Введение
Статистические методы для повышения качества выпускаемой продукции
Методы Тагути (タグチメソッド) — это статистические методы, иногда называемые методами робастного проектирования, разработанные Гэничи Тагути для повышения качества выпускаемой продукции, а в последнее время также применяемые в инженерии, биотехнологиях, маркетинге и рекламе. Профессиональные статистики приветствовали цели и улучшения, достигнутые методами Тагути, особенно разработку Тагути дизайнов для изучения изменчивости, но критиковали неэффективность некоторых предложений Тагути. Работа Тагути включает в себя три основных вклада в статистику:
специфическая функция потерь;
философия внелинейного контроля качества; и
инновации в планировании экспериментов.
Taguchi methods (タグチメソッド) are statistical methods, sometimes called robust design methods, developed by Genichi Taguchi to improve the quality of manufactured goods, and more recently also applied to engineering, biotechnology, marketing and advertising. Professional statisticians have welcomed the goals and improvements brought about by Taguchi methods, particularly by Taguchi's development of designs for studying variation, but have criticized the inefficiency of some of Taguchi's proposals. Taguchi's work includes three principal contributions to statistics:
A specific loss function
The philosophy of off line quality control; and
Innovations in the design of experiments.
Функции потерь в статистической теории
Традиционно статистические методы опирались на среднеквадратичные несмещенные оценки эффектов лечения: в условиях теоремы Гаусса-Маркова оценщики наименьших квадратов обладают минимальной дисперсией среди всех среднеквадратичных несмещенных линейных оценок. Акцент на сравнении средних также подкрепляется (в пределе) законом больших чисел, согласно которому выборочные средние сходятся к истинному среднему. Учебник Фишера по планированию экспериментов делал акцент на сравнении средних значений эффектов от различных методов лечения. Однако Рональд А. Фишер избегал использования функций потерь.
Конструкция системы
Это дизайн на концептуальном уровне, предполагающий креативность и новаторство.
Конструкция параметров
После того, как концепция определена, необходимо задать номинальные значения различных размеров и параметров проектирования – это этап детальной проработки в традиционной инженерии. Радикальная идея Тагучи заключалась в том, что точный выбор этих значений не однозначно определяется требованиями к производительности системы. Во многих случаях это позволяет выбирать параметры таким образом, чтобы минимизировать влияние на производительность, возникающее из-за отклонений в процессе изготовления, изменений в окружающей среде и накопленных повреждений. Это иногда называют повышением устойчивости. Проектирование устойчивых параметров учитывает как контролируемые, так и неконтролируемые факторы помех; оно направлено на выявление взаимосвязей и оптимизацию настроек, которые минимизируют влияние этих факторов помех.
Дизайн допуска
После успешного завершения параметрического проектирования и понимания влияния различных параметров на характеристики, ресурсы можно направить на снижение и контроль разброса в нескольких критически важных параметрах.
Конструкция экспериментов
Тагучи разработал свои экспериментальные теории самостоятельно. Тагучи ознакомился с работами Р. А. Фишера только в 1954 году.
Внешние массивы
Конструкции Тагучи были направлены на более глубокое понимание вариативности, чем многие традиционные конструкции, используемые в дисперсионном анализе (вслед за Фишером). Тагучи утверждал, что обычная выборка в данном случае недостаточна, поскольку невозможно получить случайную выборку будущих условий. В экспериментах и дисперсионном анализе Фишера целью является снижение влияния мешающих факторов для сравнения средних эффектов от воздействия. В концепции Тагучи вариативность выходит на первый план. Тагучи предложил расширять каждый эксперимент с помощью "внешнего массива" (возможно, ортогонального); "внешний массив" должен моделировать случайную среду, в которой продукт будет функционировать. Это пример целенаправленной выборки. Многие специалисты в области качества используют "внешние массивы". Последующие усовершенствования внешних массивов привели к появлению "комбинированного шума". Он заключается в объединении нескольких шумовых факторов для создания двух уровней во внешнем массиве: первый – шумовые факторы, снижающие выход, и второй – шумовые факторы, повышающие выход. "Комбинированный шум" имитирует экстремальные колебания вариативности шума, но требует меньшего количества экспериментальных прогонов, чем предыдущие конструкции Тагучи.
Взаимодействия, обработанные Taguchi
Многие из ортогональных массивов, которые рекомендует Тагучи, являются насыщенными, не оставляя возможности для оценки взаимодействий. Это остаётся предметом дискуссий. Однако это справедливо лишь для "управляющих факторов" или факторов "внутреннего массива". Комбинируя внутренний массив управляющих факторов с внешним массивом "шумовых факторов", подход Тагучи, как утверждается, предоставляет "полную информацию" о влиянии шумовых факторов на управление. Тагучи утверждает, что именно такие взаимодействия наиболее важны для создания конструкции, устойчивой к вариациям шумовых факторов. Сторонники подхода Тагучи заявляют, что он обеспечивает более полную информацию о взаимодействиях, чем традиционные дробные факториальные планы. Последователи Тагучи утверждают, что эти планы позволяют быстро получить результаты и что взаимодействия можно устранить путём правильного выбора характеристик качества. Несмотря на это, "подтверждающий эксперимент" обеспечивает защиту от любых остаточных взаимодействий. Если характеристика качества отражает преобразование энергии в системе, то "вероятность" взаимодействия между управляющими факторами значительно снижается, поскольку "энергия" обладает "аддитивностью".
Неэффективность конструкций Тагучи
Взаимодействия являются частью реального мира. В массивах Тагучи взаимодействия запутываются и их сложно разделить. Статистики, работающие в методологии поверхности отклика (RSM), рекомендуют "последовательное построение" планов экспериментов: в подходе RSM за скрининговым планом следует "последующий план", который разрешает только запутанные взаимодействия, признанные важными для разрешения. Второй последующий план может быть добавлен (при наличии времени и ресурсов) для изучения возможных эффектов высшего порядка отдельных факторов оставшихся переменных, поскольку эффекты высшего порядка отдельных факторов менее вероятны для переменных, уже исключенных из-за отсутствия линейного эффекта. Благодаря экономичности скрининговых планов и гибкости последующих планов, последовательные планы обладают высокой статистической эффективностью. Последовательные планы методологии поверхности отклика требуют значительно меньше экспериментальных прогонов, чем последовательность планов Тагучи.
Оценка
Геничи Тагучи внес значительный вклад в статистику и инженерию. Его акцент на потерях для общества, методы исследования изменчивости в экспериментах и общая стратегия проектирования систем, параметров и допусков оказали существенное влияние на повышение качества производимой продукции во всем мире.