1. Kalite İçin Deney Tasarımı

2. ÖZET
 Deneysel çalışmalar bilim ve araştırmanın vazgeçilmez bir unsurudur,
ancak deneysel çalışmalar uzun zaman ve bir o kadarda uğraşı
gerektiren bir çalışmadır.
 Deneysel çalışmalarda doğru bir sonuca ulaşabilmek için doğru bir
deney tasarımının yapılması, parametrelerin doğru olarak belirlenmesi ve
deney sonucundan ne bekleneceğinin doğru olarak bilinmesi
gerekmektedir. Bütün bu koşullar yerine getirildiği zaman bile doğru
bir sonuca ulaşmak için aynı numuneden veya aynı deneyden çok
sayıda yapılması gerekebilir. Bu ise hem uzun zaman, hem maliyet hem de
harcanan eforu arttırır.
 Bu çalışmada kaliteli ürün geliştirmek yada üretmek için şimdiye kadar
yapılan ve bundan sonra yapılması tavsiye edilen deney tasarımları
hakkında bilgiler verilmiştir.

3. 1. GİRİŞ
Deney Nedir?
 Deneyler, araştırmacılar tarafından bir sistemi yada belirli bir süreci
tanımlamak ve anlamak için kullanılır.
 Literatürde bir deney aynı zamanda bir testtir. Bir süreç yâda sistemin
girdilerinde değişiklik yapılarak çıktıların gözlemlenmesi ve analiz
edilmesidir.
 Deney Tasarımı ilk olarak 1920’lerde ünlü İngiliz istatistikçi R.A. Fisher
ve arkadaşları tarafından geliştirilmiştir. Fisher, varyans analizi (Anova)
tekniğini de geliştirmiştir.
Anova: Anakütle ortalamaları arasında farkın olup olmamasını sınar.

4.  Deney tasarımının en temel amaçlarından biri deney hatalarını minimuma
indirmektir.
 Deneyin planlaması sırasında bir kontrol listesinin oluşturulması
gereklidir.
 Bir deneyin tasarımında kontrol listesinde oluşturulan adımların hiçbiri bir
birinden bağımsız değildir.
Bunlar;
1. Deneyin amaç ve hedeflerinin belirlenmesi
2. Bütün değişken özelliğe sahip kaynaklarının tanımlanması
a) Deney üniteleri
b) Kontrol edilebilen faktörler
c) Kontrol edilmeyen faktörler
d) Bloklama işlemleri

5. 3- Uygulamada deneyi ünitelere ayırmak için bir kuralın belirlenmesi
4- Deneyin ölçü birimlerinin belirlenmesi
5- Pilot bir uygulama yapılması
6- Pilot uygulamadan sonra model oluşturulması
7- Analiz için bir çerçeve oluşturulması
8- Kaç adet gözlem yapılacağının hesaplanması
9- Gözden geçirme ve revizyon
 Genel olarak deneyler sistemin yada sürecin performansını ölçmede de
kullanılır. Bir deney modeli şekil 1 de gösterilmiştir. Burada deneyin
gerçekleştirilmesi sürecinde, deneyde kullanılacak parametreler bir
takım girdilerdir.
 Bunlar makine, teçhizat, yöntem ve insan kaynakları gibi girdi türleri
olabilir.

6.  Parametreler iki şekilde deneye etki eder, bunlar kullanıcı tarafından
bizzat kontrol edilebilen parametreler, mesela kullanılacak malzemelerin
çeşitleri, sıcaklık farklılıkları, karışım oranları gibi parametrelerdir.
 Kontrol edilemeyen parametreler ise kullanıcının müdahale edemediği
çevre sıcaklığı, nem oranı, sıcaklık değişimi, nakliye gibi daha akla
gelmeyen birçok sebeplerdir.
 Şekil 1 de X1, X2 ve X3 kontrol edilebilen parametreler ve Z1,Z2
ve Z3 ise kontrol edilemeyen parametrelerdir. Deney sonucunda elde
edilecek çıktılar şu sorulara cevap vermelidir

