Introducción
Poco después de la segunda guerra mundial la industria
japonesa tenía una imagen de baja calidad, fue entonces que
iniciaron una programa para mejorar esta imagen esto empezó
en 1949 con el levantamiento del sistema de telecomunicaciones del país
en los laboratorios de comunicación eléctrica.
El doctor Genichi Taguchi estuvo a cargo de mejorar la productividad.
Para mejorar los costos de experimentación desarrollo una aproximación
al diseño de experimentos preocupado más por la productividad
y costos que por la rigurosa estadística.
Su trabajo en el control de calidad le ha dado premios como el
DEMING el cual se entrega a individuos que han contribuido significativamente
en el progreso de las mejoras en calidad.
Sus conceptos se basan en la relación entre variación,
costos y ahorro.
El control de calidad de E.E.U.U. consiste en una combinación
de proceso y métodos estadísticos con gráficas de
control. Esto se utiliza para un estrecho control de procesos de
manufactura y se convierten menos útiles cuando el producto se vuelve
más complicado.
Las compañías ahora se concentran en empezar por
el diseño de ciclo de producción. No es suficiente para un
producto trabajar bien de acuerdo a sus especificaciones,
debe también ser eficiente para manufactura e insensible a
la variación en su fabricación y en el campo.
La competencia se ha convertido en el concepto clave
del mundo de la manufactura, el corazón de esta competencia es proveer
productos y servicios con menos variación que los otros. La reducción
de la variación se refleja en confiabilidad y grandes ahorros.
Los japoneses son los líderes en gran número de
áreas de manufactura, incluyendo la automotriz, del acero,
electrónica y textil; producen una alta calidad a precios competitivos.
Taguchi ingresó al laboratorio de comunicaciones eléctricas
de la compañía de teléfono y telégrafos
japonesa en 1949. Ahí mejoró la productividad de la
compañía teniendo notables aciertos. Fue profesor de la Universidad
de Aoyama Gakuin donde entrenó a cientos de ingenieros,
mientras servía como asesor en compañías como
Toyota, Fuji, Nippondenso.
Su mayor contribución está relacionada con la combinación
de ingeniería y métodos estadísticos para mejorar
costos y calidad, optimizando los diseños y procesos de manufactura
rápidamente.
Y además los métodos proveen un lenguaje común
y una integración de éstas al diseño del producto
y del proceso de manufactura. Entrenando ingenieros de diseño y
al personal de manufactura en estos métodos, se tienen metas
y objetivos comunes.
Los métodos de Taguchi fueron introducidos a E.E.U.U. durante
1980-1982 en los laboratorios AT&T, Ford y Xerox. Taguchi ha
sido miembro activo y líder por más de 30 años de
la central japonesa de control de calidad, de la asociación
japonesa de ingenieros industriales y de la asociación de
estándares japonesa ha escrito más de 20 libros.
Ganó la medalla Willard F. Rockwell Jr. en 1986.
UNIDAD 2
Definición de conceptos
1) Meta del enfoque Taguchi.- Crear un proceso o producto robusto que combine los factores controlables para que sean menos sensitivos a factores incontrolables o de ruido.
2) Experimento.- Se define como un cambio en el proceso que permite estudiar los procesos del mismo.
3) Factores.- Variable que afectan un proceso, o también , causas que producen un efecto.
A) Controlables: Son los que se pueden cambiar fácilmente.
B) Incontrolables o de ruido: No se pueden o no se desean
controlar (es muy costoso hacer un cambio).
4) Niveles.- Diferentes formas en la que los factores pueden ser combinados.
5) Respuesta.- El resultado producido por los factores.
