کنترل کیفی در فرآیندهای تولید و ارائه خدمات از مسائلی است که در رضایت مشتری و کاهش خطاها نقش مهمی داشته و از تولید ضایعات می‌کاهد. این امر از آن جهت اهمیت دارد که با کاهش هزینه‌های تولید و پشتیبانی، سودآوری شرکت‌ها افزایش داشته و سهامداران از یک طرف و مصرف‌کنندگان از طرف دیگر صاحب نفع می‌شوند. روش تاگوچی و طرح‌های آزمایش استوار، الگویی است که به واسطه آن امکان ایجاد طرح آزمایش‌ها به شکلی صورت می‌گیرد که نسبت به انتخاب نمونه یا فرآیند استوار بوده و تحت تاثیر قرار نمی‌گیرد. در این نوشتار از مجله فرادرس، روش تاگوچی و طرح آزمایش استوار را مطرح و مورد بررسی قرار می‌دهیم. این مطلب بخشی از مطالب مرتبط با فرآیند کیفیت برای بازار کسب و کار یا صنعت است.

روش تاگوچی و طرح آزمایش استوار

تکنیک «طرح آزمایش استوار» (Robust Design Experiments) که روش تاگوچی نیز نامیده می‌شود و توسط دکتر «گنیچی تاگوچی» (Genichi Taguchi) مطرح و مورد بررسی قرار گرفت. او معتقد بود که این الگوی نظام‌مند از طرح آزمایش‌ها، بهره‌وری مهندسی را بسیار بهبود می‌بخشد. با در نظر گرفتن آگاهانه عوامل مداخله‌گر و ایجاد کننده خطا و هزینه شکست در این زمینه، روش طراحی آزمایش‌های استوار کمک می‌کند تا نسبت به رضایت مشتری اطمینان حاصل شود.

نکته: تغییر شرایط محیطی در هنگام استفاده از محصول، تغییرات و پراکندگی در مراحل تولید و خراب شدن مولفه‌های مرتبط با محصول، می‌توانند از عوامل رخداد خطا در فرآیند تولید یا خدمات محسوب شوند. همچنین عوامل انسانی (مانند شیفت کاری) یا مواد اولیه نیز در این بین نقش مهمی دارند. بخش اول را خطاهای تصادفی (به عنوان متغیر تصادفی) و بخش دوم را خطاهای عاملی (Factor) می‌نامیم. هدف از کنترل کیفیت آماری، شناسایی عامل‌ها نسبت به خطاهای تصادفی است.

طرح آزمایش استوار، بر بهبود عملکرد اساسی محصول یا فرآیند متمرکز است، بنابراین طراحی‌های انعطاف پذیر و مهندسی شده را به طور همزمان تسهیل می‌کند. در واقع، روش تاگوچی، قدرتمندترین روش موجود برای کاهش هزینه محصول، بهبود کیفیت و همزمان کاهش فاصله توسعه است.

چرا از روش طرح آزمایش استوار استفاده می‌شود؟

طی سال‌های گذشته بسیاری از شرکت‌های پیشرو، نسبت به رویکرد «شش سیگما» (Six Sigma) با هدف کاهش ضایعات در حین ساخت و بهره‌برداری، فعالیت‌های زیادی انجام داده‌اند. این تلاش‌ها تأثیر زیادی در ساختار هزینه داشته و از این رو در پایین‌ترین بخش، هزینه‌های خود را پوشش داده‌اند. بسیاری از آن‌ها به حداکثر پتانسیل «رویکرد سنتی شش سیگما» (Six Sigma Method) رسیده‌اند. به نظر می‌رسد که باید به دنبال موتور موج بعدی بهبود بهره‌وری باشیم. از این رو روش تاگوچی در اواخر سال ۱۹۴۰ به منظور بهبود روش‌های تولید و بهبود رویکرد شش سیگما، معرفی شد.

«برندا ریچلدرفر» (Brenda Reichelderfer) از صنایع ITT (تلفن و مخابرات) در مورد بررسی معیارهای خود از بسیاری از شرکت‌های پیشرو گزارشی تهیه کرد و نشان داد که «طرح آزمایش استوار» به طور مستقیم بیش از 70٪ هزینه چرخه عمر محصول را تحت تأثیر قرار می‌دهد. شرکت‌هایی که دارای اثربخشی توسعه محصول بالا هستند، سه برابر متوسط شرکت‌های مشابه ​​درآمد دارند. وی همچنین مشاهده کرد، 40٪ از هزینه‌های تولید محصول به هدر می‌رود و عملا محصول یا خدماتی براساس آن‌ها ایجاد نمی‌شود.

