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Introdução ao Delineamento de Experimentos (DOE)
O DOE é uma peça essencial para o programa de confiabilidade. Ele
representa um papel importante em programas de Design for Reliability (DFR)
- Confiabilidade para Projetos, permitindo a investigação simultânea dos
efeitos de diferentes fatores que irão facilitar a otimização do
projeto. Este artigo introduz os conceitos de DOE. Futuros artigos
envolverão mais fundamentos de DOE além de aplicações e discussões de
análises realizadas pelo DOE com uma breve introdução a este software da
ReliaSoft!
O DOE auxilia a:
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Identificar a
relação entre causa e efeito.
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Proporcionar a
compreensão das interações entre os agentes causadores.
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Determinar os
níveis aos quais ajustar os fatores controláveis (dimensão do
produto, material alternativo, formas alternativas, etc), a fim de
otimizar a confiabilidade.
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Minimizar erros
experimentais (interferência).
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Melhorar a
robustez do projeto ou processo à variações.
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Introdução
A maior parte do conhecimento que temos sobre produtos e processos
nas áreas da ciência e da engenharia foram obtidos através de
experimentos. Um experimento é uma série de testes conduzidos de forma
sistemática para aumentar a compreensão de um processo existente ou
explorar novos produtos ou processos. Delineamento de Experimentos, ou
DOE, é uma ferramenta para desenvolver um experimento estratégico que
maximiza o aprendizado usando o mínimo de recursos. O Delineamento de
Experimentos é amplamente utilizado em muitas áreas das ciências sociais
e naturais. É muito utilizado por engenheiros e cientistas envolvidos no
aprimoramento de processos de produção para maximizar a produtividade e
diminuir a variabilidade. Muitas vezes, os engenheiros trabalham em
produtos ou processos nos quais não são aplicados princípios ou teorias
cientificas. Em tais situações, as técnicas de Delineamento de
Experimentos tornam-se extremamente importantes para desenvolver novos
produtos e processos de maneira confiável e com melhor custo beneficio.
Porque DOE?
Com os avanços da tecnologia moderna, produtos e processos estão se
tornando extremamente complicados. Como os custos de experimentos
aumentam rapidamente, o mesmo torna-se inviável para o analista, que já
está limitado por falta de recursos e tempo, para investigar os inúmeros
fatores que afetam este processo usando métodos de tentativa e erro. Em
vez disso, é necessário uma técnica que identifique os fatores "menos
vitais" de maneira mais eficiente e então direcionar o processo ao seu
melhor ajuste para atender a demanda cada vez maior da melhoria de
qualidade e aumento de produtividade. As técnicas de DOE são providas de
métodos poderosos e eficientes para alcançar estes objetivos.
Experimentos delineados são muito mais eficientes do que experimentos
que analisam apenas um único fator ao longo do tempo, devido a
possibilidade de estudar as diferentes variáveis ou fatores que afetam
o processo. Apesar dos experimentos de um único fator serem de
mais fácil compreensão, eles não permitem verificar o quanto um fator
interfere em outro nos processos ou produtos que possuem mais de um
fator. Quando o efeito que um fator tem sobre o produto ou processo é
alterado devido a presença de um ou mais fatores diferentes significa
que existe uma relação entre estes fatores e esta relação é conhecida
como uma interação. Muitas vezes os efeitos da interação são mais
importantes que o efeito individual dos fatores. Isso ocorre porque o
ambiente de aplicação dos produtos ou processos incluem a presença de
muitos fatores ao mesmo tempo em vez da ocorrência isolada de um só
fator por vez. Considere um exemplo de interação entre dois
fatores em um processo químico onde o aumento da temperatura por si só
aumenta a produtividade significativamente enquanto que apenas o aumento
da pressão não causará efeito na produtividade. Contudo, se ambos
fatores ocorrem, aumento de temperatura e aumento de pressão, a
produtividade aumentará rapidamente. Assim, podemos afirmar que existe
uma interação entre os dois fatores que afetam a reação química.
A metodologia do DOE garante que todos
os fatores e suas interações são investigadas sistematicamente; assim,
as informações obtidas por uma análise DOE é muito mais confiável e
completa do que os resultados de um experimento baseado apenas em um
único fator, que ignora as interações e leva a conclusões
equivocadas.
Etapas do DOE
O Delineamento de Experimento geralmente é realizado em cinco etapas:
planejamento, classificação, otimização, teste de robustez e
verificação.
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1. Planejamento
É importante planejar cuidadosamente o curso do experimento antes do
inicio mediante o processo de análise e coleta de dados. Algumas das
considerações para se ter em mente nesta etapa são um objetivo preciso e
completo que identifique a necessidade para conduzir a investigação,
avaliação do tempo e recursos disponíveis para alcançar os objetivos e
integração do conhecimento prévio ao procedimento do experimento. Uma
equipe constituída de indivíduos de diferentes áreas relacionadas ao
produto ou processo deveria ser usada para identificar possíveis fatores
e investigar as respostas mais adequadas às medidas. A aproximação de
uma equipe estimula a sinergia que fornece um rico conjunto de fatores
para estudo e com isso um experimento mais completo. Os experimentos
cuidadosamente planejados sempre leva a uma maior compreensão do produto
ou processo. Os experimentos bem planejados são fáceis para executar e
analisar. Experimentos mau elaborados, por outro lado, podem resultar em
conjuntos de dados inconclusivos podendo ser impossível analisá-los mesmo
quando as melhores ferramentas estatísticas estão a disposição.
2. Classificação
As classificações experimentais são utilizadas para identificar os
fatores que mais afetam o processo investigado dentre os potenciais
fatores. Estas classificações são realizadas em conjunto com o
conhecimento prévio do processo para eliminar fatores desprezíveis e
concentrar a atenção nos fatores chave (fatores de maior importância)
que requerem uma outra análise mais detalhada. As classificações
geralmente são eficientes em projetos que requerem poucas execuções,
onde o objetivo não está nas interações mas na identificação dos fatores
menos vitais.
3. Otimização
Uma vez reduzida a atenção aos fatores que mais afetam o processo, o
próximo passo é determinar a melhor combinação destes fatores para
alcançar os objetivos desejados. Dependendo do produto ou processo
investigado, este objetivo pode ser o aumento de produtividade ou a
diminuição da variabilidade ou encontrar a configuração que alcance
ambos ao mesmo tempo.
4. Teste de Robustez
Uma vez determinada a melhor configuração dos fatores, é importante
tornar o produto ou processo insensível a variações que estão
provavelmente a ser experimentadas no ambiente da aplicação. Estas
variações resultam das mudanças nos fatores que afetam o processo mas
está além do controle do analista. Tais fatores (como umidade,
temperatura ambiente, variação no material, etc.) são caracterizados
como ruídos ou fatores incontroláveis. É importante identificar tais
fontes de variação e tomar medidas para garantir que o produto ou
processo está insensível (ou robusto) a estes fatores
5. Verificação
Esta etapa final envolve a validação da melhor configuração executando
alguns testes no experimento para confirmar que o processo está
funcionando como desejado e todos os objetivos foram alcançados. |
