Introduccion al diseño robusto

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    12-Jul-2015

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Introduccin al diseo robusto

Introduccin al diseo robusto (Taguchi)El diseo robusto tiene su origen en las ideas del ingeniero japons Genichi Taguchi, quien desarrollo su propia filosofa y mtodos de ingeniera de la calidad desde la dcada de 1950. Los mtodos de Taguchi y de otros autores Japoneses se introducen en Estados Unidos a partir de la dcada de los aos 80. Taguchi hace varias contribuciones a la calidad. Es precisamente en el diseo de experimentos donde hace sus aportaciones ms importantes, con la introduccin de lo que el llama diseo de parmetros, que se convirti en lo que ahora se conoce en occidente como diseo robusto.

Filosofa de TaguchiTaguchi establece que la calidad de un producto es la perdida que ese producto causa a la sociedad mientras se utiliza para los fines que fue hecho. Plantea el Diseo de parmetro o diseo robusto, Como la determinacin de los niveles de los parmetros o factores de proceso, de tal forma que cada caracterstica del producto se desempee como variacin mnima alrededor de su valor objetivo. Esto sabiendo que los parmetros son los factores o variables del proceso. La metodologa Taguchi establece tres metas: 1. Diseos robustos (insensibles) ante el medio ambiente para productos y procesos. 2. Diseo y desarrollo de productos, de modo que sean robustos a la variacin de componentes. 3. Minimizacin de las variaciones con respecto a un valor objetivo. Estas tres metas se concretan en tres etapas del desarrollo de un producto: 1. Diseo del sistema: el ingeniero utiliza principios cientficos y de ingeniera para determinar la configuracin bsica. 2. Diseo de parmetros: se determinan los valores especficos para los parmetros del sistema, minimizando la variabilidad aportada por las variables de ruido. 3. Diseo de tolerancias: se determinan las mejores tolerancias para los parmetros. Un concepto y herramienta clave en el diseo de parmetros es la funcin de prdida: que es la que cuantifica la prdida social que un producto causa cuando sus caractersticas de calidad se desvan de su valor real. Esta funcin se traduce como:

Donde k es una constante que depende de tolerancias y de los costos de reparacion del producto.

Diseo de experimentos por computadora

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RobustezEl diseo robusto esel experimento en el que se consideran factores de ruido, con los cualesse quiere lograr un proceso o producto robusto. La robustez es hacer un producto o proceso insensible o resistente a factores de ruido que no son controlables. Se trata de logar que el producto o procesotenga el desempeo deseado sin que le afecten las fuentes de variacion no controladas. El obejetivo fundamental es determinar la combinacion de niveles de los factores controlables, en donde los factores de ruido no afecten al proceso, aunque estos ultimos no se controlen.

Factores de control, de ruido y de sealExisten basicamente dos tipos de factores: Controlables y No controlables (de ruido). Dentro de los factores controlables se distinguen 4 tipos de factores a saber: 1. 2. 3. 4. Afecta la media y la variabilidad. Afecta solo la vatriabilidad. Afecta solo la media. No afecta la media ni la variabiliadad.

A continuacion se presenta las clases de control de acuerdo a su efecto sobre la media (eje x) y o la variabilidad (eje y).

Factor sealMuchos productos estn diseados para trabajar en diferentes niveles de desempeo y de acuerdo a los deseos del usuario o consumidor. Se llama factor seal al dispositivo que permite cambiar el nivel de operacin de acuerdo a los deseos del usuario. Ejemplo,Diseo de experimentos por computadora

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en una tostadora de pan el factor seal es el mecanismo que permite seleccionar el grado de tostado deseado. El factor seal permite cambiar el valor de la media de la caracterstica de calidad, y es deseable que la variabilidad en cada nivel de operacin sea mnima. Hay muchos productos que no cuentan con un dispositivo para que el usuario elija cierto nivel de desempeo, y en este caso no existe tal factor seal.

