Deneysel Tasarım

İlk olarak matematikçi ve genetik bilimci Sir Ronald A. Fisher tarafından geliştirilen Deneysel Tasarım yöntemi, süreci etkileyen değişik faktörlerle bu sürecin çıktıları arasındaki ilişkiyi belirtmek için kullanılan yapılandırılmış, organize bir yöntemdir [35]. İlgili etmenlerin sistematik olarak değiştiği bir dizi deneyi içeren bu yöntemde yapılan deneylerin sonuçlarının analizi optimal şartları, sonucu en çok etkileyen ve

etkilemeyen etmenleri ve etmenler arasındaki ilişki ve etkileşimleri tanımlamaya yardımcı olur.

Matrisin boyutu küçük olmasına rağmen yapılan değişkenlik analizinin doğru sonuç verdiği bilgisini dikkate alan Deneysel Tasarım yöntemlerinde iyi yapılandırılmış veri matrisleri oluşturmak gerekmektedir. Deneysel Tasarım, teorik modellere değil deneysel verilere dayanan ampirik bilginin bir araya getirilmesi için kullanılan bir stratejidir. Performansı geliştirmek veya anlamak amacıyla bir olayın araştırılmasının istendiği herhangi bir zamanda uygulaması gerçekleştirilebilir.

Mevcut ve yeni teknolojilerle düşük maliyetli ve yüksek kaliteli üretimi hedefleyen işletmeler için kalite tekniklerini kullanarak ürünlerde ve ürünlerin kalitesinde iyileştirme yapmak şarttır. Deneysel tasarım, hem ürün veya süreç tasarımında, hem de üretimde ortaya çıkan kritik kalite problemlerinin çözülmesi için kullanılan etkili bir kalite tekniğidir [19]. Kritik kalite problemi, kabul edilebilir hata oranının üzerinde hataya neden olan ve geleneksel mühendislik yöntemleriyle çözümü maliyetli ve uzun olan problem olarak tanımlanabilir. Bu noktada, kalitenin ürünle birlikte tasarlanması gerektiği yaklaşımını getiren deneysel tasarım, yeni ürün ve süreç tasarımlarında üretim öncesi ortaya çıkabilecek kritik kalite problemlerinin yok edilmesine yardımcı olur ve böylece hem yüksek kalitenin elde edilmesini hem de maliyetlerin düşürülmesini sağlar.

Bir tasarım oluşturmak, kontrol edilen şartlar altında az sayıda deneyin dikkatli bir biçimde seçilmesi anlamına gelir. Tasarım oluşturmada birbirine bağlı dört adım vardır [35]:

a. Araştırmaya bir amaç belirlenir.

b. Deney süresince kontrol edilecek değişkenler (tasarım değişkenleri), ve değişkenlik seviyeleri veya aralıkları belirlenir.

c. Deneyin sonuçlarını tarif etmek için ölçülecek değişkenler (cevap değişkenleri) belirlenir ve kesinlikleri incelenir.

d. Uygun standart tasarımlardan, amaç, tasarım değişkenlerinin sayısı ve ölçümlerin kesinliği ile uyumlu ve kabul edilebilir bir maliyete sahip olanı seçilir.

Deneysel tasarım yöntemleri yeni bir ürünün veya mevcut ürünün geliştirilmesi için temel yapıların değerlendirilip diğerleriyle karşılaştırılması, malzeme alternatiflerinin

değerlendirilmesi ve performans üzerine etkili ürün parametrelerinin incelenmesi gibi mühendislik tasarım uygulamalarını içerir. Deneysel tasarım yöntemlerinin hedefi, incelenen sistemde değişimlerin nedenlerini araştırarak bu değişimleri ortadan kaldırmak veya bunlara karşı güçlü bir sistem oluşturmaktır.

Deneylere geleneksel yaklaşım, bir ilk etmenin seçilip buna belli değer atanarak sabitlenmesinin ardından, diğer etmenlerin test edilmesini ve her seferinde bir etmenin testini içerir. Bu nedenle, tasarıma dair yeterli bilgiyi elde etmek için her etmene birçok test uygulanması gerektiğinden bütün etmenlerin detaylı incelemesini yapmak engelleyici bir durum oluşturur. Sayının sınırlandırılmasının yanında, etmenler arasındaki ilişki konusunda da bilgi kıtlığı vardır. Bu durum mühendisleri sadece en belirgin etmenleri seçip test etmeye zorladığı için üzerinde çalışılan sistem hakkında kapsamlı bilgi edinmeleri mümkün olmaz.

