Definitive Screening-Versuchspläne

Was ist ein definitiver Screening-Versuchsplan?

Definitive Screening-Versuchspläne sind Versuchspläne mit der Auflösung IV. In einem Versuchsplan der Auflösung IV weisen die Haupteffekte keine Aliasbeziehungen mit Zwei-Faktor-Wechselwirkungen auf. In definitiven Screening-Versuchsplänen sind Zwei-Faktor-Wechselwirkungen im Allgemeinen teilweise miteinander und mit quadratischen Termen vermengt, einige Zwei-Faktor-Wechselwirkungen können jedoch trotzdem geschätzt werden. Quadratische Terme weisen keine Aliasbeziehung mit Termen für Haupteffekte auf, so dass Sie einige quadratische Terme schätzen können. In vielen Fällen können Sie alle Zwei-Faktor-Wechselwirkungen und quadratische Terme schätzen, die drei Faktoren im Experiment umfassen. Weitere Informationen zu Aliassen finden Sie unter Was sind Aliasstruktur und Vermengung?.

Wie unterscheiden sich definitive Screening-Versuchsplänen von Versuchsplänen mit der Auflösung III?

Definitive Screening-Versuchspläne sind ein Typ von Versuchsplan mit der Auflösung IV. In Versuchsplänen mit der Auflösung IV weisen die Haupteffekte keine Aliasbeziehungen mit Zwei-Faktor-Wechselwirkungen auf. Da Versuchspläne mit der Auflösung III im Vergleich zu detaillierteren Versuchsplänen relativ wenige Durchläufe aufweisen, werden Versuchspläne mit der Auflösung III häufig als Screening-Versuchspläne verwendet. In Versuchsplänen mit der Auflösung III weisen die Haupteffekte jedoch Aliasbeziehungen mit Zwei-Faktor-Wechselwirkungen auf.

Erwägen Sie die Verwendung eines definitiven Screening-Versuchsplans, wenn zusätzliche Durchläufe benötigt werden, so dass Haupteffekte keine Aliasbeziehungen mit Zwei-Faktor-Wechselwirkungen aufweisen. Verwenden Sie Statistik > Versuchsplanung (DOE) > Screening > Screening-Versuchsplan erstellen, um einen definitiven Screening-Versuchsplan zu erstellen. Ein Versuchsplan mit der Auflösung III empfiehlt sich, wenn Sie annehmen können, dass Zwei-Faktor-Wechselwirkungen während des Screenings zu vernachlässigen sind. Um einen Versuchsplan mit der Auflösung III zu erstellen, verwenden Sie Statistik > Versuchsplanung (DOE) > Faktoriell > Faktoriellen Versuchsplan erstellen, und wählen Sie entweder einen Plackett-Burman-Versuchsplan oder einen zweistufigen faktoriellen Versuchsplan aus.

Wie unterscheiden sich definitive Screening-Versuchspläne von zweistufigen Versuchsplänen?

Definitive Screening-Versuchspläne umfassen Durchläufe, die in zweistufigen Versuchsplänen nicht enthalten sind, so dass Sie mit definitiven Screening-Versuchsplänen quadrierte Terme schätzen können. Quadrierte Terme erklären die Krümmung in der Antwortvariablen. Ein Beispiel für eine gekrümmte Beziehung ist der Stickstoffanteil im Boden und die von einer Pflanze gewonnene Obstmenge. Durch Behandeln mit der richtigen Stickstoffmenge wird die Obstproduktion gesteigert; wird jedoch zuviel Stickstoff angewendet, sinkt der Obstertrag. In definitiven Screening-Versuchsplänen weisen keine quadrierten Terme Aliasbeziehungen mit Termen für Haupteffekte auf.

Neben definitiven Screening-Versuchsplänen gibt es zwei weitere gängige Typen von Screening-Versuchsplänen: Plackett-Burman-Versuchspläne und teilfaktorielle Versuchspläne mit der Auflösung III. Sowohl bei Plackett-Burman-Versuchsplänen als auch bei teilfaktoriellen Versuchsplänen mit der Auflösung III handelt es sich um zweistufige Versuchspläne. Mit einem zweistufigen Versuchsplan können Sie keine quadrierten Terme schätzen.

Plackett-Burman-Versuchspläne und teilfaktorielle Versuchspläne können Zentralpunkte enthalten. Wenn diesen Versuchsplänen jedoch Zentralpunkte hinzugefügt werden, werden Aliasbeziehungen zwischen sämtlichen quadratischen Effekten erzeugt. Mit einem Versuchsplan mit Zentralpunkten können Sie beurteilen, ob der Effekt mindestens eines Faktors in einer gekrümmten Beziehung mit der Antwortvariablen steht. Sie können die quadrierten Terme jedoch nicht voneinander unterscheiden.

