Thiết kế Thử nghiệm (DOE) với JMP

01/11/2022 1.262 lượt xem

Thiết kế thử nghiệm (Design of Experiments - DOE), là một cách tiếp cận thực tế và phổ biến để khám phá các không gian cơ hội đa yếu tố và JMP đã cung cấp các tính năng giúp bạn dễ dàng sử dụng để thiết kế và phân tích.

JMP đem lại thực nghiệm phương pháp có nhiều ứng dụng để thu thập thông tin hữu hiệu nhất. Phương pháp tốt nhất để mô hình hóa các mối quan hệ giữa yếu tố đầu vào và phản hồi đầu ra là sửa đổi đầu vào một cách có chủ đích và sau đó quan sát xem kết quả có thay đổi hay không. Tích cực vận dụng các yếu tố theo một thiết kế được chỉ định trước là cách tốt nhất để đạt được những kiến thức mới hữu ích..

Tuy nhiên, trong thực tế, một thiết kế chỉ thay đổi một yếu tố tại một thời điểm là không hiệu quả. Để khám phá đúng cách các yếu tố cùng ảnh hưởng đến phản ứng, bạn cần sử dụng thiết kế thử nghiệm (DOE).

Ngoài thư viện đầy đủ các thiết kế DOE cổ điển đã được thử nghiệm, JMP cũng cung cấp khả năng thiết kế tùy chỉnh sáng tạo giúp điều chỉnh thiết kế của bạn để trả lời các câu hỏi cụ thể mà không lãng phí tài nguyên quý giá. Khi dữ liệu đã được thu thập, JMP sắp xếp hợp lý việc phân tích và xây dựng mô hình để bạn có thể dễ dàng xem mô hình phản hồi, xác định các yếu tố hoạt động và tối ưu hóa phản hồi.

Thiết kế cổ điển

Ronald Fisher đưa ra bốn nguyên tắc lâu dài của DOE: Nguyên tắc giai thừa, ngẫu nhiên hóa, sao chép và ngăn chặn. Tuy nhiên, việc tạo ra (và sau đó phân tích) một thiết kế để khai thác những nguyên tắc này chủ yếu dựa vào tính toán bằng tay. Để giảm bớt gánh nặng này, sự tận tụy của các nhà thực hành trong hơn 80 năm đã đem đến một loạt các thiết kế được áp dụng rộng rãi được điều chỉnh để đáp ứng các tình huống cụ thể và các mục tiêu thử nghiệm. JMP cung cấp tất cả các kiểu thiết kế cổ điển mà bạn cần, bao gồm Full Factorial, Screening, Response Surface, MixtureTaguchi Array. Sau khi xác định các yếu tố và phản hồi, JMP cho phép bạn chọn một thiết kế thích hợp từ những thiết kế được liệt kê và cung cấp các công cụ đánh giá thiết kế khác nhau, chẳng hạn như hồ sơ phương sai dự đoán và biểu đồ FDS, để đánh giá lựa chọn của bạn trước khi cam kết bất kỳ tài nguyên nào.


Cho dù bạn sử dụng thiết kế Cổ điển, Tùy chỉnh hay thiết kế khác, bạn có thể sử dụng Contour Profiler để thăm dò tương tác mô hình để xem các mẫu biến thể, đánh giá trực quan cách các yếu tố ảnh hưởng đến phản hồi và tìm các vùng hoạt động khả thi.


Thiết kế phân lô

Các biến số khó thay đổi, chẳng hạn như nhiệt độ của lò nướng công nghiệp hoặc vị trí của cánh đồng ngô, tồn tại trong thế giới thực. Một thiết kế hoàn toàn ngẫu nhiên có thể yêu cầu các yếu tố như vậy được đặt lại sau mỗi lần chạy. Rõ ràng, điều này sẽ không thực tế hoặc tốn kém. Thử nghiệm được thiết kế thích hợp nhất cho những tình huống như vậy được gọi là một âm mưu tách. JMP hiện hỗ trợ việc bổ sung các yếu tố hiệp biến trong thiết kế. Phần mềm này tạo ra các thiết kế chia ô, chia tách và dải tối ưu. JMP tạo thiết kế và bao gồm mô hình REML thích hợp.

Phân tích một thử nghiệm chia lô với nền tảng Fit Model.