7. 1. y Çıktısını en fazla etkileyen parametre hangisidir?
2. y çıktısı en az, nominal yada en yüksek değerde istendiği zaman, X
parametrelerinin konumları ne olmalıdır?
3. Z1,Z2 ve Z3 kontrol edilmeyen parametreleri minimize etmek için
kontrol edilebilen (X) parametrelerin konumları ne olmalıdır?
Kontrol Edilebilen Parametreler
X1 X2 …… Xn
Girdiler Süreç Çıktılar
Z1 Z2 ……. Zn
Kontrol Edilemeyen Parametreler
Şekil 1 Bir sistem yada sürecin genel modeli

8.  Bilindiği gibi deneysel çalışmalarda çok sayıda deneyler yapılır. Bu
deneyler laboratuar ortamında, pilot uygulama, tam uygulama yada
klinik olarak yapılır.
 Deney tasarımı için şunlar gereklidir.
1. Toplam deney sayısını azaltmak,
2. Tasarımcının formüle ettiği etkinliği eşzamanlı olarak
değiştirebilmek,
3. Doğru bir deney stratejisi belirlemek.
 Eğer bir deney doğru bir şekilde tasarlanırsa, en iyi sonuç için
veriler doğru bir şekilde toplanmış olacaktır. Bundan dolayı
deney tasarımı yapılırken aşağıdaki sorulara cevap verilecek
şekilde tasarım yapılmalıdır.

9. 1. Sonuçlar ve parametrelerin etkisi hesaplanabiliyor mu?
2. Sonucu kaç tane parametre etkiliyor?
3. Eş zamanlı olarak kaç tane parametre hesaba katılmalı?
4. Kaç tane deney tekrarının yapılması gerekiyor?
5. Ne tür bir veri analizi (Regresyon, Anova) kullanılmalı?
6. Etkiler üzerindeki hangi seviye farklılıkları ne kadar önemlidir?
 Veriler deneysel yada gözlemsel çalışmaların merkezindedir.
 Şekil 2 de de görüldüğü gibi veriler deneysel çalışmaların ve
gözlemlerin kesişim noktasında olmalıdır. Deneysel çalışmalarda
değişkenlerin kaynağı her bir test için kontrol edilebilir yada
sabitlenebilir.
 Ancak gözlemsel çalışmalarda değişkenler kontrol edilemezler
sadece veri olarak kaydedilebilirler .

10. Deney
Problemi Veri Çıkarım
Formüle
etme
Gözlem
Şekil 2: Bilimsel çalışmalarda istatistiksel girdi düzeyi

11.  Bütün gözlemsel çalışmaların metodolojisi iki büyük gruba bölünür.
Bunlar;
1. Klasik yada pasif metodoloji
2. Aktif yada istatistiksel metodoloji
2.KLASİK METODOLOJİ İLE DENEY TASARIMI
 Klasik yada geleneksel yöntem ile yapılan deney çalışmalarında, her
seferinde bir parametre değiştirilir ve diğer bağımsız parametreler sabit
tutulur. Bu yöntemde sistemin parametrelerin arasında o anda
değiştirilen parametrenin sisteme etkisinin araştırılması yapılır.
 Şekil 3 de görüldüğü gibi bir ürün geliştirmede yada üretim problemini
çözmek için klasik metodoloji ile yapılan deney tasarımında, deney için
parametreler belirlenir ve deneye başlanır. Deneyde X1 parametresi
değiştirilir, deneyin sonucu ölçülür ve deneye etkisi belirlenmeye
çalışılır bu sırada diğer parametreler sabit tutulur.

12. Deney için X1 X2 X3 Xn
Parametreleri Parametresini Parametresini Parametresini Parametresini
Belirle ve değiştir değiştir değiştir değiştir
Deneye başla
Sonucu ölç Sonucu ölç Sonucu ölç Sonucu ölç
Etkisini belirle Etkisini belirle
Etkisini belirle Etkisini belirle
Şekil 3: Klasik metodoloji ile yapılan deney tasarımı ve ölçümü
 Klasik metodoloji ile yapılan deney çalışmasında deneyi etkileyen dış
faktörler (kontrol edilemeyen) çok fazla hesaba katılmaz.

