Versuchsplanung - DoE

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1 Versuchsplanung - DoE Einführung in dietaguchi/shainin-methodik von Prof. Dr.-Ing. Bernd Klein 2., korrigierte und erweiterte Auflage Oldenbourg Verlag München Wien

2 Inhalt Vorwort V Teil 1: Die DoE-Methode 1 1 Robust-Design-Philosophie nach Taguchi und Shainin 1 2 Elemente des DoE Robust Design Der Qualitätsbegriff Systemverhalten Wirkungsfunktion Qualitätsverlustfunktion Simulation des Betriebsverhaltens Statistische Auswertung 11 3 Grundzüge des Quality Engineerings Der Qualitätsverlust Die Qualitätsverlustfunktion Formen der quadratischen Verlustfunktion Ursachen für Qualitätsabweichungen Prozessbezogener, durchschnittlicher Qualitätsverlust Vorteil der Nichtlinearität Parameter-Klassifikation Probleme der Produkt- und Prozessentwicklung Behauptung am Markt Möglichkeiten der Qualitätssicherung 32

3 X Inhalt 4 Matrixexperimente Prinzipieller Ablauf eines Matrixexperiments Analyse der Streuungen Modellansatz für die Faktorwirkungen Voraussage des S/N-Verhältnisses unter Optimalbedingungen Modellkonsistenz Wechselwirkungen zwischen den Faktoren 51 5 Ergänzende Elemente der Versuchsplanung Problemstruktur Problemaufbereitung Regression Versuchstechniken von Shainin Multi-Vari-Bild Komponenten-Bestimmung Variables Search-Technik Bedeutungsanalyse B versus C-Test 79 6 Anwendung der Varianzanalyse 83 7 Analyse von Signal/Rausch-Funktionen Mittelwert/Zielwert-Einstellung Signal/Rausch-Verhältnis für statische Probleme Signal/Rausch-Verhältnisse für dynamische Probleme 91 8 Konstruktion orthogonaler Versuchsanordnungen Bestimmung des Versuchsumfangs Standardisierte orthogonale Felder Scheinstufen-Methode Methode der mehrfachen Spaltennutzung Analyse von Wechselwirkungen mittels linearer Graphen Vermengung von Faktorwirkungen Wechselwirkungstabelle Lineare Graphen Modifikation linearer Graphen Spaltenzusammenlegung Leerspaltendesign 108

4 Inhalt XI Problemverzweigung Robust-Design-Konzept zur Optimierung von Produkten Robust-Design-Konzept zur Optimierung von Prozessen Analyse eines Prozesses Bedeutung der Steuergrößen Matrixexperiment und Datenanalyse Berücksichtigung von Störgrößen Vergleich mit der klassischen Versuchsmethodik Statistische Versuchspläne 1. Ordnung Konstruierter 2 n ~P -Teilfaktorenversuchsplan Versuchspläne mit vermengten Blöcken Plackett-Burman-Versuchspläne Statistische Versuchspläne 2. Ordnung Zentralpunktversuche Vollständiger 3" -Faktorenversuchsplan Box-Behnken-Design D-optimale Designs Mixturepläne Statistische Auswerteverfahren Charakterisierung der Normalverteilung Aussagesicherheit Varianzzerlegung Abschätzung eines Versuchsumfangs 176 Teil 2: DoE-Beispiele Beispiel: Versuch und Irrtum" versus Systematik Beispiel: Klassisches vollfaktorielles Experiment Beispiel: Parameter- und Wechselwirkungsanalyse Beispiel: Anwendung der Regression 201

5 XII Inhalt 5. Beispiel: Regression zur Plausibilitätsprüfung Beispiel: Quantifizierung des Qualitätsverlustes Beispiel: Problematik der Fertigungstoleranzen Beispiel: Shainin-Multi-Vari-Experiment Beispiel: Shainin-Komponenten-Bestimmungstechnik Beispiel: Vermengungsproblematik bei Taguchi Beispiel: Vollständige Taguchi-Analyse Beispiel: Taguchi-Optimierung eines Fertigungsprozesses Beispiel: Anwendung der inneren/ äußeren Felder bei Taguchi 249 Musterlösung zu Beispiel 2: Vollfaktorielles Experiment 255 Musterlösung zum Textbeispiel Kap Teil 3: Fallstudien 263 Fallstudie 1: Reibschlussverbindung 264 Fallstudie 2: Pkw-Türscharnier 271 Fallstudie 3: Hammerwerk 280 Fallstudie 4: Fräsprozess 281 Fallstudie 5: Elektromotor 286 Teil 4: Versuchspläne 291 Taguchi-Pläne 291 Vollständige und Teilfaktoren-Versuchspläne 304 Teil 5: Statistik-Tabellen 313 F-Wert-Tabelle 314

6 Inhalt t-wert-tabelle Gauß'sche Normalverteilung XIII »: rtograuuubescnrelbung - > -; ^? DoE-Software DoE-Taguchi DoE-Shainin DoE-Faktorielle Versuchspläne Übersicht kommerzielle SVP-Programme Literaturverzeichnis Formelzeichen DoE-Glossar Index