DOE (Design of Experiments) là gì? Ví dụ và các bước thực hiện

Last updated on 9 October, 2024

Bạn muốn tối ưu hóa quy trình sản xuất, cải thiện chất lượng sản phẩm hay tìm ra nguyên nhân gốc rễ của một vấn đề? Thiết kế thử nghiệm (DOE – Design of Experiments) sẽ giúp bạn giải bài toán này. Nó là một công cụ mạnh mẽ giúp chúng ta đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu thống kê một cách khoa học, thay vì chỉ dựa trên kinh nghiệm hoặc cảm tính.

Việc hiểu cơ bản về DOE có thể giúp bạn cải thiện chất lượng đầu ra của mình hoặc có được kết quả tối ưu trong sản phẩm hay bất cứ quy trình nào. Nó được áp dụng rộng rãi dù bất kể bạn làm việc trong lĩnh vực R&D, kỹ thuật hay quản lý sản xuất.

DOE (Design of Experiments) là gì?

Khái niệm DOE – Design of Experiments

Thiết kế thử nghiệm (DOE – Design of Experiments) là một công cụ của Six Sigma giúp các nhóm dự án xác định ảnh hưởng của các đầu vào trong một quy trình đến sản phẩm đầu ra cuối cùng. DOE là một phương pháp hệ thống được sử dụng trong thống kê ứng dụng để đánh giá nhiều lựa chọn khả thi. Nó cho phép thực hiện các biến đầu vào khác nhau (Yếu tố – Factor) để xác định ảnh hưởng của chúng có thể như thế nào để đạt được đầu ra mong muốn (Phản hồi – Response) hoặc cải thiện kết quả.

Kỹ thuật này sẽ giúp các nhóm dự án hiểu được tác động của việc biến đổi đổi các biến đầu vào đối với hiệu suất cuối cùng của quy trình. Nói một cách đơn giản, DOE giúp chúng ta trả lời câu hỏi: “Nếu tôi thay đổi yếu tố A, thì kết quả B sẽ thay đổi như thế nào?”

Các thành phần của DOE

Có 3 khía cạnh cần được phân tích trong các thiết kế thử nghiệm. Việc hiểu ý nghĩa của từng khía cạnh là rất quan trọng trong việc định nghĩa DOE. Quy trình nướng bánh có thể thể hiện các thành phần của DOE:

Yếu tố đầu vào (Factor): được phân loại là biến có thể điều khiển hoặc không thể điều khiển.

• Biến có thể điều khiển: Liên quan đến các yếu tố có thể được thay đổi trong một thử nghiệm hoặc quy trình. Ví dụ, trong quy trình nướng bánh, các yếu tố này có thể bao gồm những gì sẽ được sử dụng trong việc nướng như lò nướng, đường, bột và trứng.
• Biến không thể điều khiển: Liên quan đến các yếu tố không thể thay đổi. Ví dụ, trong quy trình nướng bánh, điều này có thể là nhiệt độ phòng trong bếp.

Mức độ của mỗi yếu tố (Level): liên quan đến số lượng hoặc chất lượng sẽ được sử dụng trong thí nghiệm. Trong ví dụ về quy trình nướng bánh, điều này bao gồm cài đặt nhiệt độ lò nướng và lượng đường, bột và trứng.

Phản hồi (Response): liên quan đến kết quả mong muốn của quy trình. Trong ví dụ về nướng bánh, hương vị, hình hài và độ đồng nhất của bánh chính là phản hồi. Phản hồi sẽ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố đầu vào và mức độ của chúng. Mục đích của DOE là phân tích từng yếu tố đầu vào để xác định sự kết hợp của những yếu tố nào cung cấp kết quả tổng thể tốt nhất hoặc tạo ra mẻ bánh có cùng chất lượng cao.

Ví dụ về Design of Experiments (DOE)

Thiết kế thử nghiệm (DOE) là một công cụ vô cùng mạnh mẽ, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ví dụ cụ thể để bạn hình dung rõ hơn về cách DOE được sử dụng:

Trong quản lý sản xuất

Sản xuất ô tô: Để cải thiện độ bền của một loại sơn mới, các kỹ sư có thể sử dụng DOE để thử nghiệm các yếu tố đầu vào khác nhau như loại sơn lót, nhiệt độ sấy, thời gian sấy và áp suất phun. Bằng cách thiết kế các thử nghiệm khác nhau, họ có thể xác định được sự kết hợp tối ưu trong mức độ của từng yếu tố này để đạt được độ bền cao nhất của lớp sơn.

