O que é um experimento de Taguchi (também chamado matriz ortogonal)?

Um experimento Taguchi é um experimento planejado que permite escolher um produto ou processo que funcione mais consistentemente no ambiente operacional. Experimentos Taguchi reconhecem que nem todos os fatores que causam variabilidade podem ser controlados. Esses fatores incontroláveis são chamados fatores de ruído. Os experimentos Taguchi tentam identificar fatores controláveis (fatores de controle) que minimizam o efeito dos fatores de ruído. Durante a experimentação, você manipula fatores de ruído para forçar a ocorrência de variabilidade e determinar configurações ideais de fatores de controle que tornem o processo ou produto robusto ou resistente a variações causadas por fatores de ruído. Um processo planejado com este objetivo irá produzir saída mais consistente. Um produto planejado com este objetivo irá fornecer um desempenho mais consistente independente do ambiente no qual ele é usado.

Um exemplo conhecido de experimento Taguchi é a empresa Ina Tile, no Japão, nos anos 50. A empresa fabricava um número excessivo de azulejos fora das dimensões especificadas. Uma equipe de qualidade descobriu que a temperatura no forno usado para cozer os azulejos variava, causando uma dimensão não uniforme nos azulejos. Eles não podiam eliminar a variação de temperatura porque construir um novo forno seria caro demais. Assim, a temperatura era um fator de ruído. Usando experimentos Taguchi, a equipe descobriu que aumentar o teor de cal da argila, um fator de controle, tornava os azulejos mais resistentes, ou robustos, à variação de temperatura do forno, permitindo a fabricação de azulejos mais uniformes.

Experimentos de Taguchi usam matrizes ortogonais que estimam os efeitos dos fatores na média e variação da resposta. Uma matriz ortogonal significa que o experimento é balanceado de forma que os níveis de fatores são ponderados igualmente. Por esse motivo, cada fator pode ser avaliado independentemente de todos os outros fatores e o efeito de um fator não afeta a estimativa de outro fator. Isso pode reduzir o tempo e o custo associados ao experimento quando se usa experimentos fracionários.

Experimentos de matriz ortogonal se concentram primariamente nos efeitos principais. Algumas das matrizes oferecidas no catálogo do Minitab permitem estudar algumas interações selecionadas.

Também é possível adicionar um fator de sinal ao experimento de Taguchi para criar um experimento de resposta dinâmica. Um experimento de resposta dinâmica é usado para melhorar a relação funcional entre um sinal e uma resposta de saída.

Saída da janela Sessão para um experimento de Taguchi

O Minitab calcula tabelas de resposta, resultados do modelo linear e gera gráficos de efeitos principais e de interação para:
  • relações sinal-ruído (relações S/N, que fornecem uma medida de robustez) x fatores de controle
  • médias (experimento estático) ou inclinações (experimentos de Taguchi dinâmicos) x fatores de controle
  • desvios padrão versus fatores de controle
  • logaritmo natural dos desvios padrão x fatores de controle

Utilize os resultados e gráficos para determinar quais fatores e interações são importantes e avalie como eles afetam as respostas. Para ter um entendimento total de efeitos de fatores, você deve avaliar relações sinal-ruído, médias (experimentos estáticos), inclinações (experimentos de Taguchi dinâmicos) e desvios padrão. Escolha uma relação sinal-ruído adequada para o tipo de dado e o objetivo da otimização da resposta.

Observação

Se suspeitar de curvatura no modelo, selecione um experimento (como experimentos com 3 níveis) que permita detectar curvatura na superfície de resposta.

Comparação entre experimentos de Taguchi estáticos e dinâmicos

O Minitab oferece dois tipos de experimentos de Taguchi que permitem escolher um produto ou processo que funcione mais consistentemente no ambiente operacional. Os dois experimentos de Taguchi tentam identificar fatores controláveis (fatores de controle) que minimizem o efeito dos fatores de ruído sobre o produto ou serviço.

Resposta estática
Em um experimento de resposta estática, a característica de qualidade de interesse possui um nível fixo.
Resposta dinâmica

Em um experimento de resposta dinâmica, a característica de qualidade funciona em uma faixa de valores e a meta é melhorar a relação entre um fator de sinal e uma resposta de saída.

Por exemplo, a quantidade de desaceleração é uma medida de desempenho de freios. O fator de sinal é o grau de depressão no pedal do freio. Conforme o motorista empurra o pedal do freio, a desaceleração aumenta. O grau de depressão do pedal tem um efeito significativo sobre a desaceleração. Como não existe nenhuma definição ótima para a pressão no pedal, não é lógico testá-lo como um fator de controle. Em vez disso, os engenheiros desejam projetar um sistema de freios que produz a quantidade de desaceleração mais eficiente e menos variável por meio da faixa de pressão do pedal do freio.

Exemplo de experimento de Taguchi

A tabela a seguir mostra o experimento de Taguchi L8 (27) Taguchi (matriz ortogonal). L8 significa 8 corridas. 27 significa 7 fatores com 2 níveis cada. Se fosse usado o experimento fatorial completo, haveria 27 = 128 corridas. A matriz L8 (27) requer apenas 8 corridas - uma fração do experimento fatorial completo. Essa matriz é ortogonal; os níveis de fatores têm o mesmo peso em todo o experimento. As colunas da tabela representam os fatores de controle, as linhas da tabela representam as corridas (combinações de níveis de fatores) e cada célula da tabela representa o nível de fator para a corrida.

  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
Experimento Taguchi L8 (27)

Neste exemplo, os níveis 1 e 2 ocorrem 4 vezes em cada fator da matriz. Se você comparar os níveis no fator de A com os níveis no fator B, você verá que B1 e B2 ocorrem, cada um deles, 2 vezes em conjunto com A1 e 2 vezes em conjunto com A2. Cada par de fatores é balanceado nesta abordagem, permitindo avaliar os fatores independentemente.

Como o Minitab escolhe o experimento de Taguchi padrão?

Para experimentos com 2 níveis baseados em L8 (3 ou 4 fatores), L16 (3-8 fatores) e L32 (3-16 fatores), o Minitab escolherá um experimento fatorial completo se possível. Se não for possível um experimento fatorial completo, o Minitab escolherá um experimento de resolução IV.

Para todos os outros experimentos, os experimentos padrão no Minitab são baseados no catálogo de experimentos de Taguchi e Konishi.

O Minitab usa uma abordagem simples para determinar as colunas padrão que são utilizados em qualquer um dos vários experimentos ortogonais. Digamos que você esteja criando um experimento Taguchi com k fatores. O Minitab leva o primeiro k de colunas da matriz ortogonal.

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