Métodos Taguchi - Taguchi methods

Os métodos Taguchi ( japonês :タ グ チ メ ソ ッ ド) são métodos estatísticos , às vezes chamados de métodos de design robustos, desenvolvidos por Genichi Taguchi para melhorar a qualidade dos produtos manufaturados e, mais recentemente, também aplicados à engenharia, biotecnologia, marketing e publicidade. Estatísticos profissionais acolheram bem os objetivos e melhorias trazidos pelos métodos de Taguchi, particularmente pelo desenvolvimento de projetos de Taguchi para estudar a variação, mas criticaram a ineficiência de algumas das propostas de Taguchi.

O trabalho de Taguchi inclui três contribuições principais para as estatísticas:

Funções de perda

Funções de perda na teoria estatística

Tradicionalmente, os métodos estatísticos têm se baseado em estimadores sem viés médio dos efeitos do tratamento : sob as condições do teorema de Gauss-Markov , os estimadores de quadrados mínimos têm variância mínima entre todos os estimadores lineares sem vieses. A ênfase nas comparações de médias também extrai (limitando) o conforto da lei dos grandes números , segundo a qual as médias amostrais convergem para a média verdadeira. O livro de Fisher sobre o planejamento de experimentos enfatizou as comparações de meios de tratamento.

No entanto, as funções de perda foram evitadas por Ronald A. Fisher .

Uso de funções de perda por Taguchi

Taguchi conhecia a teoria estatística principalmente dos seguidores de Ronald A. Fisher , que também evitava funções de perda . Reagindo aos métodos de Fisher no planejamento de experimentos , Taguchi interpretou os métodos de Fisher como sendo adaptados para buscar melhorar o resultado médio de um processo . Na verdade, o trabalho de Fisher foi amplamente motivado por programas para comparar os rendimentos agrícolas sob diferentes tratamentos e blocos, e esses experimentos foram feitos como parte de um programa de longo prazo para melhorar as colheitas.

No entanto, Taguchi percebeu que em muito a produção industrial, existe uma necessidade de produzir um resultado no alvo , por exemplo, a máquina de um orifício para um diâmetro específico, ou para a fabricação de uma célula para produzir uma determinada tensão . Ele também percebeu, assim como Walter A. Shewhart e outros antes dele, que a variação excessiva estava na raiz da baixa qualidade de fabricação e que reagir a itens individuais dentro e fora das especificações era contraproducente.

Ele, portanto, argumentou que a engenharia da qualidade deve começar com uma compreensão dos custos da qualidade em várias situações. Em grande parte da engenharia industrial convencional , os custos da qualidade são simplesmente representados pelo número de itens fora das especificações multiplicado pelo custo de retrabalho ou refugo. No entanto, Taguchi insistiu que os fabricantes ampliem seus horizontes para considerar o custo para a sociedade . Embora os custos de curto prazo possam ser simplesmente aqueles de não conformidade, qualquer item fabricado fora do valor nominal resultaria em alguma perda para o cliente ou para a comunidade em geral devido ao desgaste prematuro; dificuldades na interface com outras partes, provavelmente além do nominal; ou a necessidade de construir margens de segurança. Essas perdas são externalidades e geralmente são ignoradas pelos fabricantes, que estão mais interessados ​​em seus custos privados do que em custos sociais . Essas externalidades impedem que os mercados operem com eficiência, de acordo com análises da economia pública . Taguchi argumentou que tais perdas inevitavelmente retornariam à corporação de origem (em um efeito semelhante à tragédia dos comuns ) e que, trabalhando para minimizá-las, os fabricantes aumentariam a reputação da marca, ganhariam mercados e gerariam lucros.

Essas perdas são, obviamente, muito pequenas quando um item é quase insignificante. Donald J. Wheeler caracterizou a região dentro dos limites de especificação como onde negamos que existam perdas . À medida que divergimos do nominal, as perdas crescem até o ponto em que as perdas são grandes demais para serem negadas e o limite de especificação é traçado. Todas essas perdas são, como W. Edwards Deming as descreveria, desconhecidas e incognoscíveis , mas Taguchi queria encontrar uma maneira útil de representá-las estatisticamente. Taguchi especificou três situações:

  1. Quanto maior, melhor (por exemplo, rendimento agrícola);
  2. Quanto menor, melhor (por exemplo, emissões de dióxido de carbono ); e
  3. No alvo, variação mínima (por exemplo, uma peça correspondente em uma montagem).

Os primeiros dois casos são representados por funções de perda monotônica simples . No terceiro caso, Taguchi adotou uma função de perda de erro quadrático por vários motivos:

Recepção das ideias de Taguchi por estatísticos

Embora muitas das preocupações e conclusões de Taguchi sejam bem-vindas por estatísticos e economistas , algumas idéias foram especialmente criticadas. Por exemplo, a recomendação de Taguchi de que os experimentos industriais maximizem alguma relação sinal-ruído (representando a magnitude da média de um processo em comparação com sua variação) foi criticada.

Controle de qualidade off-line

Regra de Taguchi para manufatura

Taguchi percebeu que a melhor oportunidade para eliminar a variação da qualidade do produto final é durante o projeto de um produto e seu processo de fabricação. Consequentemente, ele desenvolveu uma estratégia de engenharia da qualidade que pode ser usada em ambos os contextos. O processo tem três etapas:

  • Projeto de sistema
  • Projeto de parâmetro (medida)
  • Projeto de tolerância

Projeto de sistema

Isso é design no nível conceitual, envolvendo criatividade e inovação .

