موضوع مقاله: طراحی به روش تاگوچی | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # طراحی به روش تاگوچی | مقدمه: مقدمه زمانی که ژاپن پس از جنگ جهانی دوم کار بازسازی خود را آغاز کرد، با مشکلاتی نظیر کمبود مواد خام، تجهیزات با کیفیت و مهندسین ماهر روبرو شد. | ## بخش 1: طراحی به روش تاگوچی | در چنین شرایطی رقابت برای تولید محصول های با کیفیت بالا و تداوم بهبود کیفیت را آغاز کرد. در این روش تاگوچی نشان می دهد که مهندسان چگونه می توانند به کمک طراحی آزمایش ها محصولاتی با کیفیت بالاتر و در عین حال با هزینه ی کمتر تولید کنند. به علاوه، این روش می تواند عملکرد محصول و فرایند را به تغییرات پیش بینی ناپذیر یا کنترل نشدنی غیر حساس کند. اخیراً کشورهای صنعتی غربی نیز برای بهبود محصولات و افزایش کیفیت فرایند در صنایع خود از روش تاگوچی به عنوان روش ساده و مؤثر استفاده می کنند. در حال حاضر بسیاری از صنایع در آمریکا، از این روش برای افزایش بازدهی و توسعه سامانه های صنعتی خود استفاده می کنند. اساس روش تاگوچی بر طراحی کیفیت در هنگام طراحی فرایند یا تولید محصول است؛ در حالیکه سایر روش های متداول براساس بازرسی و کنترل کیفیت در حین انجام فرایند تولید و یا پس از تولید محصول است. تاگوچی کنترل کیفیت را به سه مرحله اصلی تقسیم بندی کرده است: · طراحی سیستم به این معنا که کیفیت باید همان ابتدا و هنگام طراحی محصول طراحی شود. · طراحی پارامتر به این معنا که کیفیت باید به گونه ای طراحی شود که در برابر فاکتورهای اغتشاشی ایمن باشد. · طراحی انحراف (Tolerance) به این معنا که میزان انحراف یک پارامتر محصول از پارامتر طراحی شده بررسی شده و هزینه ی برطرف کردن این انحراف نسبت به کل هزینه ی محصول تعیین گردد. با استفاده از روش تاگوچی می توان تابع های گوناگون پاسخ را برحسب فاکتورهای مشخص شده تخمین زد. نتایج تخمین زده شده ما را در به دست آوردن عواملی که به بهترین نتایج برای آزمایش مدنظر منجر می شود، یاری می کند. با اجرای آزمایش ها در سطوح بهینه ی فاکتورها و مقایسه ی نتایج واقعی با مقدار تخمین زده شده، دقت طراحی انجام شده مشخص می شود. روش تاگوچی در مقایسه با روش های عاملی مزایایی چون کمتر بودن تعداد آزمایش ها و در نتیجه کمتر بودن هزینه و زمان آزمایش، قابلیت بررسی اثر های متقابل و انجام دادن آزمایش ها به صورت موازی و در نهایت پیش بینی پاسخ بهینه را دارد. به طور کلی، این روش تعداد آزمایش های لازم برای بهینه سازی را کاهش می دهد و بر دقت نتایج می افزاید. در این روش ، از مزیت هر دو روش تک عاملی و فاکتوریل استفاده شده است و فاقد عیب های آنها است ؛ به این معنا که از تعداد آزمایش های کمتری استفاده شده و اثر متقابل بین فاکتورها را نیز مطالعه می کند. در جدول زیر تعداد آزمایش های روش فاکتوریل برای هر تعداد فاکتور با روش تاگوچی مقایسه شده است. +مقایسه تعداد آزمایش های طرح فاکتوریل و تاگوچینام آرایه­ ی به کار رفته در طرح تاگوچیتعداد آزمایش­ های طرح تاگوچیتعداد آزمایش­ های طرح فاکتوریلتعداد فاکتورهاتعداد سطوحL448=2332L88128=2772L12122048=211112L161632768=215152L9981=3443L16161025=4554L18184374=371273 همانطور که مشاهده می شود، در تمامی طرح ها، تعداد آزمایش های طرح تاگوچی از طرح فاکتوریل کمتر است. در تعداد فاکتور های بالا (15 فاکتور)، برتری طرح تاگوچی 2000 برابر طرح فاکتوریل است. | ## بخش 2: طراحی به روش تاگوچی | اگر در روش تاگوچی برای مطالعه ی 7 فاکتور با 2 سطح، 8 آزمایش پیشنهاد می شود، به این معنا نیست که نقطه ی بهینه ی سیستم که هدف مطالعه است در یکی از این 8 آزمایش اتفاق می افتد. تعریف­ ها پیش از بیان روش تاگوچی، لازم است برخی اصطلاح هایی که در این روش بسیار متداول اند، تعریف شود. به عبارت دیگر، به عامل هایی که در حین طراحی در نظر گرفته می شوند و با تغییر آنها می توان خواص محصول را تغییر داد و با تنظیم آنها میتوان خواص مطلوب را در محصول مورد بررسی بدست آورد، فاکتورهای کنترلی می گویند. به عنوان نمونه هایی از فاکتورهای کنترلی می توان نوع تجهیزات به کار رفته در اجرای آزمایش ها و یا نوع ماده ی استفاده شده در ساخت محصول و یا شرایط عملیاتی کنترل پذیر مثل دما، فشار و غلظت را نام برد. در روش تاگوچی، هدف تعیین مجموعه ای از عوامل کنترل پذیر است که مقدار تغییر پذیری ناشی از فاکتورهای اغتشاش را کمینه کند. فاکتورهای سیگنال(Signal Factor): عواملی اند