En piste : selon une analyse statistique, le mouvement rotatif des boules de bowling peut être décomposé en quatre phases

En révisant une règle de jeu contestée à l'aide de Minitab Statistical Software, la fédération américaine de Bowling a découvert que le mouvement rotatif d'une boule de bowling peut être décomposé en quatre phases, l'une d'elles étant jusqu'alors méconnue.

7 novembre 2011

Arlington, Texas, Etats-Unis — Lorsque les chercheurs de la fédération américaine du bowling (U.S. Bowling Congress USBC) a testé la spécification de la masse statique des boules remise en cause dans les règles du jeu, ils ne s'attendaient pas à redéfinir le mouvement rotatif des boules sur la piste.

Un plan d'expériences et une analyse statistique réalisés à l'aide du logiciel de statistiques Minitab ont mis en évidence une phase auparavant inconnue dans le mouvement des boules, générant ainsi pour les chercheurs de nouveaux mystères à éluder et justifiant le maintien de la spécification remise en cause pour que le bowling reste un jeu équitable.

Le projet est détaillé dans des documents disponibles sur le site Internet de Minitab, LLC. et de l'USBC.

Chaque année, près de 70 millions d'Américains s'adonnent au bowling, ce qui en fait le cinquième sport le plus populaire aux Etats-Unis. Plus de 2 millions de personnes pratiquent le bowling dans un championnat certifié par la fédération américaine et prennent leur sport très au sérieux. Nombre d'entre elles dépensent plus de 215 € (300 $) pour acheter des boules de bowling hautes performances.

Les règles du jeu établies par l'USBC visent non seulement à assurer l'équité, mais également à orienter les joueurs dans leur achat de matériel et équipements. L'une de ces spécifications concerne la “masse statique”, critique pour l'équilibre de la boule.

Les études réalisées sur la masse statique ayant indiqué que celle-ci n'a qu'un effet minimal sur le mouvement de la boule, de nombreux adhérents de la Fédération ont demandé une augmentation de la masse statique maximale autorisée ou le retrait pur et simple de cette règle apparemment inutile.

Mais la modification d'une règle de jeu est une décision délicate. Les chercheurs de l'USBC ont ainsi décidé de revoir leurs travaux sur l'incidence éventuelle de la masse statique sur le mouvement de la boule. Ils ont utilisé Minitab pour concevoir un plan d'expérimentation efficace, puis pour analyser les données collectées lors des essais.  

Minitab est mondialement reconnu pour ses logiciels d'amélioration de la qualité et d'enseignement des statistiques. Des milliers d'entreprises utilisent Minitab pour analyser leurs données ou former à l'analyse statistique dans le cadre de programmes d'amélioration de la qualité, et plus de 4 000 universités l'utilisent pour enseigner et pour mener à bien leurs recherches.

Dirigée par Nicki Mours, ingénieur chercheur, l'équipe a travaillé au sein du centre de recherche et de formation de la Fédération américaine du bowling à Arlington, dans l'état américain du Texas, à l'aide d'équipements spécialisés, notamment un robot appelé E.A.R.L. (Enhanced Automated Robotic Launcher) et un système de suivi assisté par ordinateur très sophistiqué, Super CATS.

L'équipe a identifié six facteurs différents à évaluer, concernant le joueur et la masse statique. Tester un facteur à la fois aurait été extrêmement long et coûteux. L'équipe a donc utilisé les fonctionnalités du plan d'expériences (menu DOE) de Minitab. Elles ont permis aux chercheurs de modifier plusieurs facteurs, puis d'utiliser les statistiques pour identifier ceux qui ont des effets significatifs, réduisant ainsi le nombre d'essais nécessaires pour collecter des données.

A l'aide de Minitab, l'équipe a créé un plan d'expériences semi-fractionnaire à six facteurs, avec 32 essais, chacun utilisant différentes combinaisons de paramètres de facteurs. Deux boules de bowling spécialement conçues ont été utilisées pour les essais, l'une avec un noyau symétrique et l'autre avec un noyau asymétrique. Chaque essai a été mené sur la même piste, et un contrôle strict a été mis en place pour maintenir la stabilité de la température ambiante, de la température de la surface de la piste et de l'humidité de la salle.

Lorsque Nicki Mours et son équipe ont analysé les données collectées, la surprise a été de taille.

Une étude précédente avait identifié trois phases distinctes, mathématiquement prévisibles, du mouvement rotatif des boules de bowling, sur lesquelles la masse statique semblait avoir un effet minime. Mais l'analyse de Minitab a indiqué que la masse statique pouvait donner avoir une incidence sur une quatrième phase du mouvement, non identifiée jusqu'alors.

Pour mieux comprendre l'impact de cette découverte, les chercheurs ont élaboré un second plan d'expériences pour déterminer si la quatrième phase se produisait seulement pour l'une des six masses statiques possibles. A l'aide de Minitab encore, ils ont créé un DOE de surface de réponse comprenant 15 essais. Les plans de surface de réponse permettent aux chercheurs de modéliser une courbure dans une réponse, ce qui est très utile pour savoir comment des modifications dans les variables d'entrée influencent une réponse.

Après avoir analysé les résultats du second plan d'expériences, Nicki Mours et son équipe ont conclu que si les limites de la masse statique définies par la Fédération américaine étaient supprimées ou augmentées, une combinaison de paramètres pourrait permettre d'augmenter l'angle d'attaque d'une boule de bowling dans les quilles.

En d'autres termes, il est possible de toucher une seule quille restante grâce à une boule dont les caractéristiques relatives à la masse statique permettent de la rediriger vers les quilles, sans que les compétences des joueurs entrent en jeu.

Cette analyse a permis à la Fédération américaine de conserver ses spécifications pour les limites de la masse statique des boules de bowling. “Notre étude a prouvé que les limites actuelles définies par la Fédération concernant la masse statique des boules sont toujours valables, même à l'heure des boules high-tech”, déclare Neil Stremmel, directeur général du comité exécutif national de la Fédération.

En attendant, Nicki Mours poursuit ses recherches sur la masse statique et sur d'autres facteurs ayant une incidence sur les performances des équipements utilisés. Elle continue également à utiliser Minitab pour analyser ses données.

Retrouvez l'étude de cas Minitab sur En piste : selon une analyse statistique, le mouvement rotatif des boules de bowling peut être décomposé en quatre phases et le rapport de la Fédération américaine de bowling sur ce projet sur http://usbcongress.http.internapcdn.net/usbcongress/bowl/equipandspecs/pdfs/2011StaticWeightsStudy.pdf

A propos de Minitab Inc.

Minitab, LLC. est l'un des principaux éditeurs de logiciels d'analyse statistique et d'amélioration des processus destinés aux qualiticiens, aux acteurs et coordinateurs de démarches de progrès, aux établissements d'enseignement et organismes de formation initiale ou continue.

Minitab Statistical Software est l'outil d'analyse des données préféré des entreprises, quelle que soit leur taille ; il est utilisé dans plus de 80 pays par des milliers de sociétés prestigieuses, telles que Toshiba, DuPont, Boeing, la Royal Bank of Scotland et Nestlé, ainsi que par les principaux consultants Six Sigma. Il est utilisé pour mettre en oeuvre la plupart des initiatives d'amélioration de la qualité Six Sigma et pour enseigner les statistiques dans plus de 4 000 écoles et universités dans le monde.

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