Projeto de parâmetro

Uma vez que o conceito seja estabelecido, os valores nominais das várias dimensões e parâmetros de projeto precisam ser definidos, a fase de projeto detalhado da engenharia convencional. A percepção radical de Taguchi foi que a escolha exata dos valores exigidos está subespecificada pelos requisitos de desempenho do sistema. Em muitas circunstâncias, isso permite que os parâmetros sejam escolhidos de forma a minimizar os efeitos no desempenho decorrentes da variação na fabricação, do meio ambiente e dos danos cumulativos. Isso às vezes é chamado de robustez .

Projetos de parâmetros robustos consideram variáveis ​​de ruído controláveis ​​e incontroláveis; procuram explorar relações e otimizar configurações que minimizam os efeitos das variáveis ​​de ruído.

Projeto de tolerância

Artigo principal: Princípio de Pareto

Com um projeto de parâmetro concluído com êxito e uma compreensão do efeito que os vários parâmetros têm no desempenho, os recursos podem ser focados na redução e no controle da variação nas poucas dimensões críticas.

Projeto de experimentos

Taguchi desenvolveu suas teorias experimentais de forma independente. Taguchi leu obras seguindo RA Fisher apenas em 1954.

Matrizes externas

Os projetos de Taguchi visavam permitir uma maior compreensão da variação do que muitos dos projetos tradicionais da análise de variância (seguindo Fisher). Taguchi argumentou que a amostragem convencional é inadequada aqui, pois não há como obter uma amostra aleatória das condições futuras. No projeto de experimentos de Fisher e na análise de variância , os experimentos visam reduzir a influência dos fatores incômodos para permitir comparações dos efeitos médios do tratamento. A variação se torna ainda mais central no pensamento de Taguchi.

Taguchi propôs estender cada experiência com uma "matriz externa" (possivelmente uma matriz ortogonal ); a "matriz externa" deve simular o ambiente aleatório no qual o produto funcionaria. Este é um exemplo de amostragem por julgamento . Muitos especialistas em qualidade têm usado "matrizes externas".

Inovações posteriores em matrizes externas resultaram em "ruído composto". Isso envolve a combinação de alguns fatores de ruído para criar dois níveis na matriz externa: primeiro, fatores de ruído que reduzem a saída e, segundo, fatores de ruído que aumentam a saída. O "ruído composto" simula os extremos da variação do ruído, mas usa menos execuções experimentais do que os designs de Taguchi anteriores.

Gestão de interações

Interações, conforme tratadas por Taguchi

Muitas das matrizes ortogonais que Taguchi defendeu são matrizes saturadas , não permitindo espaço para estimativa de interações. Este é um tópico contínuo de controvérsia. No entanto, isso só é verdadeiro para "fatores de controle" ou fatores na "matriz interna". Ao combinar uma matriz interna de fatores de controle com uma matriz externa de "fatores de ruído", a abordagem de Taguchi fornece "informações completas" sobre as interações de controle por ruído, afirma-se. Taguchi argumenta que tais interações têm a maior importância na obtenção de um projeto que seja robusto à variação do fator de ruído. A abordagem de Taguchi fornece informações de interação mais completas do que os experimentos fatoriais fracionários típicos , afirmam seus adeptos.

  • Seguidores de Taguchi argumentam que os projetos oferecem resultados rápidos e que as interações podem ser eliminadas pela escolha adequada das características de qualidade. Não obstante, um "experimento de confirmação" oferece proteção contra quaisquer interações residuais. Se a característica de qualidade representa a transformação de energia do sistema, então a "probabilidade" de interação fator a fator de controle é bastante reduzida, uma vez que "energia" é "aditiva".

Ineficiências dos designs de Taguchi

  • As interações fazem parte do mundo real . Nos arrays de Taguchi, as interações são confusas e difíceis de resolver.

Os estatísticos na metodologia de superfície de resposta (RSM) defendem a "montagem sequencial" de designs : Na abordagem RSM, um design de triagem é seguido por um "design de acompanhamento" que resolve apenas as interações confusas julgadas dignas de resolução. Um segundo desenho de acompanhamento pode ser adicionado (permitindo tempo e recursos) para explorar possíveis efeitos univariados de alta ordem das variáveis ​​restantes, uma vez que efeitos univariados de alta ordem são menos prováveis ​​em variáveis ​​já eliminadas por não terem efeito linear. Com a economia dos projetos de peneiramento e a flexibilidade dos projetos de acompanhamento, os projetos sequenciais apresentam grande eficiência estatística . Os projetos sequenciais da metodologia de superfície de resposta requerem muito menos execuções experimentais do que uma sequência dos projetos de Taguchi.

Avaliação

Genichi Taguchi fez contribuições valiosas para estatística e engenharia . Sua ênfase na perda para a sociedade , técnicas para investigar a variação em experimentos e sua estratégia geral de projeto de sistema, parâmetro e tolerância foram influentes na melhoria da qualidade manufaturada em todo o mundo.

Veja também

Referências

Bibliografia