Taguchi 설계(직교 배열이라고도 함)의 정의

Taguchi 설계는 운영 환경에서 보다 일관되게 작동하는 제품 또는 공정을 선택할 수 있는 설계된 실험입니다. Taguchi 설계는 변동성을 야기하는 모든 요인을 제어할 수 없다는 가정을 바탕으로 합니다. 이와 같이 제어할 수 없는 요인을 잡음 요인이라고 합니다. Taguchi 설계에서는 잡음 요인의 효과를 최소화하는, 제어할 수 있는 요인(제어 요인)을 식별합니다. 실험을 수행하는 동안 잡음 요인을 조작하여 변동을 일으킨 다음, 공정 또는 제품이 잡음 요인으로 인한 변동의 영향을 받지 않으며 강력한 최적의 제어 요인 설정 상태를 결정합니다. 이러한 목적으로 설계된 공정은 더욱 일관되게 결과물을 생산합니다. 같은 목적으로 설계된 제품은 제품이 사용되는 환경에 상관 없이 더욱 일정한 성능을 냅니다.

잘 알려진 Taguchi 설계의 예로는 1950년대 일본의 이나 타일 회사(Ina Tile Company)가 있습니다. 회사에서 제조하는 타일 중에 지정된 크기를 벗어나는 타일이 너무 많았습니다. 품질 관리 팀의 조사 결과, 타일을 굽는 데 사용하는 가마의 내부 온도가 변화하기 때문에 타일의 크기가 일정하지 않게 된다는 것을 발견했습니다. 그렇지만 새 가마를 만드는 데는 너무 많은 비용이 들기 때문에 온도의 변동성을 제거할 수 없었습니다. 즉, 온도가 잡음 요인이었습니다. 품질 관리 팀은 Taguchi 설계 실험을 사용함으로써, 진흙의 석회 성분(제어 요인)을 늘리면 타일이 가마 내부 온도 변화의 영향을 덜 받고 더 강력해져서 일정한 크기의 타일을 제조할 수 있다는 것을 알아냈습니다.

Taguchi 설계에서는 직교 배열을 사용하여 반응 평균과 변동에 대한 요인의 영향을 추정합니다. 직교 배열은 설계가 균형을 이루고 있어 요인 수준의 가중치가 동일합니다. 따라서 각 요인은 다른 모든 요인에 대해 독립적으로 평가될 수 있으므로, 한 요인의 효과가 다른 요인을 추정하는 데 영향을 미치지 않습니다. 이렇게 하면 부분 설계 실험 사용으로 인한 시간과 비용을 절감할 수 있습니다.

직교 배열 설계는 주로 주효과에 초점을 맞춥니다. Minitab의 카탈로그에 제공된 배열 중 일부를 사용하여 선택된 일부 교호작용을 연구할 수도 있습니다.

Taguchi 설계에 신호 요인을 추가하여 동적 반응 실험을 생성할 수도 있습니다. 동적 반응 실험은 신호와 출력 반응 간의 함수 관계를 향상하는 데 사용됩니다.

Taguchi 설계에 대한 세션 창 결과

반응 표와 선형 모형 결과를 계산하고 다음과 같은 측도에 대한 주효과도와 교호작용도를 생성합니다.
  • (로버스트성의 측도를 제공하는) 신호 대 잡음 비 대 제어 요인
  • 평균(정적 설계) 또는 기울기(Taguchi 동적 설계) 대 제어 요인
  • 표준 편차 대 제어 요인
  • 표준 편차의 자연 로그 대 제어 요인

이 결과와 그림을 사용하면 중요한 요인과 교호작용을 확인할 수 있으며 해당 요인과 교호작용이 반응에 어떤 영향을 미치는지 평가할 수 있습니다. 요인 효과를 완전하게 이해하려면 보통 신호 대 잡음 비, 평균(정적 설계), 기울기(Taguchi 동적 설계) 및 표준 편차를 계산하는 것이 좋습니다. 사용 중인 데이터 유형과 반응을 최적화하기 위한 목적에 적합한 신호 대 잡음 비를 선택해야 합니다.

