Optimisons nos processus industriels par les plans d’expérience

Les plans d’expérience : une approche structurée de l’expérimentation

Depuis ses origines, l’espèce humaine cherche à élargir ses connaissances grâce à l’expérimentation. Une part non négligeable des découvertes est due au hasard, et on emploie parfois le terme de sérendipité pour parler de ces accidents heureux (« trouver quelque chose que l’on ne cherchait pas »).C’est en effet grâce à la maladresse, la chance ou la distraction que l’anesthésie, la Pénicilline, la saccharine -sans oublier la tarte Tatin et le Sauternes- ont été développés !

Pourquoi utiliser les plans d’expérience ?

Dans le domaine industriel, l’amélioration des processus vise à déterminer les facteurs influents dans la conception d’un nouveau produit ou procédé, optimiser les réglages d’un procédé de fabrication, ou encore à prédire le comportement d’un procédé une fois la modélisation du système obtenue. Elle se fait par différents chemins :

• L’expérimentation par l’erreur, que les plus de vingt ans connaissent sous le nom d’effet Shadok : « en essayant continuellement on finit par réussir, donc plus ça rate, plus on a de chances que ça marche».
• La méthode « OFAT » (One Factor At a Time) : Changer un facteur en maintenant les autres à une valeur fixe, remettre ce facteur à son réglage initial, puis changer un autre facteur, etc…
• Les plans d’expérience : Cette méthode est applicable à de nombreux domaines, dès lors que l’on cherche à expliquer le lien entre une donnée de sortie Y et des variables d’entrée X supposées influentes. On recherche une fonction du type Y = f(X­1, X2,…, Xn). C’est une approche structurée permettant d’étudier les effets de la modification simultanée des facteurs en limitant le nombre d’essais. Elle permet d’obtenir de très nombreux renseignements : Non seulement on détermine quels facteurs X influencent la réponse Y, mais on met également en évidence d’éventuelles interactions (par exemple l’effet combiné de la température, de la pression et du temps sur la qualité d’une soudure).

La méthode la plus souvent présentée est le plan factoriel, car elle est simple à concevoir et facile à interpréter. Il existe également d’autres plans dont les plus connus sont les plans de Tagushi, de surface de réponse, de Plackett et Burman, de mélange.

Comment s’y prendre ?

Cela va paraître évident, mais il faut se poser beaucoup de questions avant de se lancer dans les essais :

• Quel est le but du plan d’expérience ? Souhaite-t-on déterminer quels sont les facteurs influents, connaître les interactions entre facteurs, optimiser une réponse ?
• A-t-on besoin de tester tous les facteurs ? Certains ne sont-ils pas évidents ?

Une fois ces questions posées, il faut consacrer un temps important à la préparation du plan d’expérience : Définir le nombre de niveaux (de préférence 2 pour limiter le nombre d’essais), consacrer 80% du temps à la préparation, 15% à la consolidation, et 5% à sa réalisation. Il faut aussi prévoir que plus d’un plan sera requis pour optimiser le processus (un plan fractionnaire pour déterminer les facteurs réellement influents, un plan complet pour mettre en évidence les interactions et un dernier pour optimiser la réponse Y). Il sera donc indispensable de prévoir un budget, une consignation d’équipement pour un temps planifié, de la matière en quantité suffisante, etc…

Sécurisation et suivi des résultats expérimentaux

Enfin, il faudra prendre le temps nécessaire pour suivre correctement la réalisation des essais et veiller à ce que tout se déroule comme prévu, sans incident. Une panne ou un opérateur qui change un paramètre pour une raison diverse peut avoir une incidence sur vos résultats. Identifier les pièces produites et les conserver pour d’éventuelles inspections à posteriori est aussi une excellente idée !

Pour aller plus loin, visionnez le replay de web-formation sur « les plans d’expérience »

Article écrit par Sylvie Gallo