Erwägen Sie die Verwendung eines definitiven Screening-Versuchsplans, wenn Sie zusätzliche Durchläufe verwenden möchten, um quadrierte Terme in das Screening aufzunehmen. Verwenden Sie Statistik > Versuchsplanung (DOE) > Screening > Screening-Versuchsplan erstellen, um einen definitiven Screening-Versuchsplan zu erstellen. Ein zweistufiger Versuchsplan empfiehlt sich, wenn Sie untersuchen möchten, ob quadrierte Terme wichtig sind, ehe Sie die quadrierten Terme anhand von Durchläufen schätzen. Verwenden Sie Statistik > Versuchsplanung (DOE) > Faktoriell > Faktoriellen Versuchsplan erstellen, um einen zweistufigen Versuchsplan zu erstellen.

Beispiel für einen definitiven Screening-Versuchsplan

Techniker entwickeln ein neues Ultraschallreinigungsgerät. Anhand eines Screening-Versuchsplans ermitteln sie, welche potenziellen Faktoren die Leistungsabgabe des Reinigungsgeräts beeinflussen.

Die Untersuchung enthält diese sieben Faktoren.
  • A. Impulsfolgezeit (Sekunden): Dauer der Amplitudenmodulation
  • B. Entgasungszeit (Sekunden): Ausschaltzeit für Blasenfreisetzung zwischen Modulationen
  • C. Impulsdauer (Millisekunden): Zeit für Hochleistungs-Blasenimpulse
  • D. Ruhezeit (Millisekunden): Ausschaltzeit für das Reinigungsgerät
  • E. Mitte (Kilohertz): Mittenfrequenz jenseits von 40 Kilohertz
  • F. Bandbreite (Kilohertz): Differenz des Frequenzdurchlaufs von der Mittenfrequenz
  • G. Wobbelzeit (Sekunden): Dauer eines Frequenzdurchlaufs

Die Techniker ziehen einen teilfaktoriellen Versuchsplan mit der Auflösung III und einen definitiven Screening-Versuchsplan in Betracht, da sie erwarten, dass ein angemessenes Modell möglicherweise einen quadrierten Term für einen oder mehrere Faktoren enthält. Der teilfaktorielle Versuchsplan mit der Auflösung III weist nur 11 Durchläufe in einer einzigen Replikation mit drei Zentralpunkten auf. Wenn die Techniker jedoch Durchläufe mit Sternpunkten zum Schätzen von quadrierten Termen hinzufügen müssen, wächst der teilfaktorielle Versuchsplan mit der Auflösung III auf 25 Durchläufe an. Die Techniker entscheiden sich, einen definitiven Screening-Versuchsplan zu verwenden, bei dem die quadrierten Terme mit 17 Durchläufen geschätzt werden können.

Im Anschluss an das Experiment analysiert ein Techniker den definitiven Screening-Versuchsplan, um die wichtigsten Effekte zu bestimmen. Er untersucht ein Pareto-Diagramm der standardisierten Effekte aus einem Modell mit den Haupteffekten. Das Diagramm umfasst auch Effekte, die nicht im Modell enthalten sind. Im Pareto-Diagramm sind A und D die wichtigsten Faktoren. Keiner der anderen Faktoren zeigt große Haupteffekte.

Da B im Pareto-Diagramm der kleinste Term im Modell war, schließt der Techniker B aus dem Modell aus. Er untersucht das Pareto-Diagramm ohne B im Modell. Im zweiten Pareto-Diagramm stellt der Techniker fest, dass die Effekte für eine Zwei-Faktor-Wechselwirkung (CE) und einen quadrierten Term (GG) die Referenzlinie überschreiten, obwohl die Terme nicht im Modell enthalten sind.

Der Techniker präzisiert das Modell weiter und erkennt, dass die Wechselwirkung CE und der quadrierte Term GG statistisch signifikant bleiben, wenn das Modell diese Terme enthält. Er entscheidet, dass die Faktoren B und F keine großen Haupteffekte aufweisen und wahrscheinlich nicht in großen Zwei-Faktor-Wechselwirkungen enthalten sind. Er schlussfolgert, dass das Screening-Experiment folgendes Ergebnis hat: Die Faktoren B und F können in weiteren Experimenten ausgeschlossen werden, um das Verständnis des Prozesses zu vertiefen.

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