Ha habido mucha controversia sobre la metodología de Genichi Taguchi desde que se introdujo por primera vez en los Estados Unidos. Esta polémica ha disminuido considerablemente en los últimos años debido a modificaciones y ampliaciones de su metodología. La principal controversia, sin embargo, sigue siendo sobre los métodos estadísticos de Taguchi, no sobre sus conceptos filosóficos sobre la calidad o el diseño robusto. Además, se acepta generalmente que la filosofía de Taguchi ha promovido, a escala mundial, el diseño de experimentos para la mejora de la calidad en las fases iniciales o en la etapa de diseño de productos y procesos.
La filosofía y los métodos de Taguchi respaldan y son consistentes con el control de calidad japonés. enfoque que afirma que una mayor calidad generalmente resulta en un menor costo. Esto contrasta con la opinión que prevalece ampliamente en los Estados Unidos que afirma que la mejora de la calidad está asociada con un mayor costo. Además, la filosofía y los métodos de Taguchi respaldan el enfoque japonés para impulsar la mejora de la calidad en sentido ascendente. Los métodos de Taguchi ayudan a los ingenieros de diseño a incorporar calidad en productos y procesos. Como observaron George Box, Soren Bisgaard y Conrad Fung: “Hoy en día, el objetivo final de la mejora de la calidad es diseñar la calidad en cada producto y proceso y hacer un seguimiento en cada etapa, desde el diseño hasta la fabricación final y la venta. Un elemento importante es el extenso y uso innovador de experimentos diseñados estadísticamente “.
LA DEFINICIÓN DE CALIDAD DE TAGUCHI
La antigua definición tradicional de calidad establece que la calidad es la conformidad con las especificaciones. Esta definición fue ampliada por Joseph M. Juran (1904-) en 1974 y luego por la Sociedad Estadounidense de Control de Calidad (ASQC) en 1983. Juran observó que “la calidad es idoneidad para el uso”. La ASQC definió la calidad como “la totalidad de características y características de un producto o servicio que influyen en su capacidad para satisfacer necesidades determinadas”.
Taguchi presentó otra definición de calidad. Su definición enfatizó las pérdidas asociadas con un producto. Taguchi afirmó que “la calidad es la pérdida que un producto causa a la sociedad después de ser enviado, además de las pérdidas causadas por sus funciones intrínsecas”. Taguchi afirmó que las pérdidas en su definición “deberían restringirse a dos categorías: (1) pérdida causada por la variabilidad de la función y (2) pérdida causada por efectos secundarios dañinos”. Taguchi dice que un producto o servicio tiene buena calidad si “realiza las funciones previstas sin variabilidad y causa pocas pérdidas por efectos secundarios dañinos, incluido el costo de su uso”.
Debe tenerse en cuenta aquí que “sociedad” incluye tanto al fabricante como al cliente. La pérdida asociada con la variabilidad de la función incluye, por ejemplo, energía y tiempo (solución de problemas) y dinero (costo de reemplazo de las piezas). Las pérdidas asociadas con efectos secundarios dañinos podrían ser cuotas de mercado para el fabricante y / o los efectos físicos, como el medicamento talidomida, para el consumidor.
En consecuencia, una empresa debe proporcionar productos y servicios que minimicen las posibles pérdidas para la sociedad, o “el propósito de la mejora de la calidad … es descubrir formas innovadoras de diseñar productos y procesos que ahorren a la sociedad más de lo que cuestan a largo plazo”. ” El concepto de confiabilidad es apropiado aquí. La siguiente sección mostrará claramente que la función de pérdida de Taguchi produce una definición operativa del término “pérdida para la sociedad” en su definición de calidad.
FUNCIÓN DE PÉRDIDA DE TAGUCHI
Hemos visto que la filosofía de calidad de Taguchi enfatiza fuertemente las pérdidas o los costos. WH Moore afirmó que este es un “enfoque ilustrado” que incorpora “tres premisas importantes: para cada característica de calidad del producto hay un valor objetivo que resulta en la menor pérdida; las desviaciones del valor objetivo siempre resultan en una mayor pérdida para la sociedad; [y] la pérdida debe medirse en unidades monetarias (dólares, pesos, francos, etc.) “.
La Figura I muestra la función de pérdida típica de Taguchi. La figura también contrasta la función de Taguchi con la visión tradicional de que no hay pérdidas si se cumplen las especificaciones.
Figura 1
Función de pérdida de Taguchi
Puede verse que pequeñas desviaciones del valor objetivo dan como resultado pequeñas pérdidas. Sin embargo, estas pérdidas aumentan de forma no lineal a medida que aumentan las desviaciones del valor objetivo. La función que se muestra arriba es una ecuación cuadrática simple que compara el valor medido de una unidad de salida Y con el objetivo T .:
donde L (Y) es la pérdida esperada asociada con el valor específico de Y.