Sản xuất chip: Trong sản xuất chip bán dẫn, DOE được sử dụng để tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu lỗi và tăng năng suất. Các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, thời gian xử lý và loại hóa chất được điều chỉnh để tìm ra điều kiện sản xuất tốt nhất.

Trong ngành thực phẩm

Sản xuất bánh quy: Một nhà sản xuất bánh quy muốn cải thiện độ giòn của sản phẩm. Họ có thể sử dụng DOE để thử nghiệm các yếu tố như loại bột, lượng đường, nhiệt độ nướng và thời gian nướng. Bằng cách thiết kế các thử nghiệm khác nhau, họ có thể xác định được công thức bánh quy có độ giòn tối ưu.

Sản xuất bia: Các nhà sản xuất bia sử dụng DOE để tìm ra công thức pha chế bia mới, tối ưu hóa quá trình lên men và cải thiện hương vị. Các yếu tố như loại hoa houblon, loại men, nhiệt độ lên men và thời gian lên men được điều chỉnh để tạo ra loại bia có hương vị đặc trưng.

Trong ngành dược

Sáng chế thuốc: DOE được sử dụng để xác định liều lượng thuốc tối ưu, thời gian dùng thuốc và sự kết hợp giữa các loại thuốc. Bằng cách thiết kế các thí nghiệm lâm sàng, các nhà nghiên cứu có thể đánh giá hiệu quả và độ an toàn của thuốc mới.

Sản xuất vaccine: DOE được sử dụng để tối ưu hóa quá trình sản xuất vaccine, đảm bảo chất lượng và hiệu quả của vaccine. Các yếu tố như nhiệt độ bảo quản, thời gian bảo quản và thành phần của vaccine được điều chỉnh để tìm ra điều kiện bảo quản tốt nhất.

Trong ngành nông nghiệp

Trồng trọt: Nông dân sử dụng DOE để xác định lượng phân bón, lượng nước tưới và loại giống cây trồng phù hợp nhất cho từng loại đất và điều kiện khí hậu. Bằng cách thiết kế các thử nghiệm trên đồng ruộng, họ có thể tăng năng suất và chất lượng cây trồng.

Chăn nuôi: DOE được sử dụng để xác định chế độ ăn, điều kiện nuôi dưỡng và các loại thuốc thú y phù hợp nhất cho từng loại vật nuôi. Sau khi thực hiện DOE trên đàn gia súc, họ có thể cải thiện sức khỏe và năng suất của đàn vật nuôi.

Trong ngành dịch vụ

Dịch vụ khách hàng: Các công ty dịch vụ sử dụng DOE để cải thiện trải nghiệm khách hàng. Họ có thể thử nghiệm các yếu tố như thời gian chờ đợi, thái độ của nhân viên, và các kênh hỗ trợ khách hàng để xác định những gì khách hàng quan tâm nhất.

Marketing: Các Agency Marketing sử dụng DOE để tối ưu hóa các chiến dịch quảng cáo. Họ có thể thử nghiệm các yếu tố như nội dung quảng cáo, kênh quảng cáo, và thời gian quảng cáo để đạt được hiệu quả chiến dịch cao nhất.

Các bước thực hiện DOE

Thiết kế thử nghiệm (DOE) bao gồm 4 giai đoạn riêng biệt:

Các bước thực hiện trong DOE

Bước 1: Lập kế hoạch

Bạn có thể tránh được mọi trở ngại bằng cách chú ý đến từng chi tiết và lên kế hoạch một cách cẩn thận. Điều này bao gồm thiết lập mục tiêu, chọn các biến (yếu tố đầu vào) cần kiểm tra và tìm ra các thông số hoặc mức độ cho từng biến. Tại giai đoạn này, bạn cũng xác định phản ứng (kết quả mong muốn). Các nguồn lực có sẵn thường sẽ hạn chế khả năng tiến hành thí nghiệm liên tục của bạn. Mục tiêu sẽ là thực hiện số lần chạy thí nghiệm tối thiểu cần thiết để đạt được kết quả tốt nhất.

Bước 2: Sàng lọc

Ở giai đoạn này, bạn cũng cần xác định số lần lặp lại cho mỗi thí nghiệm. Nếu có nhiều hơn 5 yếu tố, bạn sẽ tiến hành các thí nghiệm sàng lọc để giảm số lượng yếu tố cần nghiên cứu. Số lần chạy phụ thuộc vào số lượng yếu tố. Các thiết kế thường dùng trong sàng lọc bao gồm: nhân tử phân số, Plackett-Burman và sàng lọc xác định.

