Effizienter Einsatz von Statistik

Versuch macht klug...

Mit Design of Experiments schneller ans Ziel

Effektives Onlinelernen in überschaubaren Gruppen

Was hat Hefekuchen mit statistischer Versuchsplanung zu tun? Viel mehr, als es auf den ersten oberflächlichen Blick scheinen mag. Denn für das optimale Backerzeugnis spielen Parameter auf Produktseite – Zutaten wie Mehl, Hefe, Milch und ihr Verhältnis zueinander – ebenso eine Rolle wie der Prozess (Backzeit, Temperatur etc.). Dr.-Ing. Bernd Gimpel verfügt nicht nur über langjährige Expertise im Design of Experiments (DOE) – sondern ist gleichzeitig ein Meister darin, sein Wissen auf plastische und anschauliche Art zu vermitteln.

Vorteile der statistischen Versuchsplanung

Das Hefekuchen-Beispiel dient Bernd Gimpel dazu, den zentralen Nutzen und Zweck von DOE-Projekten zu verdeutlichen. Auf der Suche nach der perfekten Rezeptur könnten Bäcker Hunderte Backvorgänge unternehmen und die Zielgrößen dabei immer wieder variieren. Oder sie nutzen die Möglichkeiten der statistischen Versuchsplanung: „Die grundlegende Intention ist es dabei, möglichst viel abgesicherte Informationen aus möglichst wenigen Versuchen zu erhalten“, erläutert Gimpel, Gründer und Inhaber von quality engineers (Aachen). Statt immer wieder neuer, mühsamer Anläufe in der Backstube führt beim DOE-Konzept ein Simulationsmodell mit einer überschaubaren Zahl an vorher exakt geplanten Versuchen ans Ziel.

Gute Planung und Projektorganisation

„Allerdings sollte man bei Design of Experiments sehr genau wissen, was man tut“, unterstreicht Bernd Gimpel weiter. Um ein erfolgversprechendes Projekt zu bestreiten, kommt es gleichermaßen auf Fachwissen und Erfahrung an. Dazu gehört es zuerst, ein klares Ziel zu definieren, darauf eine professionelle Projektorganisation aufzusetzen, Expertenwissen zu sammeln und zu strukturieren sowie aus der Analyse eine Hypothese zu formulieren – die dann in eine konkrete Versuchsplanung mündet. Übrigens: Mit dem Hefekuchen-Beispiel beschäftigte sich Gimpel tatsächlich in der Praxis. Unter Nutzung der DOE-Systematik hat er Projekte zur Optimierung industrieller Backstraßen geleitet.

Was Bierschaum mit DOE zu tun hat

Heute gibt er seine Expertise unter anderen im Rahmen des VDI-Zertifikatslehrgangs „Versuchsingenieur VDI“ an andere weiter. Als Seminarleiter führt er die Teilnehmenden durch das Modul „Optimierung mit statistischer Versuchsplanung“. Hier verrät er unter anderem, dass wir das DOE-Grundkonzept der perfekten Schaumkrone auf einem Guinness-Bier zu verdanken haben. „Bis heute folgt man einer Grundidee von Sir Ronald Fischer, der auf diese Weise das Produkt der irischen Brauerei optimierte: Baue Versuche so auf, dass die Faktoren orthogonal wirken. Zudem hatte Fischer die geniale Idee, gleichzeitig mehrere Faktoren im Versuchsaufbau zu verändern.“ So seien aus den Resultaten schneller komplexe Schlussfolgerungen möglich – zumal dabei auch die Wechselwirkungen unterschiedlicher Faktoren berücksichtigt werden wollen.

