선별 설계
공정에서 가장 중요한 요인을 파악하기 위해 자주 사용되는 설계된 실험입니다. 선별 설계를 사용하면 많은 잠재적 요인이 포함된 상대적으로 적은 수의 런을 사용하여 공정 품질에 영향을 미치는 소수의 가장 중요한 요인을 확인할 수 있습니다. 선별 실험 후에는 자세한 정보가 필요한 경우 최적화 실험을 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 아이스크림 질감에 영향을 미치는 다양한 요인, 즉 지방 함유량, 저온 살균 온도, 균질화 과정, 혼합 속도, 드로 온도, 유화제, 안정제 및 냉각 온도 등을 살펴보고자 합니다. 선별 설계를 사용하여 아이스크림 질감에 영향을 미치는 가장 중요한 요인을 식별할 수 있습니다. 필요한 경우 더 큰 요인 설계 또는 반응 표면 설계를 사용하여 공정을 최적화할 수 있습니다.
- 확정 선별 설계
- 확정 선별 설계는 계량형 요인당 3개의 수준이 포함되어 선형 항뿐만 아니라 제곱 항도 추정할 수 있는 선별 설계입니다. 선형 항은 2차 교호작용과 별칭 관계가 없기 때문에 확정 선별 설계를 사용하면 잠재적으로 중요한 교호작용의 증거도 찾을 수 있습니다. 예를 들어, 요인이 8개인 경우 확정 선별 설계는 3개 이하의 중요한 요인에 대해 모든 선형, 제곱 및 2차 교호작용을 효율적으로 적합할 수 있습니다.
- Plackett-Burman 설계
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Plackett-Burman 설계는 일반적으로 해 III, 2-수준 설계입니다. 해 III 설계에서 주효과는 2차 교호작용과 교락되어 있습니다. 따라서 2차 교호작용을 무시해도 된다고 판단되는 경우에만 이 설계를 사용해야 합니다. 이 가정 때문에 Plackett-Burman 설계의 런 수가 확정 선별 설계보다 적을 수 있습니다. Plackett-Burman 설계를 완료한 후 교호작용이 의심되면 설계를 접을 수 있으며, 설계를 접으면 런 수가 두 배가 됩니다. Plackett-Burman 설계를 접은 후에는 주효과와 2차 교호작용 간에 별칭 관계가 없습니다. 자세한 내용은 접기의 정의에서 확인하십시오.
요인 설계
- 2-수준 요인 설계(설계 생성자)
- 완전 요인 설계를 생성하거나 부분 요인 설계를 생성하려면 이 옵션을 선택하십시오. 기본 생성자는 요인 수 및 런 수에 대해 해가 가장 높은 설계를 생성합니다.
- 2-수준 부분 설계(생성자 지정)
- 자체 생성자를 사용하여 부분 요인 설계에 포함할 런의 부분 집합을 지정할 수 있습니다. 또한 생성자를 지정하여 요인을 추가하고 항에 대한 생성자를 지정하여 블럭을 정의할 수 있습니다.
- 2-수준 분할구 설계(HTC 요인)
- 시간이나 비용의 제약으로 인해 완전하게 랜덤화하기 어려운, 변경하기 어려운 요인을 하나 이상 포함하는 설계된 실험입니다.
- Plackett-Burman 설계
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Plackett-Burman 설계는 일반적으로 해 III, 2-수준 설계입니다. 해 III 설계에서 주효과는 2차 교호작용과 교락되어 있습니다. 따라서 2차 교호작용을 무시해도 된다고 판단되는 경우에만 이 설계를 사용해야 합니다.
Plackett-Burman 설계를 사용하여 실험 단계 초기에 가장 중요한 요인을 식별합니다. 예를 들어, 아이스크림 질감에 영향을 미치는 다양한 요인, 즉 지방 함유량, 저온 살균 온도, 균질화 과정, 혼합 속도, 드로 온도, 유화제, 안정제 및 냉각 온도 등을 살펴보고자 합니다. Plackett-Burman 실험을 사용하여 가장 중요한 주효과를 확인하고, 부분 요인 설계 또는 완전 요인 설계를 사용하여 더 상세히 연구한 다음 반응 표면 설계를 사용하여 공정을 최적화할 수 있습니다.
- 일반 완전 요인 설계
- 각 요인이 갖는 수준의 수에 제한이 없는 설계된 실험입니다. 요인은 모두 범주형입니다.
반응 표면 설계
- 중심 합성 계획법
- 2-수준 요인 설계에 중앙점과 축 점을 추가하여 곡면성을 모형화하는 실험 설계입니다.
- Box-Behnken
- Box-Behnken 설계는 중심 합성 설계에 비해 설계점 개수가 적으므로 같은 수의 요인으로 구성된 중심 합성 설계를 실행하는 것보다 비용이 적게 듭니다. 이 설계는 1차 계수와 2차 계수를 효율적으로 추정할 수 있지만, 요인 실험의 런은 포함할 수 없습니다. Box-Behnken 설계는 최대 5개를 갖는 중심 합성 설계와 달리 항상 요인당 3개의 수준을 갖습니다. 또한 중심 합성 설계와 달리 모두 낮은 설정과 같이 모든 요인이 극한 설정에 있는 런은 포함하지 않습니다.
혼합물 설계
혼합물 실험은 여러 가지 성분 또는 재료로 구성된 제품을 대상으로 수행하는 반응 표면 실험입니다. 이러한 실험의 설계는 대부분의 제품 설계 및 개발 작업이 합성물 또는 혼합물과 관련되어 있는 실제 산업 분야에 매우 유용합니다. 이러한 실험에서 반응은 혼합물에 포함된 여러 성분 비율의 함수입니다. 예를 들어, 밀가루, 베이킹 파우더, 우유, 달걀 및 기름 성분으로 만들어진 팬케이크 믹스 또는 네 가지 화학 성분이 혼합된 살충제를 개발할 수도 있습니다. 혼합물 설계에 대한 자세한 내용은 다음에서 확인하십시오.