Kiểu dáng khác

Ngay cả khi không có sự thay đổi về bản chất trong phản hồi, DOE vẫn tìm thấy giải pháp trong việc khám phá các không gian yếu tố nhiều chiều một cách hiệu quả. Để đáp ứng tình huống này, JMP cung cấp các thiết kế Space-Filling, thường được phân tích bằng Quy trình Gaussian mượt mà hơn để tạo ra một mô hình thay thế với độ chệch và phương sai dự đoán thấp. JMP cũng có thể tạo và phân tích Thiết kế Choice trong đó người dùng được yêu cầu nêu sở thích của họ giữa các lựa chọn thay thế, bao gồm giá cả như một yếu tố nếu muốn. Cuối cùng, JMP cung cấp các thiết kế cho Accelerated Life Tests và mô hình phi tuyến tính. Đặc biệt, bạn có thể thêm nhiều họ thiết kế hơn vào JMP thông qua ngôn ngữ kịch bản của nó, JSL.

Một ví dụ về mô hình Quy trình Gaussian phù hợp trong JMP.


Thiết kế tùy chỉnh

Khi mục tiêu của bạn là tạo một thiết kế thử nghiệm có tính đến các thông số cụ thể như thời gian, ngân sách và các cân nhắc khác, Trình thiết kế tùy chỉnh duy nhất trong JMP sẽ xây dựng một thiết kế tùy chỉnh cho vấn đề của bạn (sử dụng thiết kế tối ưu), vì vậy bạn không cần phải buộc vấn đề của bạn phải phù hợp với một thiết kế dập khuôn nhất định.

Trình thiết kế tùy chỉnh luôn sử dụng tốt nhất ngân sách thử nghiệm. Sử dụng các thiết kế do máy tính tạo ra cho phép bạn giải quyết nhiều thách thức, tất cả đều nằm trong một khuôn khổ thống nhất. Bạn có thể sử dụng các yếu tố phân loại và hỗn hợp liên tục, đa cấp trong cùng một thiết kế, đồng thời chỉ định các yếu tố khó và rất khó thay đổi để tự động tạo ra các thiết kế phân lô, chia tách và dải dải phù hợp.

Ngoài ra, khả năng xác định các yếu tố ràng buộc, hiệu ứng mô hình và tương tác, cũng như bao gồm các điểm trung tâm đồng thời/hoặc chạy lặp lại khi bạn xây dựng thiết kế của mình. Cuối cùng, Trình thiết kế tùy chỉnh cho phép bạn thực hiện các phép tính kích thước và công suất mẫu, cũng như trực quan hóa các cấu trúc bí danh để giúp bạn xác định xem khoản đầu tư thử nghiệm của mình có đáng giá hay không thông qua khả năng chẩn đoán thiết kế phong phú.

Trình thiết kế tùy chỉnh cho phép bạn tạo các thiết kế thông minh nhanh chóng và hiệu quả hơn giúp bạn tiết kiệm thời gian, công sức và sử dụng tốt hơn các nguồn lực của mình để tiến hành các thử nghiệm.


Sức mạnh của Thiết kế tùy chỉnh là chúng dựa trên mô hình. Vì vậy, ngoài đặc điểm kỹ thuật thông thường của các yếu tố và phản hồi, bạn cần nhập các thuật ngữ mô tả hành vi mong đợi, hình dạng của không gian cơ hội bạn muốn khám phá và ngân sách của bạn.

Thiết kế sàng lọc chắc chắn

 

Thiết kế sàng lọc chắc chắn

Giờ đây, bạn có thể thiết kế các thử nghiệm để tách một vài yếu tố quan trọng có ảnh hưởng đáng kể đến phản hồi khỏi nhiều yếu tố tầm thường có ảnh hưởng không đáng kể. Nếu hiệu ứng của một yếu tố bị cong mạnh, thiết kế sàng lọc truyền thống có thể bỏ lỡ hiệu ứng này và loại bỏ yếu tố đó. Và nếu có tương tác hai yếu tố, các thiết kế sàng lọc tiêu chuẩn với số lần chạy tương tự sẽ yêu cầu thử nghiệm tiếp theo để giải quyết sự không rõ ràng. JMP hiện hỗ trợ các thiết kế khối. Sẽ thật tuyệt nếu bạn có thể giải quyết sự mơ hồ ngay từ đầu mà không cần thử nghiệm tiếp theo phải không? Với các thiết kế sàng lọc dứt khoát, bạn có thể dễ dàng làm được điều này..

Biểu đồ tương quan cho một thiết kế sàng lọc dứt điểm. Không có thuật ngữ mô hình nào bị nhầm lẫn với nhau.

Mảng phủ (JMP Pro)

JMP Pro hiện bao gồm các công cụ để thiết kế các mảng bao phủ, được sử dụng trong các ứng dụng thử nghiệm mà các tương tác giữa các yếu tố có thể dẫn đến lỗi. Trong thử nghiệm hoặc phát triển phần mềm, ví dụ, một lần chạy thử nghiệm có thể tốn hàng chục nghìn đô la. Bạn cần thiết kế các thí nghiệm để tối đa hóa xác suất tìm ra khuyết điểm đồng thời giảm thiểu chi phí và thời gian. Việc bao gồm các mảng cho phép bạn làm điều đó. Và khi có sự kết hợp của các yếu tố tạo ra các điều kiện không thể xảy ra, bạn có thể sử dụng trình hướng dẫn Disallowed Combinations để tự động loại trừ các kết hợp cài đặt yếu tố này khỏi thiết kế.

