Contributions to the use of designed experiments in continuous processes: a study of blast furnace experimentsReport as inadecuate




Contributions to the use of designed experiments in continuous processes: a study of blast furnace experiments - Download this document for free, or read online. Document in PDF available to download.

Luleå University of Technology, Department of Business Administration, Technology and Social Sciences, Business Administration and Industrial Engineering. 2007 (English)Licentiate thesis, comprehensive summary (Other academic)

Abstract [en] : Design of Experiments (DoE) contains techniques, such as factorial designs, that help experimenters maximize the information output from conducted experiments and minimize the amount of experimental work required to reach statistically significant results. The use of DoE in industrial processes is frequently and thoroughly described in literature. However, continuous processes in industry, frequently found in, for example, the mining and steel industries, highlight special issues that are typically not addressed in the DoE literature. The purpose of this research is to contribute to an increased knowledge of the use of DoE in continuous processes and aims to investigate if factorial designs and other existing techniques in the DoE field are effective tools also in continuous processes. Two studies have been performed. The focus of the first study, a case study of an industrial blast furnace operation, is to explore the potential of using factorial designs in a continuous process and to develop an effective analysis procedure for the experiments in a continuous process. The first study includes, for example, interviews, experiments, and large elements of action research. The focus of the second study is to explore how a-priori process knowledge can be used to increase the analysis sensitivity for unreplicated experiments. The second study includes a metastudy of experiments in literature as well as an experiment. The results show that it is possible to use factorial designs in a continuous process even though it is not straightforward and special considerations by the experimenter will be required. For example, the dynamic nature of continuous processes affects the minimum time required for each run in an experiment since a transient time period is needed between each run to allow the experimental treatments to reach full effect in the process. Therefore, the use of split-plot designs is recommended since it can be hard to completely randomize the experimental run order. It is also found that process control, during the conduction of the experiment, may be unavoidable in continuous processes. Thus, developing a process control strategy during the planning phase is found to be an important experimental success factor. Furthermore, the results indicate that the multitude of cross-correlated response variables typical for continuous processes can be problematic during the planning phase of the experiment. The many and cross-correlated response variables are also reasons to why multivariate statistical techniques, such as principal component analysis, can make an important contribution during the analysis. Moreover, a-priori process knowledge is confirmed to have a positive effect on analysis sensitivity for unreplicated experiments. Since experimental effects in continuous processes can be expected to be small compared to noise, a-priori process knowledge can also make a valuable contribution during analysis of experiments in continuous processes. Furthermore, activities like coordination of people, information and communication as well as logistics planning are found as important parts of the experimental effort in continuous processes.

Abstract [sv] : Försöksplanering innehåller metoder och verktyg, exempelvis faktorförsök, som hjälper den som utför experiment att maximera informationsutbytet från experimenten och samtidigt minimera mängden resurser som krävs för att nå statistiskt säkerställda resultat. Användandet av försöksplanering i industriella processer beskrivs ofta och utförligt i litteraturen, men kontinuerliga tillverkningsprocesser, som ofta hittas i exempelvis gruv- och stålindustrin, medför en problematik som normalt inte beskrivs i försöksplaneringslitteratur. Syftet med forskningen i denna avhandling är att bidra till en ökad kunskap om användandet av försöksplanering i kontinuerliga processer genom att undersöka om faktorförsök och andra verktyg inom försöksplaneringsområdet är effektiva också i kontinuerliga processer. För att uppnå syftet genomfördes två studier. Den första studien är en fallstudie vid en industriell masugnsanläggning. Här utreds, genom intervjuer, experiment och aktionsforskning, potentialen i att använda faktorförsök i en kontinuerlig process och en analysmetodik för experiment i kontinuerliga processer utvecklas. Den andra studien undersöker, genom en metastudie av experiment från litteratur samt ett experiment, hur a-priori processkunskap kan användas för att öka känsligheten i analys av icke upprepade experiment. Resultaten visar att det är möjligt att använda faktorförsök i en kontinuerlig process men att det kräver speciella överväganden av försöksplaneraren. Exempelvis påverkar den dynamiska karaktären hos kontinuerliga processer den minsta möjliga tid som krävs för varje delförsök eftersom en omställningstid, mellan varje delförsök, behövs för att de förändringar som görs ska nå full effekt i processen. Det kan därför vara svårt att använda en fullständigt randomiserad försöksording. Istället rekommenderas användningen av så kallade split-plot-försök där begränsningar i randomiseringsordningen görs. Vidare är processtyrning ofta oundvikligt samtidigt som experimenten pågår, vilket gör det viktigt att i förväg formulera en styrstrategi för att minimera styrningens påverkan på försöksresultaten. Resultaten visar också att den stora mängden korskorrelerade resultatvariabler, som är vanliga i kontinuerliga processer, kan skapa problem under planeringen av experimenten. De många och korskorrelerade resultatvariablerna är också en orsak till att multivariata statistiska verktyg, som t.ex. principalkomponentanalys, kan vara värdefulla hjälpmedel under analysen. Vidare visar resultaten att nyttjandet av a-priori processkunskap under analysen har en positiv effekt på analysresultaten för icke upprepade försök. Eftersom effekter av förändringar i kontinuerliga processer ofta förväntas vara små jämfört med brus kan a-priori processkunskap ge ett värdefullt bidrag vid analys av experiment i kontinuerliga processer. Resultaten visar också på vikten av exempelvis koordination av personal, information, kommunikation och logistikplanering för att lyckas bra med ett experiment i en kontinuerlig process.

Place, publisher, year, edition, pages: Luleå: Luleå tekniska universitet, 2007. , 61 p.

Series : Licentiate thesis / Luleå University of Technology, ISSN 1402-1757 ; 2007:66

Research subject: Quality Technology and Management

Identifiers: URN: urn:nbn:se:ltu:diva-26224Local ID: d37cae60-98f7-11dc-8ccb-000ea68e967bOAI: oai:DiVA.org:ltu-26224DiVA: diva2:999384

Note: Godkänd; 2007; Bibliografisk uppgift: ISRN: LTU-LIC--07/66--SE; 20071122 (eri_van)Available from: 2016-09-30 Created: 2016-09-30Bibliographically approved



Author: Vanhatalo, Erik

Source: http://ltu.diva-portal.org/







Related documents