가장 단순한 혼합물 실험에서 반응(특정 기준에 의해 평가되는 제품의 품질 또는 성능)은 성분(재료)의 상대적인 비율에 따라 달라집니다. 무게, 부피 또는 다른 단위로 측정되는 성분 양의 합은 일정하게 유지됩니다. 대조적으로 요인 설계에서는 반응이 각 요인의 양에 따라 달라집니다.
| 확대 전 | 확대 후 | |
| 심플렉스 중심 |
 특수 3차 모형까지 적합시킬 수 있습니다. |
 완전 3차 모형까지 부분적으로 적합시킬 수 있습니다. |
| 심플렉스 격자 1차 |
 선형 모형을 적합시킬 수 있습니다. |
 2차 모형까지 부분적으로 적합시킬 수 있습니다. |
| 심플렉스 격자 2차 |
 2차 모형까지 적합시킬 수 있습니다. |
 특수 3차 모형까지 부분적으로 적합시킬 수 있습니다. |
| 심플렉스 격자 3차 |
 완전 3차 모형까지 적합시킬 수 있습니다. |
 완전 3차 모형까지 적합시킬 수 있습니다. |
- 심플렉스 중심
- 혼합 설계에서는 설계 점이 L-심플렉스 위에 일정한 방식 또는 격자로 배열됩니다. 심플렉스 중심 설계를 사용하면 성분의 수와 동일한 차수의 항까지 추정할 수 있습니다. 더 작은 설계의 경우 추정할 수 있는 항이 더 낮은 차수로 제한되는 심플렉스 격자를 사용할 수 있습니다.
이 심플렉스 중심 설계를 사용하여 특수 3차 모형까지 추정할 수 있습니다.
- 심플렉스 격자
- 혼합 설계에서는 설계 점이 L-심플렉스 위에 일정한 방식 또는 격자로 배열됩니다. 격자의 도수에 따라 적합시킬 수 있는 항의 차수가 결정됩니다.
1도 격자가 심플렉스 중심 설계보다 런 수가 적지만 단순한 모형만 추정할 수 있습니다.
1도 격자가 심플렉스 중심 설계보다 런 수가 많기 때문에 보다 복잡한 모형을 추정할 수 있습니다.
- 꼭지점
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심플렉스 내 하위 부분 또는 작은 공간만 처리하는 혼합물 설계입니다.
꼭지점 설계는 설계 공간을 충분히 포함하는 설계점을 선택하기 위해 사용됩니다. 다음 그림에서는 상한과 하한 제약 조건이 모두 있는 두 가지 3성분 설계의 꼭지점을 보여줍니다.
연한 회색 선은 성분에 대한 하한 및 상한 제약 조건을 나타내고, 진한 회색 영역은 설계 공간을 나타냅니다. 점들은 설계 공간의 꼭지점에 위치합니다.
Taguchi 설계
Taguchi 설계는 운영 환경에서 보다 일관되게 작동하는 제품 또는 공정을 선택할 수 있는 설계된 실험입니다. Taguchi 설계는 변동성을 야기하는 모든 요인을 제어할 수 없다는 가정을 바탕으로 합니다. 이와 같이 제어할 수 없는 요인을 잡음 요인이라고 합니다. Taguchi 설계에서는 잡음 요인의 효과를 최소화하는, 제어할 수 있는 요인(제어 요인)을 식별합니다. 실험을 수행하는 동안 잡음 요인을 조작하여 변동을 일으킨 다음, 공정 또는 제품이 잡음 요인으로 인한 변동의 영향을 받지 않으며 강력한 최적의 제어 요인 설정 상태를 결정합니다. 이러한 목적으로 설계된 공정은 더욱 일관되게 결과물을 생산합니다. 같은 목적으로 설계된 제품은 제품이 사용되는 환경에 상관 없이 더욱 일정한 성능을 냅니다.
잘 알려진 Taguchi 설계의 예로는 1950년대 일본의 이나 타일 회사(Ina Tile Company)가 있습니다. 회사에서 제조하는 타일 중에 지정된 크기를 벗어나는 타일이 너무 많았습니다. 품질 관리 팀의 조사 결과, 타일을 굽는 데 사용하는 가마의 내부 온도가 변화하기 때문에 타일의 크기가 일정하지 않게 된다는 것을 발견했습니다. 그렇지만 새 가마를 만드는 데는 너무 많은 비용이 들기 때문에 온도의 변동성을 제거할 수 없었습니다. 즉, 온도가 잡음 요인이었습니다. 품질 관리 팀은 Taguchi 설계 실험을 사용함으로써, 진흙의 석회 성분(제어 요인)을 늘리면 타일이 가마 내부 온도 변화의 영향을 덜 받고 더 강력해져서 일정한 크기의 타일을 제조할 수 있다는 것을 알아냈습니다.
- 2-수준 설계
- 각 제어 요인의 수준이 2개뿐인 설계된 실험입니다.
- 3-수준 설계
- 각 제어 요인의 수준이 정확히 3개인 설계된 실험입니다.
- 4-수준 설계
- 각 제어 요인의 수준이 정확히 4개인 설계된 실험입니다.
- 5-수준 설계
- 각 제어 요인의 수준이 정확히 5개인 설계된 실험입니다.
- 혼합 수준 설계
- 각 제어 요인의 수준 수가 다른 설계된 실험입니다.
