Mètodes Taguchi

Aquest article o secció necessita millorar una traducció deficient. Podeu col·laborar-hi si coneixeu prou la llengua d'origen. Comproveu en la pàgina de discussió si ja s'ha comentat aquest problema. En cas contrari podeu iniciar un fil de discussió per consultar com es pot millorar. Elimineu aquest avís si creieu que està solucionat sense objeccions en la discussió.

Els Mètodes Taguchi (japonès: タグチメソッド) són mètodes estadístics, de vegades anomenats mètodes de disseny robust, desenvolupats per Genichi Taguchi per millorar la qualitat dels productes fabricats i, més recentment, també aplicats a l'enginyeria,^[1] la biotecnologia,^[2][3] el màrqueting i la publicitat.^[4] Els estadístics professionals han acollit amb satisfacció els objectius i les millores aportades pels mètodes Taguchi. particularment pel desenvolupament de dissenys per estudiar la variació per part de Taguchi, però han criticat la ineficiència d'algunes de les propostes de Taguchi.^[5]

L'obra de Taguchi inclou tres contribucions principals a l'estadística:

• Una funció de pèrdua específica
• La filosofia del control de qualitat fora de línia; i
• Innovacions en el disseny d'experiments.

Tradicionalment, els mètodes estadístics s'han basat en estimadors sense esbiaix de mitjana dels efectes del tractament: en les condicions del teorema de Gauss-Markov, els estimadors de mínims quadrats tenen una variància mínima entre tots els estimadors lineals sense esbiaix de mitjana. L'èmfasi en les comparacions de mitjanes també extreu consol (limitant) de la llei dels grans nombres, segons la qual les mitjanes mostrals convergeixen a la mitjana real. El llibre de text de Fisher sobre el disseny d'experiments va emfatitzar les comparacions de mitjanes de tractament.

Tanmateix, Ronald A. Fisher va evitar les funcions de pèrdua.^[6]

Taguchi coneixia la teoria estadística principalment dels seguidors de Ronald A. Fisher, que també evitava les funcions de pèrdua. Reaccionant als mètodes de Fisher en el disseny d'experiments, Taguchi va interpretar els mètodes de Fisher com adaptats per buscar millorar el resultat mitjà d'un procés. De fet, el treball de Fisher havia estat motivat en gran manera per programes per comparar els rendiments agrícoles sota diferents tractaments i blocs, i aquests experiments es van dur a terme com a part d'un programa a llarg termini per millorar les collites.

Tanmateix, Taguchi es va adonar que en gran part de la producció industrial cal produir un resultat preestablert, per exemple, mecanitzar un forat a un diàmetre especificat o fabricar una cel·la per produir un voltatge determinat. També es va adonar, com havia fet Walter A. Shewhart i altres abans que ell, que una variació excessiva era l'arrel de la mala qualitat de fabricació i que reaccionar a elements individuals dins i fora de les especificacions era contraproduent.

Per tant, va argumentar que l'enginyeria de qualitat hauria de començar amb una comprensió dels costos de qualitat en diverses situacions. En gran part de l'enginyeria industrial convencional, els costos de qualitat es representen simplement pel nombre d'elements fora de les especificacions multiplicat pel cost de la reelaboració o el rebuig. Tanmateix, Taguchi va insistir que els fabricants ampliessin els seus horitzons per considerar el cost per a la societat. Tot i que els costos a curt termini poden ser simplement els de la no conformitat, qualsevol element fabricat fora del nominal resultaria en alguna pèrdua per al client o la comunitat en general a causa del desgast prematur; dificultats per interactuar amb altres peces, probablement allunyades del nominal; o la necessitat de construir marges de seguretat. Aquestes pèrdues són externalitats i normalment són ignorades pels fabricants, que estan més interessats en els seus costos privats que en els costos socials. Aquestes externalitats impedeixen que els mercats funcionin de manera eficient, segons les anàlisis de l'economia pública. Taguchi va argumentar que aquestes pèrdues inevitablement tornarien a la corporació d'origen (en un efecte similar a la tragèdia dels béns comuns), i que treballant per minimitzar-les, els fabricants millorarien la reputació de la marca, guanyarien mercats i generarien beneficis.

Aquestes pèrdues són, és clar, molt petites quan un element és gairebé insignificant. Donald J. Wheeler va caracteritzar la regió dins dels límits d'especificació com on neguem que les pèrdues existeixin. A mesura que ens allunyem del nominal, les pèrdues augmenten fins al punt en què les pèrdues són massa grans per negar-les i es defineix el límit d'especificació. Totes aquestes pèrdues són, com les descriuria W. Edwards Deming, desconegudes i incognoscibles, però Taguchi volia trobar una manera útil de representar-les estadísticament. Taguchi va especificar tres situacions:^[7]

1. Com més gran, millor (per exemple, rendiment agrícola);
2. Com més petites, millor (per exemple, les emissions de diòxid de carboni); i
3. En l'objectiu, amb variació mínima (per exemple, una peça d'acoblament en un conjunt).

Els dos primers casos es representen mitjançant funcions de pèrdua monòtones simples. En el tercer cas, Taguchi va adoptar una funció de pèrdua d'error quadràtic per diverses raons:^[8]

• És el primer terme "simètric" de l'expansió en sèrie de Taylor de funcions de pèrdues analítiques reals.
• La pèrdua total es mesura per la variància. Per a variables aleatòries no correlacionades, com que la variància és additiva, la pèrdua total és una mesura additiva del cost.
• La funció de pèrdua d'error quadràtic s'utilitza àmpliament en estadística, seguint l'ús de Gauss de la funció de pèrdua d'error quadràtic per justificar el mètode dels mínims quadrats.