참고

모형에 곡면성이 있다고 생각되면 반응 표면의 곡면성을 탐지할 수 있는 설계(예: 3-수준 설계)를 선택하십시오.

Taguchi 정적 설계 및 Taguchi 동적 설계의 비교

Minitab에서는 운영 환경에서 보다 일관되게 작동하는 제품 또는 공정을 선택할 수 있는 두 가지 유형의 Taguchi 설계를 제공합니다. 두 가지 설계 모두 제품 또는 서비스에 대한 잡음 요인의 영향을 최소화하는 관리 요인을 식별합니다.

정적 반응
정적 반응 설계에서 주요 품질 특성의 수준은 고정되어 있습니다.
동적 반응

동적 반응 설계에서 품질 특성은 값 범위 전체에서 작동하며 해당 목적은 신호 요인과 출력 반응 간의 관계를 향상하는 것입니다.

예를 들어, 감속량은 브레이크 성능의 측정값입니다. 신호 요인은 브레이크 페달을 밟는 정도입니다. 운전자가 브레이크 페달을 밟을 때 감속량은 증가합니다. 페달을 밟는 정도는 감속에 상당한 영향을 미칩니다. 페달을 밟는 정도에 대한 최적의 설정은 없으므로, 이것을 관리 요인으로 시험하는 것은 의미가 없습니다. 대신, 엔지니어는 브레이크 페달을 밟는 정도의 범위를 통해 가장 효과적이면서 가장 변동이 적은 감속량을 산출하는 브레이크 시스템을 설계하려고 합니다.

Taguchi 설계의 예

다음 표는 L8(27) Taguchi 설계(직교 배열)를 보여줍니다. L8은 8개 런을 의미하고, 27은 2-수준으로 구성된 요인이 7개 있다는 의미입니다. 완전 요인 설계를 사용한 경우 런 수는 27 = 128이 되지만, L8 (27) 배열은 완전 요인 설계의 일부인 8개 런만 사용합니다. 이 배열은 직교 배열이며 요인 수준의 가중치는 전체 설계에서 동일합니다. 표에서 열은 제어 요인을 나타내고 행은 런(요인 수준의 조합)을 나타내며, 각 셀은 해당 런의 요인 수준을 나타냅니다.

  A B C D E F G
1 1 1 1 1 1 1 1
2 1 1 1 2 2 2 2
3 1 2 2 1 1 2 2
4 1 2 2 2 2 1 1
5 2 1 2 1 2 1 2
6 2 1 2 2 1 2 1
7 2 2 1 1 2 2 1
8 2 2 1 2 1 1 2
L8(27) Taguchi 설계

이 예제에서 수준 1과 수준 2는 배열의 각 요인에서 4번씩 나옵니다. 요인 A의 수준과 요인 B의 수준을 비교하면 B1과 B2는 A1과 함께 각각 2번씩 나오고 A2와 함께 각각 2번씩 나옵니다. 요인의 각 쌍이 이와 같은 방식으로 균형을 이루고 있기 때문에 요인을 독립적으로 평가할 수 있습니다.

Minitab에서 기본 Taguchi 설계를 선택하는 방법

L8(3개 또는 4개의 요인), L16(3-8개의 요인), L32(3-16개의 요인) 배열을 기반으로 하는 2-수준 설계의 경우 Minitab에서는 가능하면 완전 요인 설계를 선택합니다. 완전 요인 설계가 불가능한 경우에는 해 IV 설계를 선택합니다.

다른 모든 설계의 경우 Minitab의 기본 설계는 Taguchi and Konishi의 설계 카탈로그를 기반으로 합니다.

Minitab에서는 직접적인 방법으로 다양한 직교 설계에 사용되는 기본 열을 결정합니다. 예를 들어, 요인이 k개인 Taguchi 설계를 생성하는 경우 Minitab에서는 직교 배열의 처음 k개의 열을 사용합니다.

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