実験計画法

全数試験の問題点とは?実験計画法が必要な理由|実験計画法の基礎概念②

📌 この記事の位置づけ

「実験計画法の基礎概念シリーズ」第2回。前回は実験計画法の考え方を学びました。今回は「なぜ全パターン試すのが無理なのか」を体感していただきます。

「全部試せば確実じゃん。何が問題なの?」

「実験計画法なんて面倒なこと、しなくてもいいのでは?」

その気持ち、よくわかります。

でも、これから紹介する「組み合わせ爆発」を見れば、全部試すことが現実的に不可能だと納得できるはずです。

全数試験とは?【すべてのパターンを試す方法】

全数試験とは、考えられるすべての組み合わせを実際に試す方法です。

たとえば、カレーの最適レシピを探すとき。

  • 肉の種類:牛肉 or 鶏肉(2通り)
  • スパイスの量:少なめ or 多め(2通り)
  • 煮込み時間:30分 or 60分(2通り)

この3つの条件(因子)を全パターン試すと…

2 × 2 × 2 = 8通り

まだ余裕ですね。

8回なら、週末2日で終わりそうです。ここまでは問題ありません。

組み合わせ爆発の恐怖【因子が増えると地獄】

問題は、条件(因子)を増やしたときに起こります。

現実の製造現場や研究では、調べたい条件は3つどころではありません。「温度」「圧力」「時間」「濃度」「添加量」「回転数」…と、どんどん増えていきます。

では、因子の数が増えると実験回数はどうなるでしょうか?

📊 因子の数と実験回数の関係

因子の数計算式実験回数現実性
3個8回😊 余裕
5個2⁵32回😅 キツい
7個2⁷128回😱 無理
10個2¹⁰1,024回💀 不可能
15個2¹⁵32,768回🔥 論外

因子が1つ増えるごとに、実験回数は2倍になります。

これが「組み合わせ爆発」と呼ばれる現象です。

💰 お金と時間で考えてみる

もっと具体的にイメージしてみましょう。

たとえば、1回の実験に3時間かかり、材料費が5,000円だとします。

因子数実験回数所要時間材料費
3個8回24時間(3日)4万円
7個128回384時間(48日)64万円
10個1,024回3,072時間(384日)512万円

7因子で約2ヶ月、64万円。10因子なら1年以上、500万円超。上司に報告したら怒られますよね。

だから「実験計画法」が必要になる

ここで登場するのが、実験計画法です。

実験計画法を使えば、全部試さなくても賢く選んだ一部のパターンだけで、ほぼ同等の情報が得られるのです。

✨ 実験計画法を使うと…

7因子の全数試験128回
直交表(L8)を使用8回

→ 実験回数を94%削減できる!

「どうやって8回で同じ情報が得られるの?」という疑問は、シリーズを読み進めるうちに解決します。まずは「全部試すのは無理」という事実を覚えておいてください。

まとめ

📌 この記事のポイント

  • 全数試験=すべてのパターンを試す方法
  • 因子が増えると実験回数は2倍、4倍、8倍…と爆発する
  • 7因子で128回、10因子で1,024回 → 時間もお金も足りない
  • だから「賢く選ぶ」実験計画法が必要になる

次の記事では、実験計画法の基本用語「因子と水準」について詳しく解説します。これがわかると、実験の設計がグッとイメージしやすくなりますよ。

📚 次に読む記事

「因子」と「水準」って何?この2つの違いがわかれば、実験計画法の8割は理解したも同然です。ホットケーキ作りを例に、図解で解説します。

因子と水準の違いとは?|基礎概念③ →

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