6) Arreglos ortogonales.- Son tablas que definen las combinaciones
especificas de factores y niveles que van a ser estudiados:
*Simbología:
7
Máximo número de factores
L8 (2)
# de Condiciones No. De niveles
Un L8 requiere de ocho condiciones (corrida
) separadas de ensayo, y puede estudiar hasta 7 factores (variables) de
2 niveles (posibles valores o valores predeterminados).
a) Características de los arreglos ortogonales:
? Permiten estudiar una fracción pequeña de posibles combinaciones
de factores y niveles en un experimento :
NUMERO DE ENSAYOS DEL EXPERIMENTO
FACTORES
NIVELES
FACTORIAL ARREGLO
COMPLETO ORTOGONAL
2
2
4
4
3
2
8
4
4
2
16
8
7
2
128
8
15
2
32768
16
Proporcionan todas las combinaciones de 2 factores cualesquiera,
de tal manera que cada nivel de cada uno de los factores se combina con
cada nivel de cada uno de los otros factores. Por ejemplo, en un
L9, todos los pares que se incluyen en el factor B del nivel 2 se muestran
a continuación:
COLUMNA
A B C
D
ESTE PAR DE
OCURRE EN LA
FACTORES
CONDICION
CONDICION
1
1 1 1
1
B2 A1
2
2
1 2 2
2
B2 A2
5
3
1 3 3
3
B2 A3
8
4
2 1 2
3
B2 C1
8
5
2 2 3
1
B2 C2
2
6
2 3 1
2
B2 C3
5
7
3 1 3
2
B2 D1
5
8
3 2 1
3
B2 D2
2
9
3 3 2
1
B2 D3
8
? Tienen un número igual de condiciones para cada factor, ya
que cada nivel de factor es probado igual número de veces .
? Proporcionan valores para determinar el factor de cada nivel, de
acuerdo a las condiciones en que ocurrió.
7) CONDICIÓN.- Combinación de factores y niveles.
8) CORRIDA.- Una condición específica que se ejecuta.
9) RESULTADO.- Lo que se obtiene de una corrida.
10) REPETICIÓN.- La realización de una corrida (1,2,3...)
UNIDAD III
PLANEACION Y REALIZACIÓN DE UN D.O.E.
1.- Defina claramente cuál es la situación a resolver o a mejorar:
a) ¿Qué quiere lograr? Defina su característica
de calidad
b) ¿Cuál va a ser el resultado?
c) ¿Con cuánto se está iniciando? ¿Cantidad
y costo?
2.- Forme un buen equipo con las personas involucradas en el proceso que le puedan ayudar con sus ideas y experiencia y que tengan capacidad de decidir y responsabilidad. Aplique los principios de la tormenta de ideas dando la oportunidad de participar a todos.
3.- Especifique claramente las características del proceso
analizado:
a) Area y/o máquina donde se realiza el experimento y se va
implementar el resultado.
b) Tipo de producto , número de parte, rango de dimensiones,
calibre, MS, etc.
4.- Determine como llevar las mediciones:
a) De los resultados obtenidos del experimento.
b) Del avance en la eliminación del problema o de la mejoría
de alguna situación.
5.- Determine las causas que originan el problema o los elementos claves del proceso que puedan ser cambiados para mejoría; utilice un diagrama de causa y efecto.
6.- De acuerdo a las causas encontradas defina los factores a probar en el experimento; no siempre una causa será un factor.
7.- Para que el experimento dé el experimento más optimo, los niveles deben ser encontrados de la manera más real posible, no estimarlos ni suponerlos, ni tomar un valor nominal y ponerle las tolerancias; se puede hacer una auditoria a les condiciones actuales del proceso, tomar lecturas a diferentes horas en ambos turnos, varios días , o preguntar al operador o al ajustador y así saber los diferentes valores que podemos tener como niveles.
8.- Una ves encontrados los factores y sus niveles, escoja el arreglo ortogonal mas adecuado; recurra a la asesoría del departamento de S.P.C. o a los miembros del comité de D.O.E.
9.- Asigne a los columnas del arreglo los factores y especifique claramente cuales son los valores de los niveles de cada factor que se van a correr en cada condición.
10.- Defina cuántas muestras se van a tomar por cada condición y cuántas repeticiones se van a hacer de cada condición .
