طراحی به روش تاگوچی

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. در چنین شرایطی رقابت برای تولید محصول های با کیفیت بالا و تداوم بهبود کیفیت را آغاز کرد. کار ابداع یک روش جدید برای برخورد با مسئله رقابت، بهبود کیفیت محصول ها و بهینه سازی آزمایش ها به گنیچی تاگوچی (Genichi Taguchi) واگذار شد. تاگوچی به کمک تحقیقاتش در اواخر دهه 1940 بر گستره علم کیفیت افزود و به طور خاص مفهوم تابع زیان (Loss Function) را بیان نمود. او با ترکیب سه تابع زیان، هزینه و تنوع (Variation)، یک معیار سنجش برای کنترل کیفیت به دست آورد. 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. تمرکز این روش بیشتر بر حذف عواملی است که کیفیت محصول را پایین می آورد. 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. مسیر این طرح نسبت به سایر روش های متداول و رایج در مهندسی کیفیت متفاوت است. 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.
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| نام آرایه­ ی به کار رفته در طرح تاگوچی | تعداد آزمایش­ های طرح تاگوچی | تعداد آزمایش­ های طرح فاکتوریل | تعداد فاکتورها | تعداد سطوح |
| L4 | 4 | 8=23 | 3 | 2 |
| L8 | 8 | 128=27 | 7 | 2 |
| L12 | 12 | 2048=211 | 11 | 2 |
| L16 | 16 | 32768=215 | 15 | 2 |
| L9 | 9 | 81=34 | 4 | 3 |
| L16 | 16 | 1025=45 | 5 | 4 |
| L18 | 18 | 4374=37 | 1 | 2 |
| L18 | 18 | 4374=37 | 7 | 3 |
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. 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.