Metody Taguchi Przekierowano ze strony: Taguchi methods ang. Taguchi methods

Metody Taguchi
Metoda
Zarządzanie jakością
TwórcaGenichi Taguchi


Metody Taguchimetody statystyczne opracowane przez Genichi Taguchi, stosowane w celu poprawy jakości produkowanych wyrobów, później również w inżynierii[1], biotechnologii[2] [3], oraz w marketingu i reklamie.

Spis treści

Historia

Gen'ichi Taguchi (田口 玄一) ur. 1 stycznia 1924 w Tōkamachi, w prefekturze Niigata, w Japonii, zm. 2 czerwca 2012 [4] – japoński inżynier i statystyk, który wprowadził metody statystyczne do przemysłu w celu poprawy jakości produktów.

Tōkamachi, jego rodzinne miasto, było słynne z zakładów włókienniczych. Taguchi ukończył studia w zakresie włókiennictwa, aby prowadzić rodzinne interesy w tej dziedzinie. Rozpoczął jednak pracę w przemyśle, którą przerwał, gdy w czasie II wojny światowej został w 1942 r. wcielony do wojska.

W 1948 r. podjął pracę w Ministerstwie Zdrowia, gdzie zainteresował się statystyką. Jego badania skupiały się na projektowaniu eksperymentów.

Od 1950 r. pracował w różnych gałęziach przemysłu, gdzie spotkał W.E. Deminga, a także W.A. Shewharta. W latach 60., po obronie doktoratu, wykładał na japońskich uniwersytetach. W 1980 r. został także zaproszony do wygłoszenia serii wykładów dla uczelni oraz biznesu w USA.

Gen'ichi Taguchi wniósł wiele do nauki o jakości. Szczególnymi jego osiągnięciami są:
  • Funkcja strat jakości – metoda, której główna idea polega na takim dopasowaniu procesów produkcyjnych i produktów do tzw. krzywych jakości, aby straty były jak najmniejsze.
  • Filozofia sterowania jakością off-line – takie zaprojektowanie i przygotowanie systemu produkcyjnego, które zapewni niezawodność procesów produkcyjnych (projektowanie systemu, projektowanie parametrów i projektowanie tolerancji).
  • Innowacje w dziedzinie planowania eksperymentów.


Odwrotnie do innych teoretyków jakości – Taguchi mówi raczej o stracie jakości, niż o samej jakości. Metoda ta pozwala projektantom zaprojektować krok po kroku taki wyrób, który zaspokajałby potrzeby klienta i minimalizował koszty firmy. Jest ona o tyle wygodna, że nie wymaga dużej znajomości statystyki czy statystycznej kontroli jakości – jest zaprojektowana dla inżynierów.

Zastosowanie

Metoda Taguchi może być z powodzeniem stosowana zarówno do optymalizacji nowego produktu lub procesu, jak i do doskonalenia już istniejących. Użycie metody we wczesnych fazach projektowania wyrobu umożliwia jej większą efektywność. Sprowadza się ona zasadniczo do rozwiązywania trzech problemów z zakresu problematyki jakości, które zawierają się w następujących pytaniach:
  • jak szacować jakość?
  • jak podnosić jakość przy opłacalnych kosztach?
  • jak kontrolować i utrzymywać koszty na właściwym poziomie?


Dla szacowania jakości przyjmuje się dwa wyznaczniki:

Jako narzędzie podnoszenia jakości przy zachowaniu opłacalności stosowane jest sterowanie jakością, obejmujące:
  • sterowanie przez sprzężenie zwrotne,
  • sterowanie przez sprzężenie wyprzedzające (ang. feedforward),
  • kontrolę.


Chcąc uzyskać odpowiedź na pytanie jak kontrolować i utrzymywać koszty na opłacalnym poziomie, Taguchi przekonywał, że każdy produkt przekazywany do użytkownika generuje określoną stratę. Rozmiar wielkości strat jest odwrotnie proporcjonalny do jakości wyrobu. Wzrost strat konsumenta wskazuje na spadek jakości dostarczonego wyrobu.

