DOE v praxi - nastavení parametrů smršťování fólie

V tomto článku Vám představím DOE případovou studii z obalového průmyslu. Jedná se o proces smršťování, podobný procesu sáčkování, akorát se navíc využije tepla, aby fólie perfektně přilnula k balenému produktu. Produktem je krabice, která se vloží do rukávce vyrobeného z teplem smrštitelné fólie. Rukávec se uzavře svařovací strunou v komoře speciálního balicího stroje (obrázek níže vlevo). Když se fólie vystaví teplu rozháněném ventilátorem, tak se začne smršťovat. V tomto projektu šlo o netypickou krabici - měla příliš velké rozměry pro standardní levnější fólii a pořízení fólie přesně na míru krabici bylo již mimo rozpočet projektu. Krabice přesto šla zabalit smrštitelnou fólií, akorát fólie přesně nepřiléhala ke krabici a vznikala nevzhledná "ucha". Tato ucha budu v dalším textu nazývat "přesah fólie". Přesah fólie byl měřen v centimetrech a v kolmém směru od stěny krabice. Mým cílem bylo nalézt takovou kombinaci parametrů, aby byl přesah fólie co nejmenší a přitom byl svar pořád pevný a netrhal se.

Zkoumal jsem celkem čtyři nastavitelné parametry balicího stroje. První byl čas svařování v sekundách. Druhý jsem nazval zpoždění fénu v sekundách - jedná se o prodlevu mezi svařováním rukávce a sepnutím ventilátoru (smršťováním fólie). Díky prodlevě může svar vychladnout a nepraskne. Třetí parametr byl čas smršťování v sekundách a čtvrtý parametr teplota komory ve stupních Celsia. Plánování experimentů (DOE) je proces aktivního učení, takže Vám ukáži, jak se dá v osmi rychlých pokusech pochopit, které parametry mají největší vliv na zkracování přesahu fólie, přestože jsem proces smršťování do fólie viděl poprvé. Plán experimentu je zobrazen v tabulce níže:

Úrovně faktorů jsem zvolil podle doporučení výrobce stroje. Po rychlém experimentování se můžeme podívat na výsledky. Na obrázku níže je zobrazen Paretův graf významnosti efektů. Paretův princip je využitelný v mnoha oblastech lidské činnosti a tvrdí, že za 80 % výsledků je odpovědných 20 % faktorů. V případě DOE se často potvrzuje, že pouze malá část ze všech vstupních faktorů ovlivňuje zkoumanou odezvu. Větší část faktorů je neaktivní a přidává se k celkovému šumu experimentu. V tomto případě má největší vliv na přesah fólie čas smršťování - delší čas 10 sekund zaručuje větší smrštění a tedy kratší přesah fólie od krabice. Druhým faktorem majícím vliv na přesah fólie je teplota komory - vyšší teplota nastavená na 115 stupňů Celsia také napomáhá většímu smrštění a tedy kratšímu přesahu fólie od krabice.

Z experimentu získaný matematický model má velice pěkné statistiky přiléhavosti R2, Adjusted R2 i Predicted R2, které jsou vidět v tabulce výše. Tyto statistiky nám ukazují, jaká míra variability kolem střední hodnoty ze všech měření je vysvětlitelná naším modelem. Maximální možná hodnota je 1, takže model dobře popisuje proces smršťování. Ještě užitečnějším výstupem experimentu je vrstevnicový graf na obrázku níže. Ten nám poslouží jako mapa procesu smršťování fólie a ukazuje směr cesty k vytyčenému cíli. Abychom dosáhli co nejmenšího přesahu fólie, tak je potřeba nastavit oba významné faktory teplotu komory a čas smršťování na vyšší úrovně, kde model predikuje výsledný přesah fólie od krabice pouhých 8,7 centimetrů. Pokud by tento výsledek nebyl ještě dostatečný, pak bych navrhoval podívat se dál do experimentálního prostoru (ve směru kolmo na vrstevnice), kde je čas smršťování delší než 10 sekund a teplota komory vyšší než 115 stupňů Celsia.

Pokud Vás článek zaujal a chtěli jste se dozvědět více nebo se zeptat na nějakou konkrétní část, neváhejte mě kontaktovat přes tento formulář na hlavní stránce.

Autor článku: Marek Malý
Datum zveřejnění: 2.5.2024