Метод Тагучи – относительно старый метод анализа экспериментальных данных, но он по-прежнему популярен в исследованиях результатов эксперимента. Он используется для оптимизации процесса литья под давлением путем выбора наиболее важных параметров, таких как температура формы, температура расплава, давление и время выдержки. Этот метод позволяет сократить время, затрачиваемое на разработку и внедрение нового изделия, а также отладку технологии его производства, снизить себестоимость и повысить качество процесса литья под давлением. Метод Тагучи также позволяет оптимизировать несколько факторов одновременно и показывает наилучшие результаты при комбинировании с другими статистическими методами обработки экспериментальных данных.
Обычно при производстве любого изделия есть границы, в которых считается, что оно является качественным; за границами этого поля изделие становится либо непригодным к использованию, либо влечет потери для производителя (рис. 1). Тагучи был первым, кто указал на то, что потери качества встречаются и внутри границ допуска - они появляются, сразу после того, как любой реальный показатель продукта перестает совпадать с идеальным значением, прописанным в спецификации (рис. 2). (1)
Обычно при производстве любого изделия есть границы, в которых считается, что оно является качественным; за границами этого поля изделие становится либо непригодным к использованию, либо влечет потери для производителя (рис. 1). Тагучи был первым, кто указал на то, что потери качества встречаются и внутри границ допуска - они появляются, сразу после того, как любой реальный показатель продукта перестает совпадать с идеальным значением, прописанным в спецификации (рис. 2). (1)
Рис. 1 – Традиционный взгляд на качество
Рис. 2 – Взгляд на качество по Тагучи
Особенностью метода является использование сбалансированных ортогональных матриц, в которых взаимодействуют разделённые на уровни управляемые и дестабилизирующие параметры. (2)
В следующих друг за другом итерациях меняются значения нескольких переменных. Соответствующая ортогональная матрица используется для того, чтобы определить, как нужно менять эти переменные, чтобы влияние каждой из них можно было отделить от влияния других переменных на заключительной стадии эксперимента. Это позволяет произвести оценку влияния параметров друг на друга точнее, чем при поочередном изменении параметров в классическом многофакторном эксперименте, когда только один управляемый параметр изменяется во времени, тогда как другие остаются фиксированными.
В основе концепции Тагучи лежит правило разделения факторов, влияющих на характеристики продукции и процесса на две группы. В первую группу входят факторы, ответственные за основной отклик, иначе управляемые факторы, во вторую - приводящие к разбросу или неуправляемые факторы (шум).
Для разделения этих двух групп Тагучи предлагает использовать показатель «отношение сигнал/шум». Основной задачей метода является снижение чувствительности процесса к постоянному изменению неуправляемых факторов, а соответственно уменьшению «разброса» в характеристиках финального продукта.
Использование метода Тагучи включает в себя следующие этапы (3):
1) определение основной функции и ее побочных эффектов,
2) определение факторов шума, условий тестирования и характеристик качества
3) определение целевой функции, которую необходимо оптимизировать,
4) определение управляющих факторов и их уровней,
5) планирование и проведение эксперимента в соответствии с ортогональной матрицей
6) анализ данных, определение оптимальных уровней,
7) проведение проверочного эксперимента
Упрощённая схема приведена на рисунке 3.
В следующих друг за другом итерациях меняются значения нескольких переменных. Соответствующая ортогональная матрица используется для того, чтобы определить, как нужно менять эти переменные, чтобы влияние каждой из них можно было отделить от влияния других переменных на заключительной стадии эксперимента. Это позволяет произвести оценку влияния параметров друг на друга точнее, чем при поочередном изменении параметров в классическом многофакторном эксперименте, когда только один управляемый параметр изменяется во времени, тогда как другие остаются фиксированными.
В основе концепции Тагучи лежит правило разделения факторов, влияющих на характеристики продукции и процесса на две группы. В первую группу входят факторы, ответственные за основной отклик, иначе управляемые факторы, во вторую - приводящие к разбросу или неуправляемые факторы (шум).
Для разделения этих двух групп Тагучи предлагает использовать показатель «отношение сигнал/шум». Основной задачей метода является снижение чувствительности процесса к постоянному изменению неуправляемых факторов, а соответственно уменьшению «разброса» в характеристиках финального продукта.
Использование метода Тагучи включает в себя следующие этапы (3):
1) определение основной функции и ее побочных эффектов,
2) определение факторов шума, условий тестирования и характеристик качества
3) определение целевой функции, которую необходимо оптимизировать,
4) определение управляющих факторов и их уровней,
5) планирование и проведение эксперимента в соответствии с ортогональной матрицей
6) анализ данных, определение оптимальных уровней,
7) проведение проверочного эксперимента
Упрощённая схема приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Алгоритм анализа по методу Тагучи
В качестве примера можно привести оптимизацию параметров литья пластикового лотка, изготовленного из смеси пластмасс 75% полипропилена (PP) и 25% полиэтилена низкой плотности (LDPE). Целевым показателем является снижение усадки. (4)
В качестве влияющих факторов выбраны 6 основных параметров литья. Такой набор можно использовать при анализе производства практически любой продукции. Параметры и их уровни приведены в таблице1.