Với JMP Pro, bạn có thể tự thiết kế các mảng mà không cần phải dựa vào người khác để xây dựng thử nghiệm. Bạn có thể nhập bất kỳ thiết kế mảng bao phủ, được tạo bởi bất kỳ phần mềm nào và tối ưu hóa hơn nữa, sau đó phân tích kết quả.

Khả năng phân tích thống kê trên phạm vi rộng của phần mềm mang lại cho JMP Pro một lợi thế lớn so với các công cụ thiết kế đơn thuần. Trên thực tế, nó là phần mềm duy nhất để bao gồm thiết kế mảng cũng phù hợp với các mô hình hồi quy tổng quát với dữ liệu bạn thu thập. JMP Pro cho phép bạn kiểm tra thông minh hơn với chi phí thấp hơn.

Thiết kế mảng bao phủ trong JMP Pro đã lập kỷ lục thế giới về số lần chạy ít nhất cần thiết cho một vấn đề nhất định. Ít lần chạy hơn có nghĩa là chi phí thấp hơn.


So sánh, đánh giá và bổ sung các thiết kế

Chẩn đoán thiết kế cung cấp thông tin chi tiết mạnh mẽ cho phép người dùng khám phá các thuộc tính của thiết kế của bạn và so sánh với các thiết kế cạnh tranh. JMP bao gồm các khả năng hoàn chỉnh để đánh giá và so sánh các thiết kế. Với Đánh giá thiết kế, bạn có thể xác định khả năng thiết kế của mình để phát hiện các hiệu ứng liên quan đến những thay đổi có ý nghĩa trong phản hồi, giải quyết phương sai dự đoán và độ chính xác của các ước tính của bạn, hiểu rõ hơn về răng cưa và có được các biện pháp hiệu quả. Với So sánh thiết kế, bạn có thể dễ dàng so sánh tối đa ba thiết kế cạnh tranh và thực hiện các phân tích cân bằng về số lượng hoặc ngân sách chạy, công suất, phần nhỏ của không gian thiết kế và các số liệu hữu ích khác. Và nếu bạn phát hiện ra rằng có nhiều hiệu ứng tích cực hơn mức bạn có thể phát hiện đúng trong thử nghiệm của mình,

So sánh, đánh giá và bổ sung các thiết kế trong JMP 13

Sử dụng So sánh thiết kế để xem xét thử nghiệm 10 lần chạy một nhân tố (OFAT) so với thiết kế tối ưu 10 lần từ Thiết kế tùy chỉnh.

Tối ưu hóa và mô phỏng

Mặc dù quan trọng, thiết kế chỉ bằng một nửa DOE. Bất kể bạn quyết định sử dụng thiết kế nào, JMP giúp cho việc phân tích tiếp theo trở nên dễ dàng nhất có thể. Tùy thuộc vào tình huống, bảng chứa thiết kế của bạn sẽ tự động chứa tập lệnh phù hợp để phân tích kết quả. Với nhiều phản hồi, bạn có thể đồng thời phù hợp với các mô hình khác nhau và tinh chỉnh Stepwise bằng cách sử dụng quy tắc dừng đã chọn. Khi bạn đã xây dựng các mô hình mà bạn cho là hữu ích, các Bộ định hình khác nhau trong JMP cho phép bạn tương tác làm việc với chúng và xác định trực quan các chế độ hoạt động khả thi và các điểm thiết lập yếu tố. Bất kể vấn đề của bạn phức tạp đến mức nào, Trình tối ưu hóa tích hợp trong JMP có thể thực hiện sự cân bằng không thể tránh khỏi giữa các phản hồi chỉ bằng một cú nhấp chuột. Khi bạn đã có điểm hấp dẫn, sau đó bạn có thể sử dụng Trình mô phỏng tích hợp để xem mức độ mạnh mẽ của điều này trong thực tế.

Tối ưu hóa và mô phỏng trong JMP 13

Profiler cho phép bạn tương tác thăm dò không gian yếu tố, xem yếu tố nào ảnh hưởng đến phản hồi và cách thức, đồng thời tìm cài đặt tối ưu cho một hoặc nhiều phản hồi bằng cách sử dụng các chức năng mong muốn. Bạn cũng có thể sử dụng Trình mô phỏng để đánh giá sự thay đổi trong thế giới thực sẽ được truyền từ các yếu tố thành phản hồi như thế nào.