11.- Anote los resultados obtenidas para cada una de las condiciones y las observaciones que se puedan hacer.
12.- Haga el análisis de los resultados para determinar la condición óptima.
13.- Calcule el valor esperado (Y..) que se obtendrá al implementar la condición óptima.
14.- Haga la corrida comprobatoria; desarróllela en un período lo más amplio posible y programe una buena medición.
15.- Implemente la condición óptima en el proceso.
16.- Documente las actividades o cambios realizados en el proceso: Carta de proceso, carga de máquina, estándar de producción, ayuda visual, método de operación , aviso de cambios, etc.
17.- Para darle un buen seguimiento en el Sistema de Eliminación de la Causa del Error, registre su D.O.E. en el S.P.C. , donde se le asignará un número para el control y se archivará toda la documentación que se vaya generando, también contará con un asesor del Comité de Eliminación de la Causa del Error para apoyarlo en la pronta solución de su D.O.E.
UNIDAD IV
Análisis de resultados
1.- Efectos principales.
Un efecto principal es el efecto de un factor en los resultados cuando
es cambiado de un nivel a otro.
Para calcular los efectos principales encuentre las condiciones en que ocurre un factor a determinado nivel en particular y promedie los resultados de esas condiciones.
Compare los efectos principales para determinar como los diferentes
niveles de cada factor influyen en los resultados; por ejemplo, en la tabla
de abajo cuando el factor C cambia del nivel uno al nivel dos, los resultados
disminuyen del 55 al 51:
NIVEL
FACTOR 1 2
A 51 56
B 50 52
C
55 51
Para ver la relación entre los efectos principales más
fácilmente, grafique sus valores, como se muestra a continuación:
2.- Características de Calidad
Los efectos principales son evaluados de acuerdo a una de las tres características
de calidad que se definen durante la planeación del proyecto:
Por ejemplo:
Los resultados de un estudio para encontrar las combinaciones de los
niveles de cada factor que... ...Características de calidad requerida
Permitan a un jugador de beisbol dar de hit lo más lejos
posible. ...Mayor es mejor
...Los resultados en una tela estén sujetos a la mínima
cantidad de encojimiento ...Menor es mejor
Produzcan una cantidad específica de gas para las sodas de bote.
...Nominal es mejor
3.- Condición Optima
Luego de haber definido la característica de calidad y obtener los efectos principales, en la gráfica podemos determinar la condición óptima, que de acuerdo al análisis es la que nos dará un mejor resultado (puede ser alguna de las que se corrieron o dar una condición no incluída en el arreglo).
Por ejemplo:
EXPERIMENTO DE UNA PARTE MOLDEADA EN PLASTICO
FACTOR
NIVEL 1
NIVEL 2
A Presión de inyección
250 PSI
350 PCI
B Temperatura del molde
150 ºC
200 ºC
C Tiempo de inyección
6 seg.
9 seg.
CONDICIÓN A B C RESULTADOS A1 A2 B1 B2 C1 C2
1
1 1 1
30
30 30
30
2
1 2 2
25
25
25 25
3
2 1 2
34
34 34
34
4
2 2 1
27
27 27
27
TOTAL
55 61 64 52
57 59
PROMEDIO
27.5 30.5 32 26 28.5 29
De acuerdo a la característica de calidad ?Menor es Mejor?, la
condición óptima es:
4.- Valor esperado (Yopt).
Es el resultado que se espera obtener al implementar la condición
óptima del proceso:
_
_
_
Yopt = T +
(Aopt - T) + (Bopt
- T) + ...
Donde:
_
T = Promedio de los resultados
A, Bopt = Valor del efecto principal en la condición óptima
Ejemplo:
De acuerdo al ejemplo anterior ¿Cuáles son los valores de los efectos principales de la condición óptima?
