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50多年来，山猫公司在紧凑型设备（包括滑移装载机和紧凑型挖掘机）的设计，制造和分销一直处于全球领导者地位。山猫的设备用于许多行业，包括农业，建筑，挖掘和美化环境以及设备租赁。除了拥有全球最广泛的紧凑型设备分销网络外，该公司还是北达科他州最大的制造商。

在其中一家工厂，山猫使用激光从大型钢板上切割出细部。这些零件必须具有光滑的边缘，没有毛刺或凹坑。激光加工过程以可接受的速度产生了可接受的质量，但是仍有改进的空间，即使该设施有七个激光，它仍然需要将激光工作发送给外部承包商。获得山猫认证的Master Black Belt的Jim Rose着手改善这一激光切割工艺。他的目标是确定可以提高机器速度并改善零件质量的设置。该项目在很大程度上依赖于有效地收集数据，对其进行彻底分析并理解结果。Rose使用Minitab统计软件来完成这些任务。

挑战

罗斯着手寻找一个“最佳点”，该点将提供更快的激光加工和更好的切割质量。平均提高生产速度相当于“节省”一台额外的激光器，每台激光器的安装成本将近一百万美元。现有七台激光器的输出量的增加也将减少外包“光束时间”的数量，而且随着工厂将其激光器工作的健康部分外包出去，甚至将其中的一部分工作返还内部也可以节省大量资金。

在研究过程中，Rose确定了可能影响其性能的几个因素。其中包括功率（以瓦特为单位），实际打开激光束的切割时间的百分比（占空比），快速切割的进给速度，慢速切割的进给速度，激光炬中使用的气体量 （辅助气体压力），控制光束的喷嘴宽度以及从喷嘴到切割面的聚焦距离。现在，他的挑战是确定这些因素中哪些对性能影响最大，然后找到可以提高速度和产品质量的工艺设置。

Minitab如何提供帮助

这就是Minitab的实验设计（DOE）功能的所在设计的实验是一系列运行或测试，您可以在其中调整多个变量。这是一种改进流程的有效方法，因为您可以一次更改和评估多个因素，然后使用统计分析获得有意义的结果。Minitab可以帮助您确定哪些因素最重要，并了解它们如何相互作用并推动您的流程。有了这些知识，您就可以找到产生最佳过程性能的因素设置。

Rose的首要任务是选择和量化正确的响应。提高或至少保持以更快的速度生产零件的质量是首要目标，因此他选择了切割质量作为关键响应。一个实验性的“运行”将包括切割一块钢板。切割质量将以1-5的等级进行排名，其中5是完美的切割。为了建立基准，Rose对使用现有设置的零件切割进行了初步分析，结果显示该过程正在生产平均分数为4的零件。

Rose需要确保在实验开始之前，他可以依靠测量系统的精度。他使用Minitab进行属性一致性分析，该分析将证明操作员是否可以根据既定标准一致且准确地评估切割质量。根据分析结果，选择了一名激光操作员作为唯一评估员。他甚至能够使用更精确的计分系统，该系统包含1/4的增量（.25），而不是以前使用的整数。这提高了数据收集的能力。

有了各种因素，关键响应和可靠的数据收集方法，Rose准备设计实验。他知道析因实验设计可以让他研究多个因素对过程的影响，但是他需要找到析因设计的类型，该类型可以在最少的实验运行中产生可靠的结果。

一种选择是进行充分的阶乘实验，这是一种非常彻底的方法，可以测量所有因子水平组合的响应。但是此选项可能需要运行次数过多。例如，具有5个因子的两级全因子设计需要32次运行。考虑到实验者可能随后会添加重复样本或多次重复运行，因此进行完全因子分析不是一个可行的选择。

Rose又研究了分数阶乘设计，该设计通过排除因子水平的某些组合将运行次数减少到可管理的大小，但仍然可以对因子进行可靠的分析。执行的运行是完整因子设计的选定子集或一部分。但是，如果不运行所有因子水平组合，则意味着某些影响是混杂的，无法与其他影响分开估计。因此，必须仔细选择分数以获得有意义的结果。为了简化该过程，Minitab将显示一个别名表，该表指定了混淆模式。

在他的最初实验中，Rose使用Minitab创建了仅需16次运行的½分数阶乘设计（如下图），但仍然允许他估计这些因素及其双向交互作用的效果。Rose还重复了16次运行3次，以提高数据收集的能力，从而增加了实验发现明显差异的可能性。

第一个实验发现，快速进给速度然后是低速进给速度是决定加工速度的最重要因素，更重要的是，证明了更快的进给速度是可行的。（如下图）

Rose的后续实验重点是为其余三个重要因素找到最佳设置，以提高切割质量。结果的立方图（如下图）显示了在较低的辅助气体压力和负荷下，当速度提高时，切割表面的质量最高，并且喷嘴聚焦水平较高。它还表明预期的切割质量高于旧设置下的4.0标准。

结果

Rose用于评估激光切割过程的三个设计实验产生了很好的结果。实验确定了加工边缘质量的改进定义，并确定了优化设置，从而将所有产品的过程生产率提高了20％以上。现有的7台激光器的输出量不断增加，因此无需购买额外的激光设备，节省了500,000美元。这种增加还消除了原本可以外包的大约2,000小时的“光束时间”。 总体而言，Rose使用Minitab设计和分析的实验结果总计潜在节省了超过1,000,000美元。

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