Factores de ruidoLos factores de ruido que actan sobre el producto o proceso se clasifican como: de ruido externo, interno y de deterioro. 1. Ruido externo: Ambiente en el cual el proceso o producto se desempea, y carga de trabajo a que se somete. 2. Ruido interno: Variacin generada por el proceso de unidad a unidad debido a su tecnologa y a la diversidad de sus componentes. 3. Deterioro: Efectos que aparecen poco a poco con el tiempo por la degradacin del proceso, y puede llagar a causar fallas.

Tipos de estudios de robustezLos estudios de robustez se clasifican utilizando como criterios al tipo de variable de respuesta y la existencia o ausencia de factores de seal. Una variable de respuesta puede ser de tres tipos: 1. Entre ms pequea mejor: Son variables de calidad cuya nica exigencia es que no excedan cierto valor mximo tolerado o especificacin superior (ES). 2. Entre ms grande mejor: Son variables de calidad a las que se les exige que sean mayores que un valor mnimo o que cierta especificacin inferior (EI). 3. Valor nominal es el mejor: Variables que tienen que tener un valor especifico que por lo tanto, no debe ser menores que una especificacin inferior (EI), pero tampoco mayores que una superior(ES).

Arreglos ortogonalesSon matrices de diseos factoriales completas, fraccionadas o mixtas que tienen la propiedad de ortogonalidad, dicha propiedad indica que una matriz de diseo es ortogonal si sus columnas son linealmente independientes, cual se tiene si la multiplicacin de dos columnas cualesquiera es igual a cero. En la medida que se estudian ms factores, se tiene menos grados de libertad para estudiar interacciones; sin embargo Taguchi no hace nfasis en el estudio de las interacciones, prefiere saturar lo ms posible los arreglos y analizar solo los efectos principales de cada factor. A continuacin se muestran seis de los arreglos ortogonales de uso ms frecuente, que son: L4, L8, L12, L16, L9, y L18, y en la parte inferior de cada uno de ellos se lista la manera de asignar los factores a las columnas.Diseo de experimentos por computadora

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Diseo con arreglo interno y externo (diseo de parmetros)La condicin fundamental para que un diseo experimental sea de tipo robusto es que exista al menos un factor de ruido para el cual se busca hacer que el proceso o producto sea insensible a su efecto, sin pretender controlar dicho factor de ruido.

Razn seal/ruido.Para el anlisis con arreglo interno y externo Taguchi propone el cociente o razn seal/ruido, que es un estadstico que mide la robustez en cada combinacin de losDiseo de experimentos por computadora

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factores de control. Siempre se busca maximizarlo. De acuerdo con el tipo de caracterstica de calidad, este estadstico se define as:

Ventajas del diseo robusto con respecto del clsico. 1. La introduccin de la idea de robustez. Con el diseo robusto es posible formular un producto o proceso que trabaje sobre el valor objetivo con la mnima variacin, que sea insensible a los cambios de las condiciones ambientales y a la variacin transmitida por sus componentes, con un menor costo de fabricacin. En el diseo clsico no se considera la posibilidad de minimizar el efecto de un factor ruido. 2. Su nfasis en buscar siempre minimizar la varianza, y al mismo tiempo llevar la media a su valor nominal. El diseo robusto enfoca el anlisis, minimizando la varianza y llevando luego a la media a su valor objetivo. El diseo clsico mejora el desempeo de la media muchas veces ignorando el comportamiento de la varianza. 3. El reconocer que es durante las etapas de diseo de un nuevo producto y en el diseo del proceso, cuando el diseo de experimentos puede tener mayor impacto. Es en esta etapa cuando se pueden atacar las tres principales fuentes de variacin que afectan su desempeo futuro: Variables ambientales, variaciones de manufactura y deterioro del producto. El diseo clsico no enfatiza el hecho de que una vez diseado el producto y su proceso, se reduce al el margen de maniobra para optimizarlo, puesto que solo queda por atacar la variacin en manufactura. 4. El diseo con arreglo interno y externo. Este diseo de Taguchi es un mecanismo que permite introducir el efecto de los factores de ruido en cada combinacin de los factores controlables

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