkombinationen
38
3.4.2 Anzahl der Realisierungen
38
3.4.3 Blockbildung
39
3.4.4 Randomisierung
40
3.4.5 Aufwandsabschätzung
41
3.5 Versuche durchführen
43
3.5.1 Vorbereitung
43
3.5.2 Durchführung
44
3.6 Versuchsergebnisse auswerten
45
3.7 Ergebnisse interpretieren und Maßnahmen ableiten
48
3.7.1 Interpretation
48
3.7.2 Maßnahmen
49
3.8 Absicherung, Dokumentation, weiteres Vorgehen
50
3.8.1 Absicherung der Verbesserungen
50
3.8.2 Dokumentation
50
3.8.3 Weiteres Vorgehen
51
4 Systematische Beobachtung
52
4.1 Multi-Vari-Bild
52
4.2 Darstellung der örtlichen Verteilung von Fehlern
56
4.3 Prozessvergleich
59
4.4 Paarweiser Vergleich von Produkten
61
5 Einfache Versuche
63
5.1 Variablenvergleich zur Prozessverbesserung
63
5.2 Komponententausch zur Produktverbesserung
67
5.3 Überblick über die Methoden nach D. Shainin
70
6 Statistische Grundlagen
71
6.1 Verteilung
71
6.1.1 Häufigkeitsverteilung von Versuchsergebnissen
71
6.1.2 Verteilungsdichte und Verteilungsfunktion
74
6.1.3 Normalverteilung
76
6.2 Auswertung einer Stichprobe
77
6.2.1 Repräsentative Stichprobe
77
6.2.2 Eintragung ins Wahrscheinlichkeitsnetz
79
6.2.3 Schätzwerte für Mittelwert ? und Varianz ?2
82
6.2.4 Vertrauensbereiche
84
6.3 Vergleich von zwei Mittelwerten
88
6.3.1 Auswertung von Versuchsergebnissen
89
6.3.2 Festlegung des Stichproben- bzw. Versuchsumfangs
95
6.3.3 Voraussetzungen
97
6.4 Transformation von Messwerten
101
6.4.1 Logarithmische Normalverteilung
101
6.4.2 Poisson-Verteilung
102
6.4.3 Box-Cox-Transformation
104
7 Vollständige faktorielle Versuchspläne ? Grundlage der Versuchsplanung
106
7.1 Zwei Faktoren auf je zwei Stufen
106
7.1.1 Versuchsplan und Effekte
106
7.1.2 Auswerteformalismus und Beurteilung der Signifikanz
109
7.1.3 Interpretation von Wechselwirkungen
111
7.1.4 Randomisierung und Blockbildung
113
7.2 k Faktoren auf je zwei Stufen
118
7.2.1 Versuchsplan
118
7.2.2 Auswertung
119
7.2.3 Versuchsumfang
125
7.3 Auswertung von Versuchsplänen mit n = 1
126
7.3.1 Wahrscheinlichkeitsdarstellung der Effekte
126
7.3.2 Schätzung der Zufallsstreuung durch „Pooling“
130
7.3.3 Risiken
132
8 Screening-Versuchspläne
133
8.1 Hintergrund
133
8.2 Fraktionelle faktorielle Versuchspläne
134
8.2.1 Der fraktionelle faktorielle 2^4–1-Plan als Beispiel
134
8.2.2 Anwendung des 2^4–1-Plans zur Blockbildung
138
8.2.3 Fraktioneller faktorieller 2^k–p-Plan
141
8.2.4 Was bedeutet Vermengung?
144
8.2.5 Auflösung
148
8.2.6 Überblick über 2^k–p-Pläne
149
8.2.7 Praxisbeispiel Reflowlöten
151
8.3 Plackett-Burman-Versuchspläne
160
8.3.1 Plackett-Burman-Versuchspläne der Auflösung III
161
8.3.2 Plackett-Burman-Versuchspläne der Auflösung IV
163
8.3.3 Übersättigte Pläne
164
8.4 Weitere Screening-Versuchspläne
164
8.5 Funktionstest
165
8.6 Einsatzempfehlungen
167
9 Robuste Produkte/Prozesse
169
9.1 Ziel und Strategie von G. Taguchi
169
9.1.1 Qualitätsziel: Streuung minimieren
170
9.1.2 Entwicklungsstrategie: Robuste Produkte/Prozesse
170
9.2 Taguchis Versuchspläne und ihre Auswertung
172
9.3 Alternative Ansätze
180
9.3.1 Aus der Differenz von Messwerten abgeleitete Zielgrößen
180
9.3.2 Wechselwirkung zwischen Steuer- und Rauschfaktoren
181