Bước 3: Tối ưu hóa

Để đạt được kết quả mong muốn, bạn sẽ tối ưu hóa các điều kiện quy trình sau khi xác định các yếu tố quan trọng và mô hình hóa mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và phản hồi. Giai đoạn này liên quan đến việc tìm ra tỷ lệ lý tưởng của các biến và mức độ của từng biến để tạo ra kết quả tốt nhất. Ngoài dữ liệu thống kê do chương trình được sử dụng cho thí nghiệm tạo ra, bạn có thể sử dụng các biểu đồ trực quan để phân tích.

Bước 4: Xác minh

Giai đoạn xác minh nhằm đảm bảo rằng điều kiện tối ưu mà chúng ta tìm được là chính xác. Chúng ta sẽ thực hiện một thí nghiệm mới trong điều kiện tối ưu đã xác định để kiểm chứng. Nếu kết quả không khớp với dự đoán, thiết kế thử nghiệm (DOE) sẽ được điều chỉnh cho phù hợp. Nếu không có giai đoạn này, chúng ta có thể đưa ra những quyết định sai lầm dựa trên những kết quả chưa được kiểm chứng.

Ví dụ, sau khi tìm ra công thức pha chế nước sốt ngon nhất, chúng ta sẽ nấu một mẻ nước sốt theo công thức đó để kiểm tra lại hương vị. Nếu nước sốt không đạt yêu cầu, chúng ta sẽ điều chỉnh lại công thức và thử lại.

Lợi ích của DOE

DOE là một công cụ mạnh mẽ giúp các doanh nghiệp, nhà khoa học và kỹ sư tối ưu hóa quy trình, sản phẩm và dịch vụ. Dưới đây là những lợi ích nổi bật của DOE:

Tối ưu hóa quy trình: DOE giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến kết quả của một quy trình, từ đó giúp tối ưu hóa quy trình, giảm thiểu lãng phí và tăng năng suất.

Cải thiện chất lượng sản phẩm: Bằng cách hiểu rõ mối quan hệ giữa các yếu tố đầu vào và chất lượng sản phẩm, DOE giúp các doanh nghiệp sản xuất ra những sản phẩm chất lượng cao, đồng nhất.

Giảm thiểu chi phí: DOE giúp giảm thiểu số lượng thí nghiệm cần thiết, từ đó tiết kiệm thời gian và chi phí.

Tìm ra nguyên nhân gốc rễ của vấn đề: DOE giúp xác định các yếu tố gây ra các vấn đề trong quy trình sản xuất, từ đó giúp các doanh nghiệp giải quyết vấn đề một cách hiệu quả.

Đưa ra quyết định dựa trên dữ liệu: DOE cung cấp một cơ sở khoa học để đưa ra các quyết định, giúp giảm thiểu rủi ro và tăng tính chính xác của các quyết định.

Nâng cao khả năng cạnh tranh: Các doanh nghiệp áp dụng DOE thường có khả năng đưa ra thị trường những sản phẩm và dịch vụ có chất lượng cao, đáp ứng nhu cầu của khách hàng tốt hơn, từ đó nâng cao khả năng cạnh tranh.

Kết luận

Design of Experiments (DOE) là một công cụ phân tích tiên tiến và mạnh mẽ trong các dự án. Một nhà thí nghiệm hiệu quả có thể lọc bỏ nhiễu và khám phá các yếu tố quan trọng của một quy trình. Các yếu tố sau đó có thể được sử dụng để kiểm soát các thuộc tính phản hồi (kết quả mong muốn) trong một quy trình. Đội nhóm có thể thiết kế một quy trình theo đúng tiêu chuẩn của sản phẩm hoặc yêu cầu từ khách hàng.

Một thí nghiệm được xây dựng tốt không chỉ có thể tiết kiệm thời gian dự án mà còn giải quyết các vấn đề quan trọng vẫn chưa được nhìn thấy trong các quy trình. Cụ thể, các tương tác của những yếu tố đầu vào có thể được quan sát và đánh giá hiệu quả. Cuối cùng, nhóm dự án sẽ học được yếu tố nào quan trọng và yếu tố nào không quan trọng để thực hiện điều chỉnh phù hợp.

——————————-