Als je een product of proces wilt verbeteren, kun je natuurlijk afgaan op je onderbuikgevoel. Dat is meestal geen goed idee, want al heb je nog zo veel ervaring, de praktijk is vaak weerbarstiger. Met Design of Experiments (DoE) zet je een experiment op om heel systematisch te bepalen welke factoren invloed hebben op het proces. Marc Schrijvers en Michel Werts van TMC laten je in een workshop kennismaken met de basisprincipes van DoE. Ze lichten alvast een tip van de sluier op.

Wil je dat een productieproces optimaal verloopt, dan is het nodig om te weten welke factoren het proces beïnvloeden. Daarvoor kun je een heleboel experimenten doen, maar dat kost veel tijd en geld. Dankzij Design of Experiments (DoE) kun je met zo min mogelijk experimenten zo betrouwbaar mogelijk het verband vaststellen tussen onafhankelijke variabelen (factoren die je kunt beïnvloeden) en afhankelijke variabelen (uitkomsten van processen).

Zo min mogelijk experimenten

Senior Process Engineer Michel Werts legt het verder uit. "Laten we een huis-tuin-en-keukenvoorbeeld nemen. Stel je voor dat je thuis brood gaat bakken. Er zijn allerlei factoren die de kwaliteit van je brood bepalen: de samenstelling van het deeg, de hoeveelheid zout of water, de tijd dat het brood in de oven staat, de oventemperatuur... Het lastige is dat je vooraf niet weet welke factor welk effect heeft en daarnaast kunnen factoren elkaar beïnvloeden. Je kunt ze één voor één gaan bekijken, maar dan moet je telkens zorgen dat de andere factoren constant blijven. Bovendien moet je heel veel verschillende experimenten doen om van elke factor het effect uit te zoeken."
Hier komt DoE ofwel Design of Experiments om de hoek kijken. DoE is een slimme methode om combinaties van factoren statistisch te valideren en te analyseren. Dat doe je op een zo efficiënt mogelijke manier met zo min mogelijk experimenten. Je kunt het toepassen op allerlei productieprocessen. Denk bijvoorbeeld aan een printproces, een lijmproces of een mechanisch slijpproces.

In het ideale geval voer je de experimenten uit voordat het productieproces gestart is, maar het kan ook in een lopend proces. Bijvoorbeeld om het rendement te verhogen of als er zaken zijn veranderd nadat een product is gelanceerd: een andere grondstof of nieuwe apparatuur.

Minimale variatie

Marc Schrijvers is Senior Process Development Engineer. Hij vertelt hoe DoE bijdraagt aan de kwaliteit van een productieproces. "Stel dat een product 5 centimeter lang moet zijn, maar mag variëren tussen 4 en 6 centimeter. Met DoE kun je dan exact bepalen op welke waarden je de factoren precies moet instellen om een afmeting van 5 centimeter te krijgen met zo min mogelijk variatie." In de praktijk zijn geen twee producten honderd procent gelijk. Je hebt altijd te maken met een lichte variatie, maar je wilt dat de variatie zo klein mogelijk is én dat die niet te veel afwijkt van een vooraf bepaalde waarde.

Screening

Voordat je met DoE aan de slag gaat, is het belangrijk te onderzoeken welke factoren wel en niet relevant zijn. "Een heleboel factoren en interacties tussen factoren heb je misschien helemaal niet nodig," zegt Michel. "Bij veel bedrijven weten de proceseigenaren al heel veel. Zij hebben vaak ook al het nodige uitgeprobeerd. Maar vaak is de lijst van factoren nog te lang. Je gaat dan een screening uitvoeren. Er zijn heel handige wiskundige methoden om die factoren eruit te strepen. Na de screening houd je een beperkt aantal factoren over, meestal tussen de twee en vijf, die je verder gaat onderzoeken. Als we even teruggaan naar het brood: de kleur van het brood wordt bijvoorbeeld niet bepaald door de ingrediënten, maar vooral door de oventemperatuur en de tijd. Voor deze twee factoren ga je dan in detail bepalen hoe groot de effecten precies zijn, of deze effecten lineair zijn, en wat de optimale waarde is om precies de goede kleur te krijgen.