13. 3. İSTATİSTİKSEL METODOLOJİ İLE DENEY TASARIMI
 Deney tasarımında klasik yöntemlerin yetersizliği istatistiksel deney tasarım
yöntemleri ile giderilmiştir. İstatistiksel deney tasarımında farklı yöntemler
kullanılmaktadır. Bunlar;
1. Tam faktöriyel
2. Kesirli faktöriyel
3. Taguchi metodu
3.1 Tam Faktöriyel Deney Tasarımı
 En az iki veya daha fazla parametre ve bu parametrelere ait en az iki veya
daha seviyelerin bulunduğu deneylerde, seviyelerin birbirleri ile
çarpımları ile oluşan kombinasyondur.
 Bilimsel olarak deney tasarımı 3 temel prensibe sahiptir. Bunlar; deney
tekrarı, deneyin sırasının rastgele yapılması ve deneyin bloklanmasıdır.

14.  Tam faktöriyel deney tasarımında rastsal tam bloklamalar kullanılır.
Bloklamanın temel amacı bilinmeyen ve kontrol edilemeyen hataların
deneyi etkilemesini önlemesidir.
 Deney esnasında oluşabilecek hatalardan ve sapmalardan sakınmak için iki
yöntem kullanılmaktadır.
 Bunlar deneylerin rastgele yapılması ve geriye dönük detayların
incelenerek gerekli düzetmelerin yapılmasıdır.
 Deney sonrasında varyasyon analizinin yapılabilmesi için deneyin en az
üç kez tekrar edilmesi gerekmektedir. Böylece deney istatistiksel olarak
yorumlanabilir.
 Tam faktöriyel deneylerin analizinde ANOVA (Varyasyon Analizi) ve
regresyon analizi kullanılmaktadır.
 Bu yöntemler ile bir parametrenin deney üzerindeki etkisi hesaplanabilir.
Varyasyon ve regresyon analizi teknikleri işlem sırasınca bir değişiklik
yapmadan farklılıkların kaynağının belirlenmesine yardımcı olur.

15. 3.2 Kesirli Faktöriyel Deney Tasarımı
 Tam faktöriyel deney tasarımında parametrelerin bütün seviyelerinin
kombinasyonları tek- tek denendiğinden deney maliyetini arttırmakta ve
çok zaman almaktadır.
 Maliyetten ve zamandan kazanmak için deney sayısının orantılı olarak
azaltarak kesirli faktöriyel deney tasarımı elde edilir.
 Örneğin 7 parametreli ve 2 şer seviyeli bir deney tam faktöriyel olarak
yapıldığında 2 üzeri 7 = 128 deney yapılması gerekir bunun ½ kesiri yani
64 deney yada ¼ yani 32 yada 1/8 yani 16 deney ile yapılabilir. Deney
sayısını kesirli olarak azaltmak tamamen araştırmacıların elindedir.

16. 3.3 Taguchi Metodu
 Taguchi Yöntemi, parametre tasarımı, sistem tasarımı ve tolerans
tasarımı üzerine kurulmuş bir deney tasarım ve optimizasyon
yöntemidir.
 En yaygın olarak, kalite güvence sistemleri kapsamında toplanan
verilerin, istatistiksel analizinde kullanılmaktadır.
 Taguchi’nin deney tasarım yöntemi, farklı parametrelerin, farklı
seviyeleri arasından optimum kombinasyonu saptamak adına oldukça
yararlı bir yöntemdir.
 Taguchi Metodu literatürde bilim adamları tarafından en çok kullanılan
deney tasarım yöntemlerinden biridir.

17. Sistem tasarımı:
 Sistem tasarımı bu metodun ilk adımıdır. Bu adımda eldeki bütün
materyaller değerlendirilir, aynı zamanda mevcut teknolojik yenilikler
araştırılır ve sistemde kullanabilirliği üzerine fizibilitesi yapılır.
 Bu adımda amaç en az maliyetle en iyi ürün tasarımı ve maksimum
müşteri memnuniyetidir.
Parametre tasarımı:
 Süreç yenilemesi ve iyileştirmesinin en önemli adımı parametre
tasarımıdır.
 Bu adımda üretilecek olan ürünün yada geliştirilecek olan ürünün
özelliklerinin en iyi seviyeye getirilebilmesi için üretimde kullanılan
parametrelerin iyileştirilmesi sağlanır.
 Parametrelere en iyi seviyeler seçilir. Üretim esnasında ürünün
kalitesini olumsuz etkileyecek kontrol edilemeyen etkiler belirlenir.
 Bunlara kontrol edilemeyen parametre adı verilir bu parametrelerin etkileri
minimize edilir.

