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Plan d’expériences

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Améliorer ou concevoir à partir de faits établis

Il arrive qu’un processus soit soumis à des variations excessives qui engendrent des irrégularités très coûteuses. Il arrive aussi qu’un problème fasse intervenir tellement de paramètres qu’on finit par s’y perdre.

Dans un cas comme dans l’autre, le plan d’expériences vient à la rescousse.

Qu’est-ce qu’un plan d’expériences? C’est une méthode structurée d’analyse qui fait appel à l’expérimentation afin d’optimiser un processus ou de développer un nouveau produit robuste.

Grâce à cette technique, on s’affranchit enfin de la coûteuse méthode « essais et erreurs ».

Communément appelée DOE, abréviation de Design of Experiments, cette technique s’applique :

  • à l’optimisation des processus de production
  • à la conception de produits
  • à l’amélioration des produits ou des processus faisant suite à une démarche d’assurance de la qualité.

Résultats

  • Diminution des coûts (rebuts, produits déclassés, retards, retours de marchandise, etc.).
  • Processus plus efficaces.
  • Décisions plus rapides.
  • Mise en marché beaucoup plus rapide.
  • Élimination des méthodes coûteuses d’optimisation (essais et erreurs, etc.).
  • Connaissance réelle des facteurs et des interactions agissant sur la qualité des produits et la productivité des processus.

Conditions de succès

  • Faire toutes les expériences avec rigueur.
  • Avoir une équipe de travail sensibilisée au problème (connaissance des paramètres pouvant agir sur le processus).
  • Effectuer toutes les expériences dans des conditions identiques.
  • Vérifier l’efficacité des systèmes de mesure.
  • Vérifier la stabilité du processus.
  • Utiliser un outil logiciel simple et convivial afin de faciliter la compilation et l’analyse.
  • Identifier correctement chacun des processus internes à optimiser. Procéder par priorités (Pareto des coûts, du nombre de défauts, etc.).

Méthode

Provoquer pour comprendre

Avec le plan d’expériences, on met le doigt sur les causes des problèmes de qualité ou de performance. On prend en considération non seulement les paramètres contrôlables, mais aussi les interactions entre ces paramètres.

Quelques notes sur le plan d’expériences:

  • Il existe une foule de paramètres contrôlables ou facteurs. Par exemple : vitesse, concentration, température.
  • Chacun des paramètres peut comporter plusieurs niveaux opérationnels. Par exemple : température à 36 – 40 – 44 degrés Celsius.
  • Certaines interactions entre paramètres peuvent avoir un impact significatif sur le procédé. Par exemple, les paramètres « débit du ventilateur » et « puissance du brûleur » engendrent l’interaction « distribution de la chaleur ».
  • Les paramètres ont une influence directe sur la caractéristique clé d’un produit ou la variable réponse (résultats).
  • Le coût, la qualité et la performance sont des exemples de caractéristiques clés d’un produit.

1. Définir le problème

  • Évaluer en équipe l’importance du problème.
  • Permettre une compréhension commune de la situation.
  • Répondre à la question : « quelle est la caractéristique clé du processus à améliorer? ».

2. Définir les objectifs

  • Aider l’équipe à bien se concentrer sur la planification des expériences.
  • Éviter d’aller dans plusieurs directions.

3. Mesurer la situation actuelle

  • Tracer un portrait juste de la situation (collecte des données).
  • Vérifier le système de mesure.

4. Déterminer les facteurs contrôlables et les interactions possibles

  • Choisir les paramètres du procédé à étudier.
  • Fixer les niveaux d’opération pour chacun des paramètres (voir l’exemple dans le tableau ci-dessous).
  • Identifier, si possible, les interactions entre les différents paramètres.

5. Choisir la technique d’expérimentation

  • Utiliser la technique la plus appropriée : Taguchi, factorielle complète, factorielle partielle, Plackett-Burman, Mixture Design (plan de formulation), etc.
  • Concevoir une série d’expériences planifiées, structurées et réalisables.

6. Réaliser les expériences

  • Mesurer le résultat de la caractéristique clé pour chacune des expériences.

7. Analyser les résultats

  • Effectuer l’analyse statistique requise pour identifier les causes réelles affectant le processus (l’utilisation d’un outil informatique est recommandée).
  • Définir les conditions optimales pour répondre aux objectifs.

8. Valider

  • Effectuer une dernière expérience afin de s’assurer de la robustesse de la solution envisagée.
  • Implanter les conditions optimales dans le processus actuel.

Exemple

Un fabricant de tuiles de grès souhaite identifier les paramètres critiques agissant sur les performances de son produit. Cette identification permettra d’optimiser le processus et de réduire la quantité de tuiles défectueuses.

  • Nombre de paramètres étudiés : 7
  • Nombre de niveaux par paramètre : 2
  • Nombre d’expériences possibles : 27 = 128
  • Choix de la technique d’expérimentation : Taguchi
  • Nombre d’expériences à réaliser : 8

Les résultats

  • Le plan d’expériences a permis une économie des efforts d’expérimentation de plus de 90 % (8 expériences sur 128 possibles).
  • L’espace entre les tuiles et la température du four a une grande influence.
  • Après corrections, l’entreprise a réalisé une économie de plus de 100 000 $ par année.

Références

  • Most Practical DOE Explained (with template) [en ligne]. iSix Sigma. Consulté le 2017-09-11.
  • DOE for Services: Right Training Makes It a Valuable Tool [en ligne]. iSix Sigma. Consulté le 2017-09-11.
  • CONKLIN, Joseph D., DOE and Six Sigma [en ligne]. Quality Progress (ASQ). Consulté le 2017-09-11.

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