نکته: عناصر اصلی در رویکرد یا فرآیند شش سیگما به صورت «تعریف» (Define)، «اندازه‌گیری» (Measure)، «تحلیل» (Analyze)، «بهبود» (Improve)، و همچنین «کنترل» (Control) است که در حقیقت فرآیند DMAIC را تشکیل می‌دهند. ارتباط و چرخه DMIAC در تصویر بالا به خوبی قابل مشاهده است.

این مشاهدات و سایر مشاهدات توسط دیگر شرکت‌های برجسته آن‌ها را مجبور به اتخاذ فرایندهای بهبود یافته محصول تحت عنوان «نمونه‌گیری برای شش سیگما» (Sampling for Six Sigma) کرد. رویکرد نمونه‌گیری برای شش سیگما، در زمینه‌های زیر به کار می‌رود.

• افزایش بهره وری مهندسی به منظور تولید سریع محصولات جدید و با هزینه کم
• مدیریت مبتنی بر ارزش متمرکز شده.

روش طرح آزمایش استوار، در بهبود بهره‌وری مهندسی، یک انتخابی اساسی است. طرح‌های آزمایش استوار، پس از پایان جنگ جهانی دوم توسط دکتر «گنیچی تاگوچی» معرفی شد و در پنج دهه گذشته تکامل یافت. بسیاری از شرکت‌ها در سراسر جهان صدها میلیون دلار از طریق به کارگیری آن، صرفه‌جویی کرده‌اند. برای مثال با استفاده از این روش در صنایع مختلف، مانند اتومبیل، ارتباطات از راه دور، الکترونیک، نرم افزار و … شرکت‌های نوظهور به رتبه‌های سودآوری بسیار بالایی رسیده‌اند و شرکت‌های سنتی، بازار را از دست داده‌اند.

یکی از آموزش‌های فرادرس در حوزه مهندسی صنایع مربوط به طرح آزمایش‌ها و استفاده از الگوریتم‌های فراابتکاری است. در این آموزش نیز به روش تاگوچی اشاره شده که برای فراگیران بسیار مفید است. برای مشاهده این فیلم آموزشی، به لینکی که در ادامه دیده می‌شود، مراجعه کنید.

حل مسائل معمول توسط طرح‌های آزمایش استوار

تیمی از مهندسان در حال کار بر روی طراحی گیرنده رادیویی برای ارتباطات زمین به هواپیما بودند که برای انتقال داده‌ها به قابلیت اطمینان بالا نیاز داشتند. به این معنی که انتظار داشتند، نرخ خطای بیتی، کم و در حد صفر باشد. از یک طرف، ساخت مجموعه‌ای از نمونه‌های اولیه از چنین دستگاهی برای از بین بردن پی در پی مشکلات و مسائل، بسیار گران برآورد شده بود. از سوی دیگر، تلاش برای شبیه سازی رایانه‌ای برای ارزیابی یک طرح واحد نیز زمان‌بر و گران محسوب می‌شد. پس، چگونه می‌توان تولید و توسعه محصول را سرعت بخشید و در عین حال قابلیت اطمینان را بهبود داد؟

در یک پروژه دیگر، یک تولید کننده، دستگاه کپی را به بازار معرفی کرد که با سرعت بالا کار می‌کند ولی ورودی کاغذ این دستگاه، تقریباً ده برابر بیشتر از آنچه برنامه‌ریزی شده، مشکل داشته و کاغذ در آن گیر می‌کند. روش سنتی برای ارزیابی قابلیت اطمینان یک ایده طراحی جدید، چندین هفته به طول می‌انجامد. چگونه شرکت می‌تواند تحقیقات لازم را در مدت زمان کوتاهی انجام دهد و طرحی را ارائه دهد که باعث شرمساری مجدد شرکت در این زمینه نشود؟

با استفاده از روش طراحی استوار بسیاری از مسائل مربوط به زمان و هزینه توسعه به میزان قابل توجهی کاهش می‌یابند. روش طرح آزمایش استوار می‌تواند هزینه‌ها یا زمان را حتی کمتر از یک سوم قبل کند. به طور کلی، تصمیمات مهندسی مربوط به توسعه محصول / سیستم را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد:

• اجرای بدون خطای دانش و تجربه جمعی گذشته.
• تولید اطلاعات طراحی جدید، اغلب برای بهبود کیفیت / قابلیت اطمینان محصول، عملکرد و هزینه.

