著者：Cheryl Pammer（Minitabの専属統計学者）
私が統計学の初心者だった頃、興味深い問題についてとある研究グループと仕事をしていました。湿度水準、カーペットの材質、清掃頻度などの環境要因が、ダニの個体数にどのように影響するかを見るための実験をいかにして設計するかが焦点でした。ダニは、家庭内で発生する埃の中で生息し、アレルゲンの主要な原因となる、目に見えないほど小さな生き物です。
ダニは、特に小児や呼吸器疾患のある人には、アレルギー反応や喘息の主な原因となるため、屋内環境でのダニの含有量を調べることは重要です。この研究は、公衆衛生当局、アレルギー専門医、住宅所有者が、データに基づいてより健康的な生活環境を整備するのに役立ちます。さらに、このような研究の結果は、屋内アレルゲンの低減を目的とした建築基準、HVAC設計基準、清掃に関する推奨事項の策定に貢献しています。
実験計画法（DOE）とは何か、アレルゲン研究にとってなぜ重要なのか
この問題に取り組んでいたとき、私はまだ大学院生で、実験計画法（DOE）の講義すら受けたことがありませんでした。ですから、2k、中心複合計画、スクリーニング実験といったDOEの専門用語は、当時の私にはまったく意味が分かりませんでした。要因設定のすべての組み合わせを複数回使用する以外に、実験を設計するより良い方法があるとは知りませんでした。したがって、私が設計した実験は一応の目的は果たしたものの、必要な情報を集めるうえで最も効率的な方法だったとは言えませんでした。
実際のユースケース：DOEによるダニアレルゲンの測定
実験
実験の目的は、家庭環境におけるダニの含有量に対する湿度水準、カーペットの種類、清掃頻度の影響を明らかにすることでした。実験室は家庭環境を模して設置され、スタッフは各室でほぼ同じ時間、食事をしたりテレビを見たりして定期的に使用しました。現実の環境をまねるのって、思ったより難しいんですよ！
これらのある程度管理された条件下で8週間を過ごし、ダストサンプルを採取し、標準化された実験方法を使用して、ダニアレルゲン含有量を分析しました。その結果として得られたデータは、各要因が単独または組み合わせでアレルゲンレベルにどのように影響するかを理解するための貴重な情報源となりました。
動画で視聴したいですか？ Cheryl がこの実験をMinitabのQuick Designsを使って実演するステップバイステップのビデオチュートリアルをぜひご覧ください。 ビデオはこちらからご覧ください。
Quick Designsを使用してMinitabでDOEを作成する方法
もし、当時、Quick Designsがあったら。Minitab Statistical Softwareの新しいQuick Designsを使用すると、DOE方法論の専門家にならずとも、合理的な実験を迅速に設計できます。この実験を設計する際に、私がどのようにQuick Designを活用したかを見てみましょう。
まず、統計 > DOE > Quick Designsを選択します。最初のステップは、検討したい要因の数を選択するだけです。
できました。これでいいでしょう。私には3つの要素があるので、3要素の設計を選びます。
次に選ぶのは、どのような要因があるかです。特に、その要因がカテゴリ型か、連続型か、混合物の構成要素であるか、ですね。ここでは、カーペットの種類は「カテゴリ型（質的）」です。なぜなら、カーペットの種類はそれぞれが異なるグループに分かれているからです。一方で、湿度と清掃頻度は「連続型（量的）」であり、さまざまな数値を取り得るからです。
上記の選択肢から、[2つまたは3つの連続要因で実験を作成]を選択する必要があるということです。簡単ですね。
次は、適合する必要があるモデルの種類に基づいて選択を行います。変更が難しい要因はないので、応答に曲線的な効果が現れると予想するのか、それとも主効果と交互作用だけで十分かを判断する必要があります。実験を始めたばかりなので、主効果と交互作用のみに焦点を当て、この画面で[主効果と交互作用を推定]を選択します。
最後に、3つの要因の低水準と高水準、および各設定を複数回実行する（反復する）かどうかを決定するだけです。
プロのヒント：これら3つの要因すべてに複数の設定を与えることも可能ですが、各要因を2水準に絞って始めたほうが、実験をより効率的に進めることができます。Minitabは、連続要因に対して中心点をいくつか自動的に追加します。
DOEで適切な要因水準を選択する重要性
正直なところ、このプロセスの最も難しい部分は、統計的な問題ではなく、科学的な問題に関連しています。研究対象の要因について、適切な低水準と高水準を選択する重要性を軽んじるつもりはありません。適切な要因の水準を選択するには、以前の研究または実践的な考慮事項に基づいて、現実的で関連性があり、結果に影響を与える可能性のある範囲を選択することが必要です。例えば、湿度水準は、家庭でよく見られる値（30%～70%など）の範囲内である必要があり、カーペットの種類は、住宅環境で広く使用されている材質である必要があります。清掃頻度の水準は、一般的な家庭の習慣に合っている必要があります。この場合、月に1～4回です。理想的には、実用的な範囲内でありながら、優位な差異を検出できる程度に十分離れていることが望ましいです。
よく設計された実験
設計の選択肢がすべて揃ったので、[OK]をクリックすると、Minitabが適切な実験を設定して実行します。
正直に言いましょう。これは私が行った実験ではありません。Minitab統計ソフトウェアのQuick Designsのようなツールの助けがなかったため、因子レベルを多く設定しすぎてしまい、再現に必要な実行回数を確保できない実験を行ってしまいました。得られた教訓：
結果：Quick Designsがあれば、私の実験はうまくいったかもしれない
Quick Designを使用すると、複数の要因とその交互作用を効率的に調査できます。このようなよく構造化されたDOEにより、湿度、カーペットの種類、清掃頻度がダニの含有量に与える影響を正確に分離して分析でき、信頼性の高い結論につながります。
最終的に、堅牢なDOEは実験の科学的な信頼性を高め、製品やプロセスの改善に向けたデータに基づく的確な提案を後押しします。Minitabの新しいQuick Designなら、しっかり設計された実験でしか得られない貴重な知見もすぐに入手できます。
MinitabのQuick Designsで、誰でも簡単にDOEを始められるようになった理由
特にMinitabのQuick Designsのようなツールによって、プロセスのあらゆるステップが簡素化される場合、実験計画法は複雑である必要はありません。アレルゲンの研究、製品の改善、実際の品質課題の解決など、構造化されたDOEは明確で実用的な結果を提供します。
実験を効率化して、より早く有益な知見を得ましょう。