Powszechnie straty te rozumiane są jako zanieczyszczenie środowiska naturalnego, związane z tym choroby cywilizacyjne itp. Jednak Taguchi zaliczał do strat również niezadowolenie konsumenta, straty producenta spowodowane niekorzystnym wizerunkiem organizacji, wywołujące w dłuższym okresie utratę rynków zbytu. Pomysł minimalizowania strat jest w praktyce często postrzegany jako abstrakcyjny i trudny do połączenia z bieżącymi celami przedsiębiorstwa. Jednak przyjmując rozumowanie Taguchi-ego, że straty w dłuższym horyzoncie czasu są i tak stratami producenta, powinny być one oceniane i ograniczane.

W praktyce przedsiębiorstwa koncentrują się na szacowaniu jedynie strat związanych z kosztami braków, nakładami na realizację zobowiązań z tytułu gwarancji i rękojmi, kosztami operacji eliminujących braki i niedoróbki itp. Straty te stanowią jednak tylko niewielką część całości.

Opis

Za jedno z najbardziej istotnych wyzwań, stojących przed przedsiębiorstwami chcącymi sprostać wymogom globalnej konkurencji uważa się potrzebę wykorzystywania efektywnych technologii produkcji umożliwiających eliminację odchyleń poziomu jakości produktu oraz odchyleń w procesach wytwarzania i montażu od wartości pożądanych.

Pomocna w podejmowanych przez przedsiębiorstwa działaniach, traktowanych jako odpowiedź na to wyzwanie, jest metoda opracowana przez dr Genichi Taguchi, znana w literaturze przedmiotu jako Metoda Taguchi. Szczególnie efektywnie metoda ta może być wykorzystana na etapie projektowania parametrów cech produktów i procesów ukierunkowanych na uzyskiwanie maksymalnej odporności na działanie różnego rodzaju zakłóceń (czynniki atmosferyczne, dostępność surowców itd.), zarówno w trakcie wytwarzania produktów, jak i ich użytkowania.

Taguchi przedstawił opracowaną przez siebie metodę jako:
  • sposób tworzenia i rozwoju nowych produktów,
  • metodę rozwoju zdolności produkcyjnych,
  • sposób optymalizacji projektowania,
  • sposób optymalizacji niezawodności produktu oparty na wartości wyznaczników jakości,
  • sposób optymalizacji planowania produkcji na podstawie informacji charakteryzujących możliwość wystąpienia zakłóceń oraz napływających z otoczenia, w którym określony wyrób będzie wykorzystywany,
  • sposób uodpornienia projektowania na zakłócenia napływające ze środowisk zewnętrznych użytkowników produktu,
  • metodę budowania bazy danych zawierającej informacje motyczące uzyskanych zadowalających projektów, pozwalającej na tworzenie nowych produktów przy wykorzystaniu wcześniejszych doświadczeń i rozwiązań,
  • sposób na uzyskanie elastycznej produkcji o charakterze masowym, zapewniającej realizację indywidualnych oczekiwań klientów oraz optymalizację projektowania i produkcji.

Funkcja strat jakości

Największy udział w stratach globalnych jakości mają te ujawniające się po dłuższym okresie, związane z niezadowoleniem konsumentów, utratą rynku, wzrostem zapasów, spadkiem wydajności, itp. W celu ich oszacowania stosowana jest funkcja strat jakości. Sposób, w jaki jest określana funkcja strat, zależy od typu charakterystyki jakości.

Na charakterystyki funkcjonalne produktu oddziałują dwa rodzaje czynników:
  • sterowalne, które mogą być w łatwy sposób skontrolowane i utrzymywane,
  • zakłócające, których kontrola jest trudna, a często wręcz niemożliwa.
Działania te w każdym przypadku są bardzo kosztowne.

