Fiches pratiques · Amélioration continue, Lean & qualité · Six Sigma et statistiques qualité

Plan d'expériences (DOE)

Méthode

Faire varier plusieurs facteurs de façon organisée pour identifier leur effet avec un minimum d'essais.

Principe

Au lieu de faire varier un facteur à la fois, le plan d'expériences (plan factoriel complet ou fractionnaire, méthode Taguchi) teste des combinaisons choisies. On obtient l'effet de chaque facteur et de leurs interactions, avec un nombre d'essais réduit.

Comprendre pas à pas

1. La situation

Sur une ligne de peinture poudre, l'adhérence varie. Trois paramètres sont suspectés : la température du four, le temps de cuisson et la concentration du bain de prétraitement. Tester un paramètre à la fois prendrait des semaines et ne montrerait pas leurs interactions. Question : comment trouver les bons réglages avec peu d'essais ?

2. Le plan complet à 2 niveaux (2³ = 8 essais)

EssaiTempératureTempsConcentrationAdhérence (note sur 10)
1180 °C10 minbasse5
2200 °C10 minbasse7
3180 °C15 minbasse6
4200 °C15 minbasse8
5180 °C10 minhaute6
6200 °C10 minhaute9
7180 °C15 minhaute7
8200 °C15 minhaute9

3. L'idée

Un plan d'expériences (DOE) fait varier plusieurs facteurs à la fois selon un plan organisé, pour mesurer l'effet de chacun et leurs interactions avec un minimum d'essais. Dans un plan complet à deux niveaux, l'effet d'un facteur est la différence entre la moyenne des essais au niveau haut et celle au niveau bas.

4. Le calcul des effets

Température. Moyenne à 200 °C : (7 + 8 + 9 + 9) / 4 = 8,25 ; à 180 °C : (5 + 6 + 6 + 7) / 4 = 6 ; effet +2,25.

Temps. Moyenne à 15 min : 7,5 ; à 10 min : 6,75 ; effet +0,75.

Concentration. Haute : 7,75 ; basse : 6,5 ; effet +1,25.

Décision. Température d'abord, puis concentration ; le temps compte peu. Réglage retenu : 200 °C, 10 min, concentration haute (gain de cadence). Essai de confirmation : 9 / 10.

5. À vous de jouer : effets des facteurs

Saisissez l'effet calculé de chaque facteur : le plus grand est celui à maîtriser en priorité.

6. Ce qu'il faut retenir

  • Faire varier plusieurs facteurs à la fois selon un plan.
  • Effet = moyenne au niveau haut − moyenne au niveau bas.
  • Peu d'essais, interactions visibles, essai de confirmation.

Mise en œuvre

Acteurs
Méthodes, qualité, production (pour les essais)
Durée
1 à 4 semaines
Livrables
Plan d'essais, effets et interactions, réglage optimal confirmé
  1. Définir la réponseLa grandeur à optimiser, mesurable de façon fiable (pénétration de soudure, épaisseur, temps).
  2. Choisir facteurs et niveaux3 à 6 facteurs susceptibles d'agir, à 2 niveaux suffisamment écartés.
  3. Choisir le planFactoriel complet (2³ = 8 essais pour 3 facteurs) ou fractionnaire pour plus de facteurs.
  4. Réaliser les essaisDans un ordre aléatoire, en maîtrisant les autres paramètres, avec répétitions si possible.
  5. AnalyserCalculez l'effet de chaque facteur et des interactions, identifiez les facteurs significatifs.
  6. ConfirmerRéalisez un essai au réglage optimal pour confirmer avant de standardiser.

Exemple d'application

Soudage MAG : on optimise la pénétration en testant tension, vitesse de fil et vitesse d'avance à 2 niveaux, soit 8 essais. La tension et l'interaction tension × vitesse d'avance sont significatives. Réglage optimal validé, macrographies conformes.

Points de vigilance

  • Facteurs mal choisis ou niveaux trop proches
  • Ne pas randomiser les essais