Potenzial für unterschiedlichste Branchen

Das Konzept der statistischen Versuchsplanung bietet enormes Potenzial zur Produkt- und Prozessoptimierung für produzierende Unternehmen verschiedenster Branchen, insbesondere aus dem Maschinen- und Anlagenbau sowie der Fahrzeug- und Zulieferindustrie. Allerdings sollten sich Anwender stets der Grenzen bewusst sein, betont Bernd Gimpel weiter: „Fünf Faktoren gleichzeitig zu betrachten, erscheint mir aus langjähriger praktischer Erfahrung eine sinnvolle Obergrenze zu sein.“ In diesem Fall genügen rund 16 Versuche, um zu validen Resultaten zu gelangen: „Das ist noch sinnvoll handhabbar. Zudem sollte man bei der Versuchsplanung darauf achten, sich nicht zu verzetteln und nicht mit zu vielen Faktoren gleichzeitig zu arbeiten. Stattdessen lieber mehrere kleinere Versuche durchführen, die aufeinander aufbauen.“

Gezielte Wissensvermittlung im Onlineseminar

Derartige wertvolle Tipps runden das grundlegende DOE-Fachwissen ab, das die Teilnehmenden im VDI-Zertifikatslehrgang „Versuchsingenieur VDI“ erhalten. Stets im Fokus dabei: ein hoher Praxisbezug mit konkreten Aufgabenstellungen und Übungen. Eine große Rolle spielen dabei Softwaretools wie Minitab mit seinen umfangreichen DOE-Werkzeugen. „Das softwaregetriebene Thema und die interaktive Zusammenarbeit in überschaubaren Gruppengrößen ist wie geschaffen für die Online-Wissensvermittlung. Statt einer nicht immer gut ablesbaren Beamerprojektion im Seminarraum haben alle die relevanten Inhalte auf dem eigenen Bildschirm präsent und können direkt damit arbeiten“, so Bernd Gimpel.

Didaktisch wertvolle Interaktion

Auch die Interaktion sei online viel einfacher möglich. „Wir können Funktionen der Software gemeinsam in der Gruppe erarbeiten. Wer eine Aufgabe übernimmt, kann den Bildschirmen mit den anderen teilen, sodass sich die Gruppe gegenseitig unterstützen kann bei der Handhabung und Nutzung der Software – das ist didaktisch ein enormer Vorteil.“ Das gelte ebenso für Gruppenaufgaben, die in virtuellen Break-out-Rooms erfahrungsgemäß eine eigene Dynamik entfalten und oft zu kreativen Ergebnissen führen.

Auf nonverbale Botschaften achten

Für die erfolgreiche Wissensvermittlung und die direkte Anwendung der neu gewonnenen Kenntnisse nennt Gimpel allerdings eine entscheidende Voraussetzung: „Der direkte Blickkontakt miteinander ist unerlässlich, die Kamera muss also bei allen aktiviert sein. Denn ohne echte Interaktion und nonverbale Rückmeldung geht es nicht.“ Der Berater und Seminarleiter beschäftigt sich seit Jahren mit dem Thema der Mikromimik. Details, die im weiten Seminarraum oft untergehen, kann er vis-à-vis auf dem Bildschirm im Gesicht der Onlineteilnehmer klar wahrnehmen und darauf sofort reagieren. Aus diesem Grund hat sich Gimpel auch ein professionelles Videokonferenzstudio eingerichtet, das die technischen Möglichkeiten hierzu bietet.

Mikroausdrücke erkennen und verstehen

Sind noch Fragen offen, hat jemand Zweifel oder vertritt eine andere Meinung, ohne dies zu artikulieren? Sogenannte Mikroausdrücke können unterschwellige Emotionen anzeigen. Der US-amerikanische Psychologe Paul Ekman gilt als Pionier auf diesem Gebiet, mit seinen Forschungsergebnissen hat er beispielsweise die TV-Serie „Lie to me“ inspiriert. Gimpel abschließend: „Für die perfekte Onlinekommunikation ist das Wissen um Mikromimik unverzichtbar. Ich kann nur empfehlen, sich mit den Thesen und Erkenntnissen von Paul Ekman zu beschäftigen.“ Anhand von Änderungen der Gesichtsmimik im Millisekunden-Bereich lässt sich erkennen, ob der Gegenüber tatsächlich meint, was er sagt. Beispiel: Ein einseitiges Verziehen der Mundwinkel deutet daraufhin, dass der Gesprächspartner seine Aussage eher abschätzig getroffen hat. Andererseits freut sich Bernd Gimpel immer sehr, wenn er in den Gesichtern seiner Seminarteilnehmer ein blitzschnelles Lächeln in der Feedbackrunde aufleuchten sieht.