50多年來，山貓公司在緊湊型設備（包括滑移裝載機和緊湊型挖掘機）的設計，制造和分銷一直處于全球領導者地位。山貓的設備用于許多行業，包括農業，建筑，挖掘和美化環境以及設備租賃。除了擁有全球最廣泛的緊湊型設備分銷網絡外，該公司還是北達科他州最大的制造商。

在其中一家工廠，山貓使用激光從大型鋼板上切割出細部。這些零件必須具有光滑的邊緣，沒有毛刺或凹坑。激光加工過程以可接受的速度產生了可接受的質量，但是仍有改進的空間，即使該設施有七個激光，它仍然需要將激光工作發送給外部承包商。獲得山貓認證的Master Black Belt的Jim Rose著手改善這一激光切割工藝。他的目標是確定可以提高機器速度并改善零件質量的設置。該項目在很大程度上依賴于有效地收集數據，對其進行徹底分析并理解結果。Rose使用Minitab統計軟件來完成這些任務。

挑戰

羅斯著手尋找一個“最佳點”，該點將提供更快的激光加工和更好的切割質量。平均提高生產速度相當于“節省”一臺額外的激光器，每臺激光器的安裝成本將近一百萬美元。現有七臺激光器的輸出量的增加也將減少外包“光束時間”的數量，而且隨著工廠將其激光器工作的健康部分外包出去，甚至將其中的一部分工作返還內部也可以節省大量資金。

在研究過程中，Rose確定了可能影響其性能的幾個因素。其中包括功率（以瓦特為單位），實際打開激光束的切割時間的百分比（占空比），快速切割的進給速度，慢速切割的進給速度，激光炬中使用的氣體量 （輔助氣體壓力），控制光束的噴嘴寬度以及從噴嘴到切割面的聚焦距離。現在，他的挑戰是確定這些因素中哪些對性能影響最大，然后找到可以提高速度和產品質量的工藝設置。

Minitab如何提供幫助

這就是Minitab的實驗設計（DOE）功能的所在設計的實驗是一系列運行或測試，您可以在其中調整多個變量。這是一種改進流程的有效方法，因為您可以一次更改和評估多個因素，然后使用統計分析獲得有意義的結果。Minitab可以幫助您確定哪些因素最重要，并了解它們如何相互作用并推動您的流程。有了這些知識，您就可以找到產生最佳過程性能的因素設置。

Rose的首要任務是選擇和量化正確的響應。提高或至少保持以更快的速度生產零件的質量是首要目標，因此他選擇了切割質量作為關鍵響應。一個實驗性的“運行”將包括切割一塊鋼板。切割質量將以1-5的等級進行排名，其中5是完美的切割。為了建立基準，Rose對使用現有設置的零件切割進行了初步分析，結果顯示該過程正在生產平均分數為4的零件。

Rose需要確保在實驗開始之前，他可以依靠測量系統的精度。他使用Minitab進行屬性一致性分析，該分析將證明操作員是否可以根據既定標準一致且準確地評估切割質量。根據分析結果，選擇了一名激光操作員作為唯一評估員。他甚至能夠使用更精確的計分系統，該系統包含1/4的增量（.25），而不是以前使用的整數。這提高了數據收集的能力。

有了各種因素，關鍵響應和可靠的數據收集方法，Rose準備設計實驗。他知道析因實驗設計可以讓他研究多個因素對過程的影響，但是他需要找到析因設計的類型，該類型可以在最少的實驗運行中產生可靠的結果。

一種選擇是進行充分的階乘實驗，這是一種非常徹底的方法，可以測量所有因子水平組合的響應。但是此選項可能需要運行次數過多。例如，具有5個因子的兩級全因子設計需要32次運行。考慮到實驗者可能隨后會添加重復樣本或多次重復運行，因此進行完全因子分析不是一個可行的選擇。

Rose又研究了分數階乘設計，該設計通過排除因子水平的某些組合將運行次數減少到可管理的大小，但仍然可以對因子進行可靠的分析。執行的運行是完整因子設計的選定子集或一部分。但是，如果不運行所有因子水平組合，則意味著某些影響是混雜的，無法與其他影響分開估計。因此，必須仔細選擇分數以獲得有意義的結果。為了簡化該過程，Minitab將顯示一個別名表，該表指定了混淆模式。

在他的最初實驗中，Rose使用Minitab創建了僅需16次運行的?分數階乘設計（如下圖），但仍然允許他估計這些因素及其雙向交互作用的效果。Rose還重復了16次運行3次，以提高數據收集的能力，從而增加了實驗發現明顯差異的可能性。

第一個實驗發現，快速進給速度然后是低速進給速度是決定加工速度的最重要因素，更重要的是，證明了更快的進給速度是可行的。（如下圖）

Rose的后續實驗重點是為其余三個重要因素找到最佳設置，以提高切割質量。結果的立方圖（如下圖）顯示了在較低的輔助氣體壓力和負荷下，當速度提高時，切割表面的質量最高，并且噴嘴聚焦水平較高。它還表明預期的切割質量高于舊設置下的4.0標準。

結果

Rose用于評估激光切割過程的三個設計實驗產生了很好的結果。實驗確定了加工邊緣質量的改進定義，并確定了優化設置，從而將所有產品的過程生產率提高了20％以上。現有的7臺激光器的輸出量不斷增加，因此無需購買額外的激光設備，節省了500,000美元。這種增加還消除了原本可以外包的大約2,000小時的“光束時間”。 總體而言，Rose使用Minitab設計和分析的實驗結果總計潛在節省了超過1,000,000美元。

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