Deneysel Tasarım yöntemi, bu duruma zıt bir yaklaşım getirerek sistemin bütün etmenlerini ele alıp, sistemi bir bütün olarak görüntüleyen ve bu sayede deneyi yapan kişiye kritik problemlerin çözümlerini bulmakta yardımcı olan bir yöntemdir. Seçilen geniş bir değer aralığında her birinin doğrudan test edilmesi zorunluluğu olmadan, etmenlerin verdikleri cevaplar görüntülenir [36]. Sistemi etkileyen tüm etmenlerin ele alınması, sadece bir etmeni düzeltmekle elde edilebilecek fayda yerine birkaç etmende küçük değişiklikler yapılarak toplamda daha çok fayda sağlanması sonucunu doğurabilir.

Deneysel Tasarım yönteminin önceliği, tasarım aşamasında veya çalışan bir süreçte kritik kalite problemlerinin giderilmesi olup performans üzerinde etkisi olan ürün parametrelerinin incelenmesini hedefler. İncelemenin sonucunda; sonuç değişken üzerindeki en etkili etmenler belirlenir ve diğer değişkenlerin sonuç değişkene etkileri tanımlanır. Ayrıca, deneysel tasarımın bir başka özelliği de etmenler arasında geleneksel yöntemlerle belirlenemeyen etkileşimleri ortaya çıkarabilmesidir. Deneylerden elde edilen veriler herhangi bir değer kombinasyonuyla olacakları öngörmek için model olarak kullanılan istatistiksel denklemlere yerleştirilir. Bu modeller mühendisin bütün kritik cevapları optimize etmesine ve optimal ayarları bulmasına yardımcı olur.

Deneysel tasarım, ürün ve üretim performansında en etkili parametreleri belirleyen deneysel çalışmaları içerdiği için kritik kalite problemine yol açmayacak etmenlerin

dikkate alınmamasını sağlar. Bu sayede daha az sayıda ancak daha etkin deneyler yapılarak maliyet ve zaman kaybı önlenirken yüksek kalite hedefine ulaşmak mümkün olur. Bunu başarmak için deney kavramını iyi algılamak gerekmektedir. Deney; ürün, süreç veya hizmet hakkında yeni bilgiler elde etmek veya hipotezleri desteklemek veya çürütmek için yapılan planlanmış yöntemlerdir [19].

Verimli bir deney, kaynakların en az seviyede kullanılmasıyla istenen bilginin en iyi şekilde elde edilmesini sağlar. Deneysel tasarım, etkin bir deney sistemi kurularak verimli bir deney yapılmasını sağlayan bir yöntem olup, ürün veya süreç geliştirme konusunda uygulanması maliyetlerde, geliştirme süresinde ve değişkenlerde düşüş, kazançta ise artış sağlar.

Bu bilgiler ışığında deneysel tasarım yöntemleri;

Üretim sürecini kontrol eden anahtar değişkenlerin tanımlanmasına yardımcı olur.

Tanımlanan anahtar değişkenlerdeki temel etkileri ve etkileşimlerin etkilerini belirler.

Anahtar değişkenleri toleranslara yakın olarak yeniden tasarlar.

Yeni süreçler eski verilerle geliştirilmeyeceği için geliştirme aşamasında kullanılır.

Maliyeti azaltmak için önemsiz değişkenler üzerinde toleransları değerlendirmek için kullanılır.

Kazancı artırmak ve maliyeti azaltmak için önemli etmenlerin ve onların bileşik seviyelerinin kullanımına dikkati çeker.

Tasarım ve üretim arasındaki zamanı kısaltırken kontrol edilmeyen etmenlere karşı güçlü tasarım üretir.

Kalite yetersizliğinden kaynaklanan maliyeti ürünü ve süreci doğru tasarlayarak yok eder [19].

Deneysel Tasarım bütün üretim endüstrilerinde kullanılabilecek güçlü bir araçtır. Bu yöntemde başarılı olabilmek için aşağıdaki gerekler yerine getirilmelidir [37]:

1. İyi ve doğru amaçlar belirlenmelidir,

3. Kontrol edilemeyen değişkenliği bastırmak için tekrar yapılmalıdır, 4. Deney koşturma sırası rasgeleleştirilmelidir,

5. Bilinen değişkenlik kaynakları bloke edilmelidir, 6. Varsa hangi etkilerin isimlendirileceği bilinmelidir, 7. Sıralı bir deney serisi yapılmalıdır,

8. Her zaman kritik bulgular teyit edilmelidir.

Deneysel Tasarımı destekleyen kalite yöneticileri bu anahtar etmenleri teşvik ederek ürün kalitesinde ve süreç etkinliğinde önemli bir geliştirme yapma şanslarını artırmaktadır.