DoE-Berater

Überblick

Der DoE-Berater hilft, das passende Versuchsdesign für ein Six-Sigma-Projekt zu finden. Die Wahl des richtigen Designs entscheidet darüber, ob aus einer begrenzten Anzahl Versuche belastbare Erkenntnisse über Haupteffekte, Wechselwirkungen und Optima entstehen — oder Aufwand verpufft.

Übersicht: Tabellarische Gegenüberstellung aller im Six-Sigma-Alltag relevanten Designs (Vollfaktoriell 2^k, Vollfaktoriell allgemein, Teilfaktoriell, Plackett-Burman, Definitive Screening Design, CCD rotatable und face-centered, Box-Behnken, Taguchi, Streuungs-DoE, Mischungspläne, D-optimal, EVOP) mit Faktorbereich, Stufenzahl, Aufwand und Hauptvorteil.

Berater: Geführter Frage-Wizard. Aus DMAIC-Phase, Zielsetzung und Randbedingungen (Faktorgrenzen, erlaubte Eckpunkte, Krümmung, Mischungen, Robustheit) leitet er eine konkrete Designempfehlung mit Begründung ab.

CCD-Vergleich: Direkter Vergleich der beiden gebräuchlichsten Response-Surface-Designs: rotatable (CCC) gegen face-centered (CCF) — Sternpunktlage, α-Wert, Stufenzahl, Rotierbarkeit, Einsatzfälle.

Das Modul ersetzt keine Versuchsplanung im DoE-Planer — es hilft davor: bei der Auswahl. Sobald das Design feststeht, wird im DoE-Planer der konkrete Plan generiert und im Worksheet ausgewertet.

Vorgehen

• DMAIC-Phase klären — in Define/Measure läuft noch kein DoE; in Analyze geht es um Screening, in Improve um Optimierung, in Control um EVOP.
• Zielsetzung präzisieren — Screening (welche Faktoren?), Wechselwirkungen verstehen, Optimum finden, Robustheit gegen Störgrößen, oder Mischung formulieren.
• Faktoren zählen — wenige (≤4) erlauben Vollfaktorielle, viele (>10) erfordern Plackett-Burman.
• Stufen pro Faktor festlegen — bei reinen 2-Stufen-Faktoren reicht 2^k, bei mehrstufigen oder kategorialen Faktoren (Material A/B/C, 3 Druckstufen) braucht es den allgemeinen Vollplan.
• Robustheitsweg wählen — bei Streuungsreduktion entscheidet die Frage, ob explizite Störgrößen vorliegen (Taguchi-Inner-Outer-Array) oder die Streuung direkt aus Replikaten modelliert werden soll (Streuungs-DoE / Dual-Response).
• Faktorgrenzen prüfen — sind sie erweiterbar (CCD rotatable) oder hart durch Sicherheits-/Spezifikationsgrenzen (CCD face-centered)?
• Eckpunkte prüfen — sind extreme Kombinationen aller Faktoren physikalisch zulässig (Vollfaktoriell/CCD)? Falls nicht: Box-Behnken oder D-optimal.
• Krümmung berücksichtigen — werden quadratische Effekte vermutet, ist DSD oder ein RSM-Design (CCD/Box-Behnken) sinnvoll.
• Empfehlung im DoE-Planer umsetzen, Daten ins Worksheet übernehmen, mit Regression/ANOVA auswerten.

Stolperfallen

Vollplan bei vielen Faktoren: Ein Vollfaktoriell mit 8 Faktoren bedeutet 256 Versuche — selbst bei reichlich Budget zu viel. Ab 5–6 Faktoren immer Teilfaktoriell, Plackett-Burman oder DSD prüfen.

Auflösung ignoriert: Ein 2^(7-3)-Plan ist nicht automatisch eine gute Wahl — die Auflösung (III, IV, V) entscheidet, welche Effekte mit welchen vermengt werden. Auflösung III nur fürs Screening; bei Wechselwirkungen mindestens IV, besser V.

CCD über die Faktorgrenzen hinaus: Beim rotierbaren CCD liegen Sternpunkte AUSSERHALB des ursprünglichen Faktorbereichs (α > 1). Bei harten Grenzen (Druck, Temperatur, Sicherheit) ist das nicht zulässig — dann face-centered (α = 1) wählen.

Box-Behnken bei zu wenigen Faktoren: Box-Behnken benötigt mindestens 3 Faktoren. Mit zwei Faktoren ist es nicht definiert; dann CCD oder Vollfaktoriell mit Zentrumspunkten.

Taguchi statt Wechselwirkungen: Taguchi-Arrays sind primär auf Robustheit (Signal-Rausch) optimiert; Wechselwirkungen sind dort schwer von Haupteffekten zu trennen. Wer Wechselwirkungen verstehen will, nimmt 2^k oder CCD.

Mischung wie unabhängige Faktoren behandelt: In Mischungen summieren sich die Anteile auf 100 %, sodass die Komponenten nicht unabhängig variieren können. Vollfaktoriell oder CCD sind dann mathematisch falsch — es braucht Simplex-Lattice / Simplex-Centroid.

Mehrstufige Faktoren in einen 2^k-Plan gepresst: Kategoriale Faktoren mit drei oder mehr Ausprägungen (Material A/B/C) lassen sich nicht sinnvoll auf "Hoch/Niedrig" reduzieren. Dann den allgemeinen Vollplan nehmen — der Aufwand entspricht dem Produkt der Stufenzahlen.

Streuungs-DoE ohne echte Replikate: Ein Dispersion-Design braucht echte, unabhängige Replikate je Versuchslauf — nur dann ist log(s²) eine valide Antwort. Mehrfachmessungen am selben Lauf (Pseudo-Replikate) erfassen nur die Messunsicherheit, nicht die Prozessstreuung.

Verfügbar in folgenden Zyklen

• DMAIC: Improve
• DMADV: Design
• 8D: D5 — Abstellmaßnahmen