Czynniki zakłócające

Wyodrębnić można trzy podstawowe typy zakłóceń:
  • zakłócenia zewnętrzne (ang. outer noise), np. wynikające z oddziaływania warunków atmosferycznych i środowiska,
  • zakłócenia wewnętrzne (ang. inner noise), np. proces starzenia się maszyn i tolerancje wskaźników procesu powodujące pogarszanie się jakości,
  • zakłócenia pomiędzy produktami (ang. between products noise), które są spowodowane niedoskonałościami w procesach wytwarzania i powodują odchylenia pomiędzy poszczególnymi egzemplarzami produktu.


Czynniki zakłócające są odpowiedzialne za powstawanie odchyleń charakterystyk funkcjonalnych od wartości pożądanych. Ponieważ kontrola tych czynników jest kosztowna, często wręcz niemożliwa, w metodzie Taguchi nie dąży się do ich identyfikacji, a następnie kontroli, lecz wybiera się takie wartości dla czynników sterowalnych, aby produkt lub proces był najmniej czuły na zmiany czynników zakłócających. Zamiast poszukiwać i eliminować przyczyny, dąży się do oddalania lub redukowania oddziaływania tych przyczyn. Tego typu postępowanie pozwala na stworzenie produktu odpornego na zakłócenia.

Sterowanie jakością off-line

Dotyczy sfery prewencji i jest stosowane bez bieżącego monitorowania procesu. Działania mają na celu zminimalizowanie szansy pojawienia się produktu o niskiej jakości. Doskonalenie produktu odbywa się przez odpowiednie projektowanie samego procesu. Poprawa jakości rozpoczyna się od zaprojektowania wyrobu odpornego na zakłócenia, a więc nie skutki, a przyczyny błędów, a dopiero następnie projektuje się proces. Sterowanie jakością w takim ujęciu nazywane jest sterowaniem off-line w przeciwieństwie do sterowania w trakcie produkcji, gdy przebiega ono w trybie on-line. W związku z tym Taguchi zaproponował strategię dla inżynierii jakości, która znajduje zastosowanie w obu wymienionych wcześniej przypadkach. W tym procesie tym wyróżnia się trzy fazy:
  • Projektowanie systemu;
  • Projektowanie parametrów (również metryk)
  • Projektowanie tolerancji


Projektowanie systemu należy rozumieć jako tworzenie koncepcji na poziomie ogólnych pojęć. Działanie to cechuje kreatywność i innowacyjność.Do czynności związanych z projektowaniem systemu zaliczamy:
  • wybór materiałów i części,
  • wybór próbnych wartości parametrów produktu oraz
  • wybór wyposażenia produkcyjnego, a także
  • próbnych wartości wskaźników procesu.


Projektowanie parametrów jest kluczowym etapem w metodzie Taguchi, w którym można najskuteczniej spełnić warunek podniesienia jakości bez relatywnego wzrostu kosztów. Etap ten jest częścią procesu projektowania objętego sterowaniem jakością off-line i następuje po ustabilizowaniu koncepcji.

Projektowanie parametrów obejmuje testowanie ustalonych uprzednio próbnych nominalnych wartości i na podstawie testowania określenie najlepszych kombinacji poziomów parametrów produktów oraz operatywnych poziomów wskaźników procesu, tak, aby były one najbardziej odporne na zmiany zachodzące w otoczeniu zewnętrznym i na inne czynniki zakłócające. Projektowanie tolerancji stosowane jest w przypadkach, gdy eliminacja odchyleń osiągnięta w trakcie projektowania parametrów jest niezadowalająca. Projektowanie to polega na ustaleniu ścisłych tolerancji dla tych parametrów produktu lub wskaźników procesu, których odchylenia od wartości pożądanych (nominalnych) wywierają duży wpływ na odchylenie końcowe. Te działania wiążą się z nakładami finansowymi na zakup lepszych gatunkowo materiałów, komponentów lub urządzeń.