Tot i que moltes de les preocupacions i conclusions de Taguchi són ben rebudes pels estadístics i els economistes, algunes idees han estat especialment criticades. Per exemple, la recomanació de Taguchi que els experiments industrials maximitzin una certa relació senyal-soroll (que representa la magnitud de la mitjana d'un procés en comparació amb la seva variació) ha estat criticada.

Taguchi es va adonar que la millor oportunitat per eliminar la variació de la qualitat del producte final és durant el disseny d'un producte i el seu procés de fabricació. En conseqüència, va desenvolupar una estratègia per a l'enginyeria de qualitat que es pot utilitzar en ambdós contextos. El procés té tres etapes:

• Disseny del sistema
• Disseny de paràmetres (mesures)
• Disseny de tolerància

Això és disseny a nivell conceptual, que implica creativitat i innovació

Un cop establert el concepte, cal establir els valors nominals de les diverses dimensions i paràmetres de disseny, la fase de disseny detallat de l'enginyeria convencional. La visió radical de Taguchi va ser que l'elecció exacta dels valors requerits no està especificada pels requisits de rendiment del sistema. En moltes circumstàncies, això permet que els paràmetres es triïn de manera que es minimitzin els efectes sobre el rendiment derivats de la variació en la fabricació, el medi ambient i els danys acumulatius. Això de vegades s'anomena robustificació.

Els dissenys de paràmetres robustos consideren variables de soroll controlables i incontrolables; busquen explotar les relacions i optimitzar els paràmetres que minimitzen els efectes de les variables de soroll.

Amb un disseny de paràmetres completat amb èxit i una comprensió de l'efecte que els diversos paràmetres tenen sobre el rendiment, els recursos es poden centrar en reduir i controlar la variació en les poques dimensions crítiques.

Els dissenys de Taguchi pretenien permetre una millor comprensió de la variació que molts dels dissenys tradicionals de l'anàlisi de la variància (seguint Fisher). Taguchi sostenia que el mostreig convencional és inadequat en aquest cas, ja que no hi ha manera d'obtenir una mostra aleatòria de condicions futures.^[9] En el disseny d'experiments i l'anàlisi de la variància de Fisher, els experiments tenen com a objectiu reduir la influència dels factors molestos per permetre comparacions dels efectes mitjans del tractament. La variació esdevé encara més central en el pensament de Taguchi.

Taguchi va proposar ampliar cada experiment amb una "matriu externa" (possiblement una matriu ortogonal); la "matriu externa" hauria de simular l'entorn aleatori en què funcionaria el producte. Aquest és un exemple de mostreig amb criteri. Molts especialistes en qualitat han estat utilitzant "matrius externes".

Innovacions posteriors en matrius externes van donar lloc a "soroll compost". Això implica combinar uns quants factors de soroll per crear dos nivells a la matriu externa: primer, factors de soroll que disminueixen la sortida i, segon, factors de soroll que augmenten la sortida. El "soroll compost" simula els extrems de la variació del soroll, però utilitza menys execucions experimentals que els dissenys anteriors de Taguchi.

Moltes de les matrius ortogonals que Taguchi ha defensat són matrius saturades, que no permeten cap possibilitat d'estimació d'interaccions. Aquest és un tema de controvèrsia contínua. Tanmateix, això només és cert per a "factors de control" o factors de la "matriu interna". En combinar una matriu interna de factors de control amb una matriu externa de "factors de soroll", l'enfocament de Taguchi proporciona "informació completa" sobre les interaccions control-soroll, s'afirma. Taguchi argumenta que aquestes interaccions tenen la màxima importància per aconseguir un disseny robust a la variació del factor de soroll. L'enfocament de Taguchi proporciona informació d'interacció més completa que els dissenys factorials fraccionaris típics, afirmen els seus partidaris.

• Els seguidors de Taguchi argumenten que els dissenys ofereixen resultats ràpids i que les interaccions es poden eliminar mitjançant una elecció adequada de les característiques de qualitat. No obstant això, un "experiment de confirmació" ofereix protecció contra qualsevol interacció residual. Si la característica de qualitat representa la transformació energètica del sistema, la "probabilitat" d'interaccions factor de control per factor de control es redueix considerablement, ja que "l'energia" és "additiva".

• Les interaccions formen part del món real. En les matrius de Taguchi, les interaccions són confuses i difícils de resoldre.

Els estadístics en metodologia de superfície de resposta (RSM) defensen el "muntatge seqüencial" de dissenys: en l'enfocament RSM, un disseny de cribratge va seguit d'un "disseny de seguiment" que resol només les interaccions confuses que es consideren dignes de resolució. Es pot afegir un segon disseny de seguiment (si el temps i els recursos ho permeten) per explorar possibles efectes univariants d'ordre superior de les variables restants, ja que els efectes univariants d'ordre superior són menys probables en variables ja eliminades per no tenir cap efecte lineal. Amb l'economia dels dissenys de cribratge i la flexibilitat dels dissenys de seguiment, els dissenys seqüencials tenen una gran eficiència estadística. Els dissenys seqüencials de la metodologia de superfície de resposta requereixen moltes menys execucions experimentals que una seqüència dels dissenys de Taguchi.^[10]

Genichi Taguchi ha fet valuoses contribucions a l'estadística i l'enginyeria. La seva èmfasi en les pèrdues per a la societat, les tècniques per investigar la variació en els experiments i la seva estratègia general de disseny de sistemes, paràmetres i toleràncies han influït en la millora de la qualitat dels productes fabricats a tot el món.