18. Tolerans tasarımı:
 Tolerans tasarımında parametre belirleme çalışmaları sonucu istenilen
hedefe ulaşılamadığı durumda yapılan ilave çalışmalardan ibarettir.
 Bu aşamada gözlenen değerlerden faydalanılarak ürünün hedef değerden
sapma göstermesinin getirdiği kayıplar bulunur ve bu sapmalar azaltılır.
3.4 Taguchi Deneysel Tasarımının Prosedürleri
 Taguchi metodu ile deney tasarımında uygulanması gereken bazı temel
prosedürler belirlenmiştir.
 Deneyin tam olarak Taguchi metoduna göre gerçekleştirilmesi için bu
prosedürlerin uygulanması gerekmektedir.

19. Prosedürler;
1. Problemin tanımlanması.
2. Ölçüm sisteminin belirlenmesi
3. Deney parametrelerinin ve parametrelere ait seviyelerin belirlenmesi
4. Parametrelerin kontrol edilebilen ve kontrol edilemeyen olarak ayrılması
5. Parametreler arasında etkileşimin olup olmadığının kontrol edilmesi
6. Deneye uygun ortagonal dizinin seçilmesi
7. Tüm parametrelerin ortagonal sütuna atanması
8. Kalite kayıp fonksiyonları ve performans istatistiklerinin seçilmesi
9. Deneylerin belirli tekrarda yapılması ve sonuçların kaydedilmesi
10. Vayrans analizinin yapılması ve etkin parametrenin belirlenmesi
11. İstenilen sonuca göre en iyi parametre seviye kombinasyonun
belirlenmesi
12. Gerçekleme deneyinin yapılması ve deneyin sonuçlandırılması

20. Taguchi Uygulması
Taguchi, çok sayıda deneysel durumu açıklamak için ortogonal
dizileri oluşturmuştur. Ortogonal dizinin en önemli özelliği, birçok
faktörün en az sayıda test edilmesi ve faktör seviyelerini eş zamanlı
olarak değiştirme yapmaya olanak sağlamasıdır. Ortogonal diziler
problemin özelliğine göre, 2 veya 3 kademeli olarak belirlenmektedir.
Ortogonal dizilere tasarım matrisi de denilmektedir.
Genel olarak kullanılan diziler 2 seviyeliler için L4, L8 L16,
3 seviyeliler için L9 ve L27 dizileri olmaktadır. Dizilerin seçim düzey
sayısı ve toplam serbestlik derecesine göre yapılmaktadır.

21. Ortogonal dizi, ürün ortalaması ve varyansında etkili olan birçok
faktörle aynı anda ve daha kısa sürede çalışmayı sağlamaktadır. L9 tasarım
matrisi örnek olarak aşağıdaki Çizelgede verilmiştir.
Deney No A B C D
1 1 1 1 1
2 1 2 2 2
3 1 3 3 3
4 2 1 2 3
5 2 2 3 1
6 2 3 1 2
7 3 1 3 2
8 3 2 1 3
9 3 3 2 1

22. Ortogonal Dizinler tam faktöriyel tasarım gereği (2ⁿ veya 3ⁿ) çok
sayıda yapılması gereken denemeleri büyük oranda azaltmaktadır.
Çizelge için, tam faktöriyel tasarıma göre 3’üzeri 4 =81 adet deneme
yapılması gerekirken, ortogonal dizinler sayesinde deneme sayısı 9’a
düşmektedir.
4. Sonuç;
 Etkin ve güçlü tasarımın amacı sonuç yığından beklenen ortalamayı
iyileştirmek ve hatalardan kaynaklanan belirsizlikleri minimize etmektir.
 Taguchi deney tasarımı ile yapılan deneysel çalışmalar ile geleneksel
yöntem ile yapılan çalışmalar karşılaştırıldığında deney sonucu
performansında önemli bir gelişme olduğu gözlemlenebilir.
 Taguchi yöntemi sadece araştırmacılar için değil aynı zamanda
endüstri için de hem zamandan hem de maliyetten kazanımlar
sağlayabilecek bir yöntemdir