A1 : 27.5
B2 : 26
C1 : 28.5
El valor de T es: 29
Yopt = T + (A1
- T) + (B2 -
T) + (C1 - T)
Yopt = 29 + (27.5
- 29) + (26 -
29) + (28.5 - 29)
Yopt = 24
Ejercicio:
a) Encuentre los efectos principales y grafíquelos para encontrar la condición óptima cuya característica de calidad es ?Mayor es Mejor?.
b) Calcule el valor esperado (Yopt)
EXPERIMENTO SOBRE COSTURA
FACTOR
NIVEL 1
NIVEL 2
A TENSION
.5
1.0
B LONGITUD DE LA PULGADA
10
12
C HILO
No. 4
No. 6
D TIPO DE PUNTADA
Derecha
Zigzag
E PRESION
Normal
Alta
UNIDAD V
Preguntas y ejercicios
1. Identifique un arreglo apropiado para cada una de las siguientes
combinaciones de niveles y factores:
Para estudiar...
...Un arreglo ortogonal
apropiado es un...
A. Seis factores de dos nivele cada uno
B. Tres factores de tres niveles cada uno
C. Diez factores de tres niveles cada uno
1. Escriba la combinación de factores y niveles identificados
en la condición tres del siguiente arreglo ortogonal.
CONDICION
A B C
D E
1
1 1 1
1 1
2
1 1 1
2 2
3
1 2 2
1 1
4
1 2 2
2 2
5
2 1 2
1 2
6
2 1 2
2 1
7
2 2 1
1 2
8
2 2 1
2 1
1. El número de condiciones estudiadas en un arreglo ortogonal L16 es dieciséis.
2. El número máximo de factores de tres niveles que pueden ser estudiados en un arreglo ortogonal L9 es cuatro.
3. Un arreglo ortogonal L27 se usa para estudiar hasta trece factores, cada uno con tres niveles.
4. Se hizo un experimento para determinar la combinación de factores
que produzcan el más alto kilometraje por litro de gasolina en un
cierto automóvil. Los factores, niveles y el arreglo ortogonal usados
para el experimento se muestran a continuación. Los resultados se
juzgan por la característica ?Mayor el Mejor?. Calcular y graficar
los efectos principales para este experimento para obtener la condición
óptima.
NIVELES
FACTORES
1
2
3
A: GASOLINA
Estación X
Estación Y
Estación Z
B: VELOCIDAD
80 kph
90 kph
100kph
C: PRESION DE AIRE EN LAS LLANTAS
30 psi
35 psi
40psi
D: REGULACIÓN DE LA
DISTRIBUCION (TIEMPO)
4
6
8
8. Defina cada uno de los siguientes conceptos:
A. Experimento: Se define como un cambio en el proceso que permite estudiar los efectos del mismo.
B. Factor: Variable que afecta un proceso, o también, causas que producen un efecto
C. Nivel: Diferente forma en las que los factores pueden ser combinados
D. Resultado: Lo que se obtiene de una corrida
9. ¿Cuál es la meta del enfoque de Taguchi?
Crear un proceso o producto robusto
que combine los factores controlables para que sean menos sensitivos
a factores incontrolables o de ruido.
10. ¿Qué características tienen los efectos ortogonales?
* Permiten estudiar una fracción
pequeña de posibles combinaciones de factores y niveles en
un experimento.
* Proporcionan todas las combinaciones
de 2 factores cualesquiera, de tan manera que cada nivel de cada uno de
los factores se combina
con cada nivel de cada uno de los otros factores.
* Tienen un número igual de condiciones
para cada factor, ya que cada nivel de factor es probado igual numero de
veces
* Proporcionan valores para determinar el
efecto de cada nivel, de acuerdo a las condiciones en que ocurrió
11. Defina el concepto de ?Efecto Principal?: Efecto de un factor en los resultados cuando es cambiado de un nivel a otro
12. ¿Qué arreglo ortogonal se presta para:
a) ¿Seis factores a dos niveles? L8
b) ¿Tres factores a tres niveles? L9
c) ¿Diez factores
a tres niveles? L27
13. Un D.O.E. arrojó los siguientes resultados:
CONDICION
RESULTADO
1
30
2
20
3
50
El arreglo ortogonal usado fue en L4, y la característica
de calidad es ?Mayor es Mejor?. Determine por medio de una gráfica
los efectos principales, la mejor condición y calcule el valor esperado.