Esencialmente, esta ecuación establece que la pérdida es proporcional al cuadrado de la desviación del valor medido, Y, del valor objetivo, T. Esto implica que cualquier desviación del objetivo (basada en los deseos y necesidades de los clientes) disminuirá el valor del cliente. satisfacción. Esto contrasta con la definición tradicional de calidad que establece que la calidad es conformidad con las especificaciones. Debe reconocerse que la constante k puede determinarse si el valor de L (Y) asociado con alguna Y ambos valores son conocidos. Por supuesto, en muchas circunstancias una función cuadrática es solo una aproximación.
Dado que la función de pérdidas de Taguchi se presenta en términos monetarios, proporciona un lenguaje común para todos los departamentos o componentes de una empresa. Finalmente, la función de pérdida puede usarse para definir medidas de desempeño de una característica de calidad de un producto o servicio. Esta propiedad de la función de pérdida de Taguchi se abordará en la siguiente sección. Pero para anticipar la discusión de esta propiedad, la función cuadrática de Taguchi se puede convertir a:
Esto se puede lograr asumiendo que Y tiene alguna distribución de probabilidad con media, a y varianza o.2 Esta segunda expresión matemática establece que la pérdida promedio o esperada se debe a la variación del proceso oa estar fuera del objetivo (llamado “sesgo”), o ambos .
TAGUCHI, DISEÑO ROBUSTO Y
DISEÑO DE EXPERIMENTOS
Taguchi afirmó que el desarrollo de sus métodos de diseño experimental comenzó en Japón alrededor de 1948. Estos métodos se perfeccionaron durante las siguientes décadas. Fueron introducidos en los Estados Unidos alrededor de 1980. Aunque el enfoque de Taguchi se basó en conceptos tradicionales de diseño de experimentos (DOE), como diseños factoriales y factoriales fraccionales y matrices ortogonales, creó y promovió algunas técnicas nuevas de DOE como la señalización relaciones de ruido, diseños robustos y diseños de parámetros y tolerancia. Algunos expertos en la materia han demostrado que algunas de estas técnicas, especialmente las relaciones señal / ruido, no son óptimas en determinadas condiciones. No obstante, ahora se discutirán las ideas de Taguchi sobre el diseño robusto y el diseño de experimentos.
DOE es un conjunto de técnicas estadísticas para la recopilación de datos eficaz y eficiente para varios propósitos. Dos importantes son la investigación de hipótesis de investigación y la determinación precisa de los efectos relativos de los muchos factores diferentes que influyen en la calidad de un producto o proceso. DOE se puede emplear tanto en la fase de diseño del producto como en la fase de producción.
Un componente crucial de la calidad es la capacidad de un producto para realizar sus tareas en una variedad de condiciones. Además, las condiciones ambientales operativas suelen estar fuera del control de los diseñadores del producto y, por lo tanto, los diseños robustos son esenciales. Los diseños robustos se basan en el uso de técnicas DOE para encontrar configuraciones de parámetros del producto (por ejemplo, configuraciones de temperatura o velocidades de perforación), que permiten que los productos sean resistentes a cambios y variaciones en los entornos de trabajo.
En general, se reconoce que Taguchi merece gran parte del mérito por introducir el estudio estadístico de diseño robusto. Hemos visto cómo la función de pérdida de Taguchi establece la reducción de la variación como un objetivo principal para la mejora de la calidad. Las técnicas DOE de Taguchi emplean el concepto de función de pérdida para investigar tanto los parámetros del producto como los factores ambientales clave. Sus técnicas DOE son parte de su filosofía de lograr un diseño de calidad económica.
Para lograr un diseño económico de calidad del producto, Taguchi propuso tres fases: diseño del sistema, diseño de parámetros y diseño de tolerancia. En la primera fase, el diseño del sistema, los ingenieros de diseño utilizan su experiencia práctica, junto con los principios científicos y de ingeniería, para crear un diseño funcional y viable. Para elaborar, el diseño del sistema utiliza tecnología, procesos, materiales y métodos de ingeniería actuales para definir y construir un nuevo “sistema”. El sistema puede ser un nuevo producto o proceso, o una modificación mejorada de un producto o proceso existente.
La fase de diseño de parámetros determina los ajustes óptimos para los parámetros del producto o del proceso. Estos parámetros se han identificado durante la fase de diseño del sistema. Los métodos DOE se aplican aquí para determinar la configuración óptima de los parámetros. Taguchi construyó un número limitado de diseños experimentales, de los cuales a los ingenieros estadounidenses les resultó fácil seleccionar y aplicar en sus entornos de fabricación.
El objetivo del diseño de parámetros es diseñar un producto o proceso robusto que, como resultado de minimizar la variación del rendimiento, minimiza los costos de fabricación y de vida útil del producto. El diseño robusto significa que el rendimiento del producto o proceso es insensible a factores de ruido como la variación en las condiciones ambientales, el desgaste de la máquina o la variación de producto a producto debido a diferencias de materia prima. Las técnicas de diseño de parámetros DOE de Taguchi se utilizan para determinar qué factores controlables y qué factores de ruido son las variables significativas. El objetivo es establecer los factores controlables en aquellos niveles que darán como resultado que un producto o proceso sea robusto con respecto a los factores de ruido.