В качестве влияющих факторов выбраны 6 основных параметров литья. Такой набор можно использовать при анализе производства практически любой продукции. Параметры и их уровни приведены в таблице1.
Таблица 1 – Параметры литья под давлением и их уровни
При построении матрицы экспериментов со всеми возможными комбинациями факторов и их уровней необходимо провести 36=729 испытаний. Метод Тагучи позволяет сократить это количество до 18. Порядок и степень варьирования уровней факторов определяется ортогональной матрицей, таблица 2.
Таблица 2 – Ортогональная матрица экспериментов
Результатом каждого из 18 экспериментов может являться характеристика или набор характеристик конечного изделия, которые можно измерить количественно и которые могут являться положительными или негативными с точки зрения качества (геометрические размеры, масса, усадка, величина коробления и др.).
Для каждого из экспериментов проводится расчёт соотношения «сигнал-шум», где «сигналом» называется желательный эффект, а «шумом» - нежелательный. Целью любого эксперимента всегда является определение максимально возможного отношения «сигнал/шум». Высокое значение сигнала означает, что сигнал намного выше, чем случайные воздействия шумовых факторов. Вычислением среднего значения можно установить как степень влияния каждого параметра на качество продукции, так и оптимальный набор значений этих параметров.
Так, аналтитическим результатом проведения рассматриваемого набора экспериментов с учётом фактических значений усадки, полученных при испытаниях, является таблица 3. В соответствии с ней проводят проверочный тест на ТПА с уровнями значений каждого параметра, для которых наблюдается максимальное значение «сигнал-шум» (выделено красным).
Для каждого из экспериментов проводится расчёт соотношения «сигнал-шум», где «сигналом» называется желательный эффект, а «шумом» - нежелательный. Целью любого эксперимента всегда является определение максимально возможного отношения «сигнал/шум». Высокое значение сигнала означает, что сигнал намного выше, чем случайные воздействия шумовых факторов. Вычислением среднего значения можно установить как степень влияния каждого параметра на качество продукции, так и оптимальный набор значений этих параметров.
Так, аналтитическим результатом проведения рассматриваемого набора экспериментов с учётом фактических значений усадки, полученных при испытаниях, является таблица 3. В соответствии с ней проводят проверочный тест на ТПА с уровнями значений каждого параметра, для которых наблюдается максимальное значение «сигнал-шум» (выделено красным).
Таблица 3 – Средние значения соотношения «сигнал-шум»
Более сложные конфигурации метода позволяют учитывать взаимное влияние факторов, например, температуры расплава и давления впрыска или давление впрыска и давление выдержки, а также вносить в эксперимент нерегулируемые или сложнорегулируемые факторы, такие как условия окружающей среды, нестабильность вязкости расплава и др. Комбинация метода с корреляционным и дисперсионным анализом даёт возможность оценить достоверность расчётов и полноту учёта факторов до проведения проверочного эксперимента в случае его невозможности или высокой стоимости.
Список литературы
1. С.А., Петров. Робастное планирование эксперимента по методу Тагучи. Тула : Известия ТулГУ. Технические науки, 2022 г. Т. Вып. 3.
2. Леон Р., Шумейкер А., Тагути Г.и др. Управление качеством. Робастное проектирование. Метод Тагути. б.м. : «СЕЙФИ», 2022 г.
3. Nur Fatihah Kamarudin, Suhaila Mohamad Yusuf, Azlan Mohd Zain. Taguchi Method Used in Optimization of Plastic Injection Molding. б.м. : Joint Conference on Green Engineering Technology & Applied Computing, 2019 г.
4. S. Kamaruddin, Zahid A. Khan and S. H. Foong. Application of Taguchi method in the optimization of injection moulding parameters for manufacturing products from plastic blend. б.м. : IACSIT International Journal of Engineering and Technology, 2010 г. Т. Vol.2, No.6.
Список литературы
1. С.А., Петров. Робастное планирование эксперимента по методу Тагучи. Тула : Известия ТулГУ. Технические науки, 2022 г. Т. Вып. 3.
2. Леон Р., Шумейкер А., Тагути Г.и др. Управление качеством. Робастное проектирование. Метод Тагути. б.м. : «СЕЙФИ», 2022 г.
3. Nur Fatihah Kamarudin, Suhaila Mohamad Yusuf, Azlan Mohd Zain. Taguchi Method Used in Optimization of Plastic Injection Molding. б.м. : Joint Conference on Green Engineering Technology & Applied Computing, 2019 г.
4. S. Kamaruddin, Zahid A. Khan and S. H. Foong. Application of Taguchi method in the optimization of injection moulding parameters for manufacturing products from plastic blend. б.м. : IACSIT International Journal of Engineering and Technology, 2010 г. Т. Vol.2, No.6.