Celem projektowania parametrów jest poszukiwanie takich nominalnych wartości dla czynników sterowalnych, które spełniają warunki maksymalnej zgodności produktu przy najniższych kosztach i najmniejszej wrażliwości na działanie zakłóceń. Przyjmuje się tu następujący sposób postępowania: w pierwszym rzędzie rozpoznanie czynników sterowalnych i zakłócających oraz rozpatrywanie ich oddzielnie, następnie prowadzenie analizy danych przy zastosowaniu stosunku sygnału (czynnik sterowalny) do zakłócenia jako miary osiągnięcia (zgodności). Stosunek sygnału sterowanie/zakłócenia jest odwrotnie proporcjonalny do funkcji strat, tak więc maksymalizacja tego stosunku oznacza minimalizację strat, a to z kolei oznacza poprawę jakości.

Projektowanie tolerancji

Ostatnią fazą następującą po zaprojektowaniu parametrów i zbadaniu wpływu różnych parametrów na produkcję jest zaplanowanie tolerancji. Należy się teraz skoncentrować na ograniczaniu i kontrolowaniu stopnia rozbieżności kilku krytycznych parametrów.

Metoda Taguchi dzięki swoim licznym zaletom propagowana jest na całym świecie, ale mimo to w praktyce jedynie jeden procent inżynierów przeszkolonych w jej stosowaniu w pełni ją wykorzystuje. Przeważająca większość konstruktorów (amerykańskich i zachodnioeuropejskich) zajmujących się projektowaniem produktów i procesów wytwórczych stosuje jedynie wybrane, zazwyczaj ilościowe, elementy metody.

Planowanie eksperymentu

Planowaniu eksperymentu czy też inaczej teorii eksperymentów został poświęcony odrębny artykuł.

Taguchi swoje teorie dotyczące planowania eksperymentów rozwijał niezależnie. Z osiągnięciami R.A. Fishera w tej dziedzinie zapoznał się jedynie w 1954 roku. Dlatego, ramy teorii eksperymentów u Taguchi-ego są niepowtarzalne i choć miejscami niedoskonałe, to mają ogromną wartość.

  • Tablice zewnętrzne
Teoria Taguchi-ego prowadzi do lepszego zrozumienia zmienności niż daje to wiele z tradycyjnych podejść analizy wariancji(np w teorii Fisher-a). Taguchi utrzymywał, że konwencjonalne metody próbkowania są niewystarczające ponieważ nie ma sposobu na otrzymanie losowej próbki przyszłych warunków. W teorii eksperymentu Fishera i w analizie wariancji, celem eksperymentów jest ograniczenie wpływu czynników zakłócających i umożliwienie porównania średnich wielkości wyjściowych. W analizach Taguchi-ego miara zmienności stała się jeszcze istotniejsza.

Taguchi zaproponował rozszerzenie każdego eksperymentu o tablicę "zewnętrzną" (nazywaną też tablicą ortogonalną). Celem "tablicy zewnętrznej" jest symulowanie losowego środowiska, w którym będzie funkcjonował proces. Podejście to obrazuje przykład losowania uznaniowego. Metoda tablic zewnętrznych jest bardzo popularna i obecnie stosowana przez wielu specjalistów zarządzania jakością.

Późniejsze innowacje metody tablic zewnętrznych doprowadziło do zastosowania "szumu mieszanego." Oznacza to kombinację kilku składowych szumu tworzących dwa poziomy w tablicy zewnętrznej: pierwsza składowa szumu wpływająca na zmniejszenie wartości wyjściowej, a druga składowa szumu wpływająca na zwiększenie wartości wyjściowej. "Szum mieszany" symuluje skrajne zmienności zakłóceń, ale umożliwia mniej eksperymentalne planowanie w stosunku do poprzednich teorii Taguchi-ego.