L9 (34)
Columna
Condición
1
2
3
4
1
1
1
1
1
2
1
2
2
2
3
1
3
3
3
4
2
1
2
3
5
2
2
3
1
6
2
3
1
2
7
3
1
3
2
8
3
2
1
3
9
3
3
2
1
L27 (313)
Con \ Col 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2
1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2
3
1 1 1 1 3 3 3 3 3 3 3 3 3
4
1 2 2 2 1 1 1 2 2 2 3 3 3
5
1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 1 1 1
6
1 2 2 2 3 3 3 1 1 1 2 2 2
7
1 3 3 3 1 1 1 3 3 3 2 2 2
8
1 3 3 3 2 2 2 1 1 1 3 3 3
9
1 3 3 3 3 3 3 2 2 2 1 1 1
10 2 1
2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3
11 2 1
2 3 2 3 1 2 3 1 2 3 1
12 2 1
2 3 3 1 2 3 1 2 3 1 2
13 2 2
3 1 1 2 3 2 3 1 3 1 2
14 2 2
3 1 2 3 1 3 1 2 1 2 3
15 2 2
3 1 3 1 2 1 2 3 2 3 1
16 2 3
1 2 1 2 3 3 1 2 2 3 1
17 2 3
1 2 2 3 1 1 2 3 3 1 2
18 2 3
1 2 3 1 2 2 3 1 1 2 3
19 3 1
3 2 1 3 2 1 3 2 1 3 2
20 3 1
3 2 2 1 3 2 1 3 2 1 3
21 3 1
3 2 3 2 1 3 2 1 3 2 1
22 3 2
1 3 1 3 2 2 1 3 3 2 1
23 3 2
1 3 2 1 3 3 2 1 1 3 2
24 3 2
1 3 3 2 1 1 3 2 2 1 3
25 3 3
2 1 1 3 2 3 2 1 2 1 3
26 3 3
2 1 2 1 3 1 3 2 3 2 1
27 3 3
2 1 3 2 1 2 1 3 1 3 2
Columna L4 (23)
Condición 1 2 3
1
1 1 1
2
1 2 2
3
2 1 2
4
2 2 1
L8 (27)
columna
condición 1
2 3 4 5 6 7
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
L16 (215)
C \ C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
1 1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1
1
2 1 1 1 1 1 1 1 2
2 2 2 2 2 2
2
3 1 1 1 2 2 2 2 1
1 1 1 2 2 2
2
4 1 1 1 2 2 2 2 2
2 2 2 1 1 1
1
5 1 2 2 1 1 2 2 1
1 2 2 1 1 2
2
6 1 2 2 1 1 2 2 2
2 1 1 2 2 1
1
7 1 2 2 2 2 1 1 1
1 2 2 2 2 1
1
8 1 2 2 2 2 1 1 2
2 1 1 1 1 2
2
9 2 1 2 1 2 1 2 1
2 1 2 1 2 1
2
10 2 1 2 1 2 1 2 2 1 2
1 2 1 2 1
11 2 1 2 2 1 2 1 1 2 1
2 2 1 2 1
12 2 1 2 2 1 2 1 2 1 2
1 1 2 1 2
13 2 2 1 1 2 2 1 1 2 2
1 1 2 2 1
14 2 2 1 1 2 2 1 2 1 1
2 2 1 1 2
15 2 2 1 2 1 1 2 1 2 2
1 2 1 1 2
16 2 2 1 2 1 1 2 2 1 1
2 1 2 2 1
El problema.- El experimento implica hallar un método para
ensamblar un conector elastrométrico a un tubo de nylon que ejerza
la atracción necesaria para su uso en una aplicación en un
motor de automóvil. El objetivo específico del experimento
es maximizar la fuerza de atracción. Se identificaron 4 factores
de ruido controlables y 3 incontrolables. Estos factores se definen
en la siguiente tabla:
TABLA 1
Se desea encontrar los niveles de los factores controlables que son
menos influidos por los factores de ruido y que proporcionan la máxima
fuerza de atracción. Obsérvese que aunque los factores
de ruido no son controlables durante las operaciones normales de trabajo,
pueden controlarse para los fines de una prueba. Cada factor controlable
se prueba a 3 niveles, y cada factor de ruido se prueba a 2 niveles.