در حالی که ابزارهای طراحی و مهندسی به کمک رایانه‌ها CAD / CAE که مخفف عبارت‌های Computer Aided design و Computer Aided Engineering است، برای پیاده سازی دانش گذشته موثر هستند، روش طرح استوار با عملکرد به عنوان تقویت کننده مهارتهای مهندسی، بهره وری را در تولید دانش جدید بهبود می‌بخشد. با طرح استوار، یک شرکت می‌تواند به سرعت به پتانسیل کامل فناوری ایده‌های طراحی خود دست یابد و سود بالاتری کسب کند.

شرایط تولید و ارائه خدمات به متغیرها و عوامل متعددی مرتبط است که کنترل همه آن‌ها بسیار دشوار یا غیرممکن است. به کمک آنالیز یا طرح آزمایش‌ها قادر هستید که با ثابت در نظر گرفتن بعضی از این عوامل، دیگر متغیرها را آنالیز کرده و ساختار مشخصی برای مدل داده‌ها ارائه کنید. بعد از مشاهده فیلم آموزش طراحی آزمایش ها با تاکید بر تنظیم پارامتر الگوریتم های فراابتکاری تک هدفه و چند هدفه، قادر هستید استراتژی‌های آزمایش‌ها را بخصوص در مسئله‌های تک یا چند هدفه ایجاد و آن‌ها را به کمک داده‌های جمع‌آوری شده در نرم افزار‌های Minitab و Design – Expert پیاده‌سازی کنید. به این ترتیب بهترین ترکیب مناسب برای متغیرهای (پارامترها) تاثیرگذار روی متغیر هدف (متغیرها پاسخ) را بدست خواهید آورد.

کاربرانی که برای حل مسائل خود از الگوریتم‌های فراابتکاری استفاده می‌کنند به نحوی به تنظیم پارامترهای آن‌ها نیازمند هستند. طرح آزمایش‌ها به تعیین این پارامترها کمک شایانی می‌کند. سرفصل‌ها و رئوس مطالب مطرح شده در این آموزش، به صورت فهرست‌وار در ادامه قابل مشاهده است. همانطور که می‌بینید، روش تاگوچی به عنوان یکی از تکنیک‌های طرح آزمایش‌ها مطرح و در این آموزش به آن پرداخته شده است.

• آشنایی با مفاهیم طراحی آزمایش ها
• اهداف طراحی آزمایش ها
• مراحل پیاده سازی Design Of Experiment یا به اختصار DOE
• اصول سه گانه طراحی آزمایش ها
• انواع روش های تنظیم پارامتر
• روش تاگوچی (Taguchi)
• روش سطح پاسخ (Response Surface Method) یا به اختصار RSM
• مطالعه موردی تنظیم پارامتر یک الگوریتم فراابتکاری تک هدفه و چند هدفه با استفاده از روش های موجود با بهره گیری از نرم افزارهای Design – Expert و Minitab

• برای مشاهده فیلم آموزش طراحی آزمایش ها با تاکید بر تنظیم پارامتر الگوریتم های فراابتکاری تک هدفه و چند هدفه + اینجا کلیک کنید.

خلاصه و جمع‌بندی

همانطور که خواندید، رویکرد یا روش تاگوچی در طرح آزمایش‌های استوار، در ایجاد تکنیک‌های کنترل کیفی و طرح آزمایش‌ها، موثر بوده و تکنیکی را به کار می‌برد که آزمایش‌های ایجاد شده وابستگی کمتری به نمونه‌ها یا نوع آزمایش دارند. این کار به وسیله تجزیه واریانس یا پراکندگی فرآیند صورت می‌گیرد که در این متن به عنوان بخشی از سلسله مراتب شش سیگما (Six Sigma) مطرح شد. مشخص است که موضوع طراحی و سنجش اثر عوامل بر متغیر وابسته هدف اصلی روش تاگوچی است.