  • Zarządzanie interakcjami


    • Podejście do interakcji wg Taguchi'ego
Wiele z tablic ortogonalnych proponowanych przez Taguchi-ego są to tablice nasycone nie pozostawiające miejsca dla oceny oddziaływań. Jest to nadal temat kontrowersyjny. Jednak dzieje się tak tylko w "strefie sterowania" lub inaczej w grupie czynników z "tablicy wewnętrznej". Taguchi twierdzi, że łącząc wewnętrzną tablicę czynników sterujących z zewnętrzną tablicą "czynników zakłócających", otrzyma się "pełną informację" o interakcji sterowania i zakłóceń.Taguchi twierdzi, że takie interakcje mają największe znaczenie dla uzyskania projektu odpornego na zmiany współczynnika szumów. Zwolennicy Taguchi-ego twierdzą, że jego koncepcja dostarcza pełniejszej informacji o oddziaływaniu niż typowy ułamkowy plan czynnikowy (plan badawczy określający sposób mierzenia wpływu co najmniej dwóch zmiennych niezależnych na zmienną zależną).Jego zwolennicy twierdzą, że teorie Taguchi-ego dają szybkie wyniki i że interakcje mogą być wyeliminowane przez odpowiedni dobór charakterystyk jakościowych. Bez względu na to, "eksperyment potwierdzający" umożliwia ochronę przed wszelkimi oddziaływaniami szczątkowymi (rezydualnymi).

    • Nieefektywność teorii Taguchi
Interakcje są częścią świata rzeczywistego. W tablicach Taguchi interakcje są złożone i trudne do rozwiązania.Statystycy stosujący metodę powierzchni odpowiedzi (ang. Response Surface Methodology, RSM) opowiadają się za "procedurą sekwencyjną" planowania: w ujęciu RSM po modelu uproszczonym następuje kolejny krok - "kontynuacja projektu", w którym rozstrzygane są tylko interakcje zależne i ocenione jako warte rozwiązania. Może być dodatkowo wykonana kolejna iteracja (uwzględniająca czas i dostępne zasoby) w celu zbadania możliwych wpływów jednoczynnikowych wyższego rzędu dla pozostałych zmiennych, ponieważ prawdopodobieństwo zależności zmiennej jednoczynnikowej wyższego rzędu jest mniejsze dla czynników już wcześniej wyeliminowanych w związku z brakiem zależności liniowej.Tanie modelowanie uproszczone oraz elastyczna kontynuacja modelowania sprawia, że statystycznie podejście sekwencyjne jest opłacalne. Sekwencyjne procedury dla metod powierzchni odpowiedzi sprawiają, że wymagana jest znacznie mniejsza liczy przebiegów eksperymentalnych niż w przypadku zastosowania podejścia Taguchi.

Niewątpliwie metoda Taguchi przyczyniła się do wzrostu powszechnego zainteresowania korzyściami ze stosowania statystycznie planowanych eksperymentów nie tylko w środowiskach badawczych ale i wśród inżynierów i praktyków różnych specjalności. W środowisku statystyków jednak analiza danych metodą Taguchi budziła liczne kontrowersje, czego konsekwencją jest obecny rozwój interesujących alternatywnych metod rozwiązania zagadnienia RPD (ang. Robust Parametr Design) (takich jak np. powierzchnie i modelowanie odpowiedzi).

  • Analiza eksperymentów
Taguchi przedstawił wiele metod analizy wyników eksperymentów. Zaproponował również nowatorskie zastosowania analizy wariancji i analizy minut .

Uwagi

Interesującym tematem jest sprzężenie wyprzedzające (ang. feedforward), ale jako dyskusja do Wikipedii gdzie sprzężenie w przód dotyczy genetyki i biologii, a nie organizacji. Z przemyśleń chodzi o zastosowanie do sterowania modelu matematycznego obiektu, sterowanego np. organizacji czy fabryki. Powodem są wysokie koszty pomiarów, zbyt duże koszty związane z bezwładnością obiektu mogące ponadto grozić destabilizacja obiektu sterowanego.

Zobacz też

Bibliografia

  • Taguchi methods, Wikipedia en
  • Edyta Gwóźdź: Metoda Taguchi, Encyklopedia Zarządzania
  • Sławomir Wawak: Genichi Taguchi, Encyklopedia Zarządzania
  • R. Karaszewski: Total Quality Management, Toruń 1999
  • D. Lock: Podręcznik Zarządzania Jakością, PWN, Warszawa 2002
  • E. Malinowska, W. Niedrzwicki, M. Richert, M. Wiśniewska: Zarządzanie Jakością, Gdańsk 1999
ostatnia modyfikacja 20 sierpnia 2016 r.