Diseño experimental.- En la metodología de diseño
de parámetros de Taguchi, se selecciona un diseño experimental
para los factores controlables y otro para los factores de ruido o incontrolables.
Ambos diseños se presentan en la siguiente tabla:
TABLA 2
(a) Arreglo ortogonal L9 para los factores controlables (b) Arreglo
ortogonal L8 para los factores incontrolables
VARIABLE VARIABLE
Corrida A B C D
Corrida E F
E*F G E*G
F*G e
1
1 1 1 1
1 1
1 1
1 1
1 1
2
1 2 2 2
2 1
1 1
2 2
2 2
3
1 3 3 3
3 1
2 2
1 1
2 2
4
2 1 2 3
4 1
2 2
2 2
1 1
5
2 2 3 1
5 2
1 2
1 2
1 2
6
2 3 1 2
6 2
1 2
2 1
2 1
7
3 1 3 2
7 2
2 1
1 2
2 1
8
3 2 1 3
8 2
2 1
2 1
1 2
9
3 3 2 1
En el panel (a) de dicha tabla contiene un arreglo ortogonal L9; esto es, una tabla de enteros cuyos elementos de columna (1, 2 y 3) representan los niveles bajo, intermedio y alto de los factores de columna. Cada renglón del arreglo ortogonal representa una corrida; esto es, un conjunto específico de niveles factoriales por probar. El arreglo ortogonal L9 dará cabida a 4 factores de 3 niveles cada uno, en 9 corridas. El panel (b) de la tabla contiene el arreglo ortogonal L8; esto es, un diseño hasta para 7 factores a 2 niveles cada uno, en 8 corridas. El arreglo L8 de este ejemplo contiene solo 3 factores ? E, F y G -, de modo que las columnas restantes pueden emplearse para estimar interacciones. El objetivo del arreglo de factores de ruido (L8) es crear variación con el fin de poder identificar los niveles a los cuales los factores controlables son menos sensibles a los factores de ruido.
Los diseños se combinan como se muestra en la siguiente
tabla. En esta configuración de diseño de parámetros
completa, el arreglo L9, que contiene los factores controlables, se denomina
arreglo interno, y el arreglo L8, que contiene los factores de ruido, se
llama arreglo externo. Literalmente, cada una de las 9 corridas del
arreglo interno se prueba a lo largo de las 8 corridas del arreglo externo,
para un tamaño muestral total de 72 corridas. La fuerza de
atracción observada se informa en dicha tabla.
TABLA 3
Análisis de Datos y Conclusiones.- Ahora es posible analizar los datos de este experimento. Taguchi recomienda analizar la respuesta media para cada corrida del arreglo interno, y también sugiere analizar la variación empleando una razón de señal sobre ruido (SN) elegida de manera apropiada. Estas razones de señal sobre ruido (o de señal a ruido) se deducen de la función cuadrática de pérdida, y 3 de ellas se consideran ?estándar? y ampliamente aplicables. Ellas son:
1.- Cuando el valor nominal es el mejor:
SNT = 10 log ( ?2 / S2 )
Tabla 1
2.- Cuándo lo mejor es una respuesta grande:
SNL = -10 log (1/n ?ni=1 1/Yi 2)
Tabla 2
3.- Cuándo lo mejor es una respuesta pequeña:
SNS = -10 (1/n ?ni=1 Yi2)
Tabla 3