En nuestra discusión anterior de la función de pérdida de Taguchi, se discutieron dos ecuaciones. Se observó que la segunda ecuación podría usarse para establecer medidas de desempeño de calidad que permitan optimizar la característica de calidad de un producto dado. Para mejorar la calidad, tanto la respuesta promedio de una calidad como su variación son importantes. La segunda ecuación sugiere que puede ser ventajoso combinar tanto la respuesta promedio como la variación en una sola medida. Y Taguchi hizo esto con sus relaciones señal-ruido (S / N). En consecuencia, el enfoque de Taguchi es seleccionar niveles de parámetros de diseño que maximizarán la relación S / N adecuada.
Estas relaciones S / N se pueden utilizar para acercarse a un valor objetivo determinado (como la resistencia a la tracción o las dimensiones de las baldosas horneadas) o para reducir la variación en las características de calidad del producto. Por ejemplo, una relación S / N corresponde a lo que Taguchi llamó “nominal es mejor”. Esta relación se selecciona cuando un valor objetivo específico, como la resistencia a la tracción, es el objetivo del diseño.
Para el caso “nominal es el mejor”, Taguchi recomendó encontrar un factor de ajuste (alguna configuración de parámetro) que elimine el sesgo discutido en la segunda ecuación. A veces se puede encontrar un factor que controlará la respuesta promedio sin afectar la varianza. Si este es el caso, nuestra segunda ecuación nos dice que la pérdida esperada se convierte en:
En consecuencia, el objetivo ahora es reducir la variación. Por lo tanto, la relación S / N de Taguchi es:
donde S 2 es la desviación estándar de la muestra.
En esta fórmula, minimizando S 2 , – 10 log 10 S 2 , se maximiza. Recuerde que todas las relaciones S / N de Taguchi deben maximizarse.
Finalmente, unos breves comentarios sobre la fase de diseño de tolerancias. Esta fase establece tolerancias, o límites de especificación, para los parámetros del producto o del proceso que han sido identificados como críticos durante la segunda fase, la fase de diseño de parámetros. El objetivo aquí es establecer tolerancias lo suficientemente amplias como para reducir los costos de fabricación y, al mismo tiempo, garantizar que las características del producto o proceso estén dentro de ciertos límites.
EJEMPLOS Y CONCLUSIONES
Como ha dicho Thomas P. Ryan, Taguchi, al menos, ha centrado “nuestra atención en nuevos objetivos para lograr la mejora de la calidad. Es probable que se sigan desarrollando las herramientas estadísticas para lograr estos objetivos”. Los “gurús” de la gestión de la calidad, como W. Edwards Deming (1900-1993) y Kaoru Ishikawa (1915-), han destacado la importancia de la mejora continua de la calidad al concentrarse en los procesos anteriores. Se trata de una ruptura fundamental con la práctica tradicional de depender de la inspección posterior. Taguchi enfatizó la importancia de DOE para mejorar la calidad del diseño de ingeniería de productos y procesos. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, “sus métodos son con frecuencia estadísticamente ineficaces y engorrosos”. No obstante, el diseño de experimentos de Taguchi ha sido ampliamente aplicado y teóricamente refinado y ampliado. Ahora se discutirán dos casos de aplicación y un ejemplo de refinamiento.
KN Anand, en un artículo en Quality Engineering, discutió un problema de soldadura. La soldadura se realizó para reparar grietas y agujeros en la carcasa de hierro fundido de una máquina eléctrica ensamblada. Los clientes querían una soldadura de calidad libre de defectos, sin embargo, el proceso de soldadura resultó en un porcentaje bastante alto de defectos de soldadura. La gerencia y los soldadores identificaron cinco variables y dos interacciones que se consideraron los factores clave para mejorar la calidad. Se realizó un diseño ortogonal Taguchi que resultó en la identificación de dos interacciones altamente significativas y un proceso de soldadura libre de defectos.
La segunda aplicación, presentada por MW Sonius y BW Tew en un artículo de Quality Engineering , involucró la reducción de la tensión de los componentes en la conexión entre un componente compuesto y un accesorio final metálico para una estructura compuesta. Unir, fijar o remachar el accesorio en su lugar tradicionalmente hacían las conexiones. Se identificaron nueve variables significativas que podrían afectar el desempeño de las conexiones de fibra atrapadas y se realizó un diseño experimental de Taguchi. El experimento identificó dos de los nueve factores y sus respectivas configuraciones óptimas. Por lo tanto, los niveles de estrés se redujeron significativamente.
El ejemplo de refinamiento teórico involucra diseños robustos de Taguchi. Hemos visto dónde un diseño de este tipo puede dar como resultado productos y procesos que son insensibles a los factores de ruido. Sin embargo, el uso de la función de pérdida cuadrática de Taguchi puede proporcionar una mala aproximación de la pérdida real y la calidad subóptima del producto o proceso. John F. Kros y Christina M. Mastrangelo establecieron relaciones entre las funciones de pérdida no cuadráticas y las relaciones señal-ruido de Taguchi. La aplicación de estas relaciones en un diseño experimental puede cambiar la selección recomendada de los ajustes respectivos de los parámetros clave y dar como resultado pérdidas más pequeñas.