که بر عملکرد اصلی فرایند تأثیر گذارند و در آزمایش های دینامیک یا آزمایش هایی که تکرار می شود، به کار می روند. در روش تاگوچی، بهینه سازی به معنای تعیین بهترین سطح برای فاکتورهای کنترلی است؛ یعنی سطحی که نسبت سیگنال به نویز را بیشینه کند. آرایه های متعامد این امکان را فراهم می کنند تا با انجام دادن کمترین تعداد آزمایش، اثرهای اصلی و متقابل بررسی شوند. زمانیکه دو ستون یک آرایه این ترکیبات را در دفعات یکسانی نشان دهد، به ستون ها متعامد یا بالانس شده می گویند. متداول ترین مدل های آرایه ی متعامد L8 (به معنی 8 آزمایش)، L16 (به معنی 16 آزمایش) و L18 (به معنی 18 آزمایش) است. هریک از آرایه های یاد شده الگویی برای انجام دادن آزمایش هاست و اندیس هر آرایه نشان دهنده ی تعداد آزمایش های لازم در این الگوست. برای هر بررسی، بسته به تعداد عوامل و سطوح انتخاب شده برای آن، ممکن است یک یا چند آرایه مناسب باشد و سایر آرایه ها غیرقابل استفاده باشند و یا استفاده از آنها به علت زیاد شدن آزمایش ها، غیر ضروری باشد. یکی از مهمترین مراحل طرح تاگوچی، چگونگی چیدمان فاکتورها در ستون های آرایه ی متعامد است. هر ستون آرایه ی متعامد به فاکتوری خاص با دو یا تعداد بیشتری سطح اشاره دارد و هر سطر آن نشان دهنده ی یک آزمایش است. هدف اصلی طراحی تاگوچی مطالعه ی اثرهای اصلی فاکتورهاست؛ اما گاهی در صورت نیاز می توان برای تخمین اثرهای متقابل دوتایی نیز از این روش استفاده کرد. در این حالت، اثر متقابل نیز مانند فاکتورها در ستونی از آرایه ی متعامد قرار می گیرد. برای مثال، سطر نخست از آرایه ی L4 آزمایشی را توصیف می کند که در آن همه ی عوامل در سطح 1 خود قرار دارند. +آرایه متعامد L4CBAشماره آزمایش1111221221231224 با نگاهی دقیق تر به این آرایه ها می توان دریافت که هر آرایه ظرفیت معینی از نظر تعداد عوامل و سطوح دارد. | ## بخش 3: طراحی به روش تاگوچی | در صورتی که تعداد عوامل یا سطوح آنها از این تعداد بیشتر باشد، باید از آرایه ی دیگری استفاده کرد. مراحل اجرای یک طرح تاگوچی در اجرای یک آزمایش به روش تاگوچی، مراحل مشخصی به ترتیب زیر دنبال می شود: 1. از آنجاکه موفقیت هر آزمایش به درک کاملی از طبیعت مسئله وابسته است، ابتدا باید مسئله فرمول بندی شود. مشخص کردن فاکتورهای کنترلی، فاکتورهای اغتشاش و فاکتورهای سیگنال (اگر وجود داشته باشد). هر چیزی که به نظر می رسد بر نتیجه آزمایش ها اثرگذار باشد، به عنوان فاکتور در نظر گرفته می شود. تدارک و اجرای آزمایش ها پس از چیدن فاکتورها در ستون های آرایه ی متعامد، با تغییر نظام مند فاکتورهای کنترلی، اغتشاش و یا سیگنال. مطابق ترکیب موجود در آرایه، آزمایش ها حداقل یک بار انجام می شود و در صورت امکان برای حداقل کردن خطای ناشی از اغتشاش ها، آزمایش ها دو تا سه بار تکرار می شوند. انجام یک آزمایش جهت تأیید نتایج بهینه تحلیل آماری و به دست آوردن شرایط بهینه به طور کلی، تاگوچی دو روش را برای تحلیل نتایج ارائه داده است: 1. روش استاندارد که همان روشی است که بر مبنای محاسبه اثر فاکتورها و انجام تحلیل واریانس انجام می پذیرد. این تحلیل با استفاده از تغییر نتایج، بهترین و قوی ترین شرایط کاری را تعیین می کند. در روش استاندارد، پس از انجام دادن آزمایش ها، تحلیل نتایج را می توان همانند سایر روش های کلاسیک طراحی آزمایش ها با استفاده از روش تعیین اثرهای اصلی و تشکیل جدول تحلیل واریانس به منظور مشخص کردن معنادار بودن این اثرها و سپس رگرسیون پاسخ برحسب عامل های معنادار انجام داد. اثرهای ناشی از عامل های کنترلی و تداخل آنها در این مرحله محاسبه شده و نتایج برای دست یابی به مجموعه ی بهینه ای از فاکتورهای کنترلی تحلیل می شوند. تحلیل واریانس عموماً نمی‌تواند بهترین سطح را مشخص کند، اما فاکتورهایی که میانگین نتایج آنها با تغییر سطح، تغییر می کند را مشخص می کند. پس از به دست آوردن میانگین پاسخ ها در هر یک از سطوح فاکتور ها از رابطه (1)، مجموع مربعات اختلاف هر پاسخ از میانگین کل از رابطه (2) به دست می آید. (1) (2) در این رابطه، برابر میانگین کل پاسخ ها، مقدار m برابر با تعداد آزمایش ها در هر بار انجام و n تعداد تکرارها است. (4) صورت کسر به کار رفته برای محاسبه درصد مشارکت را با نشان می دهند و آن را مجموع مربعات خالص می نامند. | ## جمع‌بندی | در رابطه ی بالا، درجه ی آزادی مربوط به هر فاکتور است و که واریانس خطا است، از رابطه (5) به دست می آید.