Tekst gaat verder onder het infoblok

Teamwerk

Een DoE-experiment voer je nooit in je eentje uit. Marc: "Er is bijvoorbeeld specifieke kennis nodig om te bepalen welke factoren je überhaupt gaat onderzoeken. Daar kan een processpecialist of proceseigenaar meer over vertellen. Bij het uitvoeren van een experiment werk ik ook samen met operators die de machine instellen en bedienen. Als ik producten ga meten, kan het zijn dat ik iemand nodig heb die me helpt bij het meten van de kwaliteit van de producten. Er zit een heel team omheen. Wel is het vaak zo dat ik een DoE opzet en statistisch uitvoer."

Aan een DoE gaat een grondige voorbereiding vooraf. Marc: "Je moet heel goed uitdenken hoe je het gaat uitvoeren. Soms lijkt het daarom in eerste instantie alsof er niks gebeurt omdat je nog niet aan de knoppen aan het draaien bent. Ik heb wel eens meegemaakt dat mensen het idee hadden dat een proces daarom helemaal niet opschoot, maar toen ik eenmaal was begonnen, was ik wel veel sneller klaar en hoefde ik er niet nog zes of zeven experimenten achteraan te doen. Dat is de kracht van DoE."

Six Sigma Green Belt

Wil je DoE goed toe kunnen passen, dan is het belangrijk dat je systematisch en nauwkeurig kunt werken, zegt Marc. "Je hoeft geen processpecialist te zijn, maar het is wel handig als je een proces snel kunt doorgronden. Zelf heb ik zo'n dertig jaar geleden al kennisgemaakt met DoE via een theoretische cursus. Ik moest een proces verbeteren bij een bedrijf en zat wat met de handen in het haar. Sindsdien ben ik er lyrisch over en vind ik dat het veel meer zou moeten worden toegepast."
Bij de Lean Six Sigma Green Belt-training wordt DoE als onderdeel aangeboden. "Dat is in principe voldoende om het te kunnen uitvoeren. Als je meer informatie en details wilt, is meer theorie aan te bevelen."

Mooi als het resultaat onverwacht is

Ondanks hun jarenlange ervaring zijn Marc en Michel nog bij ieder experiment even enthousiast. Michel: "Het mooie is dat je heel precies kunt aantonen wat precies een rol speelt op basis van inputfactoren. Als we nog even teruggaan naar dat brood: heb je de oven precies op een bepaalde temperatuur met de juiste hoeveelheid water, zout, meel en gist, dan krijg je precies het brood dat je wilt hebben met hooguit een klein beetje variatie, dat heeft wel iets magisch."

Zo'n analyse is altijd weer een spannend moment, vindt Marc: "Vooraf heb je altijd wel een onderbuikgevoel over welke factoren invloed hebben en welke niet. Het mooiste vind ik het als aan het eind van de analyse blijkt dat er iets anders uit komt dan wat ik had verwacht. Je zit er wel naast, maar dat is niet erg. Je hebt het experiment dan niet voor niets gedaan."

Praktische workshop

Wat kunnen deelnemers van de workshop verwachten? Michel: "Marc en ik hebben ruime ervaring met DoE, dus we kunnen er veel over vertellen. Dat gaan we ook doen, maar we gaan er vooral in de praktijk mee aan de slag. Het kost te veel tijd om brood te gaan bakken, maar we gaan wel iets heel praktisch doen. Een experiment waarbij je allerlei verschillende variabelen hebt die een rol kunnen spelen bij de uitkomst. Aan het eind van de avond houden we een competitie om te zien wie zijn proces het beste geoptimaliseerd heeft. Natuurlijk is er een prijs te winnen."