9.4 Anmerkungen zu den „Orthogonalen Feldern“ u.ä.
182
9.4.1 Orthogonale Felder
182
9.4.2 Lineare Graphen und Dreieckstabellen
183
9.4.3 Dummy Levels, Pseudo Factor Designs, Idle Columns
184
10 Regressionsanalyse
186
10.1 Einfache lineare Regression
186
10.1.1 Methode der kleinsten Quadrate
187
10.1.2 Bestimmtheitsmaß und Korrelationskoeffizient
189
10.1.3 Grafische Beurteilung der Residuen
192
10.1.4 Vertrauensbereiche und Signifikanz
194
10.1.5 Zusammenhang lineare Regression – Mittelwertvergleich
199
10.1.6 Quasilineare Regression
200
10.2 Mehrfache Regression
200
10.2.1 Zweifache lineare Regression
201
10.2.2 Transformierte Einflussgrößen
204
10.2.3 Prinzip der schrittweisen Regression
207
10.2.4 Beurteilung des Regressionsmodells
208
11 Versuchspläne für nichtlineare Zusammenhänge
210
11.1 Zentral zusammengesetzte Versuchspläne
210
11.1.1 Orthogonaler Versuchsplan
211
11.1.2 Technisch bedingte Abweichungen vom Versuchsplan
213
11.1.3 Bekannte nichtlineare Abhängigkeiten
213
11.1.4 Varianten von zentral zusammengesetzten Plänen
214
11.1.5 Praxisbeispiel Laserschneiden
217
11.2 Alternative Pläne
224
11.2.1 3^k- und 3^k–p-Pläne
224
11.2.2 Box-Behnken-Pläne
225
11.2.3 Kleine zusammengesetzte Pläne
226
11.2.4 Optimale Pläne
227
11.3 Grenzen des quadratischen Modells
229
11.4 Einsatzempfehlungen
231
12 Varianzanalyse
233
12.1 Einfache balancierte Varianzanalyse
233
12.2 Mehrfache Varianzanalyse
239
12.3 Feste und zufällige Effekte
242
12.4 Nicht vollständige Randomisierung
244
12.4.1 Alle Realisierungen einer Kombination gemeinsam
244
12.4.2 Split-Plot Versuche
245
13 Screening für mehrstufige Faktoren
247
13.1 Versuchspläne
247
13.2 Auswertung
248
13.3 Einsatzempfehlungen
250
14 Versuchspläne für Mischungen
251
14.1 Mischungspläne ohne Begrenzungen
252
14.2 Auswertung von Mischungsplänen
254
14.3 Mischungspläne mit Begrenzungen
254
14.4 Kombinierte Versuchspläne
255
15 Spezielle Zielgrößen
257
15.1 Gut-Schlecht-Ergebnisse
257
15.1.1 Möglichkeiten zur Vermeidung
257
15.1.2 Auswertung
259
15.2 Anzahl Fehler
263
15.3 Mehrere Zielgrößen
264
16 Sequentielle Optimierungsverfahren
271
16.1 Evolutionary Operations (EVOP)
272
16.2 Methode des steilsten Anstiegs
274
16.3 Simplexverfahren
275
16.4 Neuere Entwicklungen
277
16.5 Alternative Modellansätze
279
17 Erweiterung von Versuchsplänen
281
17.1 Trennung vermengter Wechselwirkungen
281
17.2 Zentrumspunkt
283
17.3 Zuordnung quadratischer Effekte
285
17.4 Nicht realisierbare Faktorstufenkombinationen
287
18 Software
290
18.1 Allgemeine Hinweise
290
18.2 Beschreibung ausgewählter Programme
291
18.3 Spezielle Anwendungsgebiete
298
19 Beispiele
300
19.1 Beispiel Motoroptimierung
300
19.2 Literaturbeispiele
305
19.3 Übungsbeispiele
306
19.3.1 Papier-Rotor
306
19.3.2 Nürnberger Trichter
309
Anhang A – Abkürzungen und Formelzeichen
311
Anhang B – Statistische Tabellen
312
Anhang C – Wegweiser durch die Verfahren
314
Anhang D – Ablauf einer Versuchsplanung
316
Anhang E – Ablauf einer Datenauswertung
317
Anhang F – JAVA-Applets auf der DVD
318
Anhang G – Software/Beispiele auf der DVD
322
Anhang H – Software/Demos im Internet
325
Index
329
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