すべてのカテゴリ因子を使用して実験を作成する

決定内容

以下の情報では、カテゴリ変数の水準の定義、主効果の定義、交互作用効果の定義、変更しにくい因子の定義、および制御不能なノイズに対するロバスト性を達成するための最適な因子設定を見つけるための計画について説明します。

カテゴリ変数の因子水準とは何ですか?

カテゴリ変数の場合、因子水準は実験で調査する因子の値です。たとえば、塑性強度に関する実験で、硬化添加剤の種類を因子として含めることにしたとします。A、B、Cの3種類の添加剤にラベルを付けます。係数には3つのレベルがあります。

メインエフェクトとは?

主効果とは、1つの因子の効果の推定値です。たとえば、肥料メーカーBが、自社製品を与えた植物の成長率と、肥料メーカーAの製品を与えた植物の成長率を比べたとします。実験では、肥料Bは肥料Aよりも平均植物成長率が高くなります。平均の違いは、肥料因子の主な効果です。

インタラクション効果とは?

交互作用効果とは、1つの因子の効果が1つ以上の他の因子の値にどのように依存するかの推定値です。たとえば、レベルが十分に広い場合、焼き菓子の品質に対する時間の影響は温度によって異なります。温度が非常に低く、製品の調理が不十分な場合、時間が増えると品質が向上します。温度が許容範囲内にある場合、時間が長くなると製品が燃焼するため、品質が低下します。時間の影響は、温度の値によって異なります。

変更が難しい因子とは

変更が難しい因子とは、時間や費用の制約により完全にランダム化するのが難しい因子です。たとえば、温度は一般的に変更が難しい因子です。温度を調整するには、安定するまで長い時間がかかるためです。分割プロット計画は、変更が困難な因子を少なくとも1つ含む計画実験です。分割プロット実験では、変更が困難な因子の水準は、いくつかの実験実行で一定に保たれます。

制御不能なノイズに対する堅牢性を実現するための最適なファクター設定は、いつ見つかるのでしょうか?

タグチの計画は、動作環境の中で一貫して機能するような製品や工程を選べるように計画された実験です。タグチ計画では、変動を生じさせるすべての因子を制御することは不可能であることを認識しています。これらの制御できない因子は、雑音因子と呼ばれます。タグチ計画では、雑音因子の影響を最小限に抑える制御可能な因子（制御因子）の特定を試みます。実験中、雑音因子を操作して変動性を強制的に生じさせ、工程または製品をロバストにする、つまり雑音因子による変動の影響を受けにくくする最適制御因子を見つけます。この目的のため計画された工程では、より一貫した出力が得られます。また、このような目標に合わせて設計された製品は、製品を使用する環境が変化しても性能が安定しています。

タグチ計画の有名な例は、1950年代に日本の伊奈製陶が実施したものです。当時の伊奈製陶では、製造したタイルが規定寸法外になることがあまりにも多くありました。品質チームは、タイルの焼窯内部の温度が変動する結果、タイルの寸法が不均一になることを突き止めました。窯を新設するには費用がかかりすぎるため、温度の変動を解消することはできませんでした。そのため、温度は雑音因子でした。チームは、タグチ計画の実験を実施して、制御因子である粘土の石灰成分を増やすことにより、窯の温度変動に対するタイルの耐性が増す、つまりロバストになることを発見し、こうしてより均一なタイルを製造できるようになりました。

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• 主効果と交互作用の推定:すべての因子に2つの水準がある場合: 2水準分割区法の作成。
• 主効果と交互作用の効果を推定するのは、すべての因子に2つの水準があり、1つの水準を変更するのが難しい場合です: 一般完全実施要因計画の作成。
• 主効果と交互作用の効果を推定するには、少なくとも1つの因子に2つ以上の水準がある場合: タグチ計画を作成。
• 制御不能なノイズに対する堅牢性を達成するための最適な因子設定を見つける: 混合計画の作成。