نشریه تخصصی مهندسی صنایع، دوره 45، شماره 2، مهر ماه 1390، از صفحه 209 تا 220
مقایسه طراحی آزمایش ها به روش هاي تاگوچی و سنتی و شاینین با یکدیگر: یک مطالعه موردي

علیرضا مومیوند*1، آرش شاهین2 و امیرحسین نوارچیان3
دانش آموخته کارشناسی ارشد مهندسی صنایع- دانشگاه آزاد اسلامی- واحد نجف آباد
دانشیار گروه مدیریت- دانشگاه اصفهان
دانشیار گروه مهندسی شیمی- دانشگاه اصفهان
(تاریخ دریافت 12/11/87، تاریخ دریافت روایت اصلاح شده 11/2/90، تاریخ تصویب 23/7/90 )

چکیده
سه روش تاگوچی، سنتی و شاینین به عنوان روش هاي طراحی آزمایش ها قابلیت ریشه یابی و حل مشکل هاي کیفی و ایجاد بهبود را دارند. بهره گیري از این روش ها مستلزم شناخت بیشتر نقاط قوت و ضعف آنها است. شناسایی زوایاي این روش ها با مقایسه در قالب یک مطالعه موردي درك عمیق تري را به همراه دارد.
در این مطالعه روش هاي مذکور در شرکت روز نوش کرمانشاه بعد از اجرا به کمک معیارهاي کمی و ذهنی(معیارها با توجه به نظرهاي کارشناسان این شرکت امتیازدهی شده است.) با یکدیگر مقایسه شده اند. نتایج نهایی مقایسه نشان دهنده امتیاز بیشتر روش سنتی از روش هاي تاگوچی و شاینین و امتیاز بیشتر روش تاگوچی از روش شاینین است. در این مطالعه، با توجه به شرایط شرکت، معیارها و وزن هاي اختصاصی به هر معیار مشخص شده است که به ترتیب روش هاي سنتی، تاگوچی و شاینین اولویت اجرا دارند.

152401272510

واژه هاي کلیدي: طراحی آزمایش ها، روش تاگوچی، روش سنتی، روش شاینین ، مقایسه روش ها

هیورسیتیکی مانند الگوریتم ژنتیک و غیره توانایی قابل توجهی را ارائه می دهند. [1]
روش طراحی آزمایش ها یک ابزار قوي براي افزایش کیفیت محصول ها و رفع علل ایجاد زیان هاي کیفی به ویژه در مراحل قبل از تولید محصول ها و یا ارائه خدمت ها
مقدمه
است. با توجه به اینکه در ایران در زمینه فرایند طراحی اثرزداي تولید و چگونگی اثرهاي فاکتورهاي طراحی و تولید بر مشخصه هاي محصول، شناخت کافی وجود ندارد و همچنین با در نظر گرفتن نیاز بالاي محصولات و خدمات به کیفیت، در ورود به میدان رقابتی، استفاده از تکنیک هاي طراحی آزمایش هاي کاربردي اهمیت بسیار زیادي دارد.
امروزه روش هاي نوینی براي اجراي طراحی آزمایش ها
به وجود آمده است . این روش ها با تولید مدل هاي
پیش بینی مناسب در مقایسه با جمع آوري اطلاعات ارتقاء یافته اند و به نام روش هاي مدرن طراحی آزمایش ها معروف هستند.
Email: [email protected] ، 0831 – 8232264 : نویسنده مسئول : تلفن *

روش هایی مانند غربال سازي فاکتورها و طراحی مختلط و طرح هاي سطح پاسخ شامل متغیرهاي کمی و کیفی از جمله روش هاي نوین بوده که با ترکیب روش هاي
شکل 1: طراحی آزمابش ها به روش سطح پاسخ (سمت راست) وفول فاکتوریل(سمت چپ)

اما هنوز روش هاي معمولی طراحی آزمایش ها، در صورت وجود داده هاي کافی، از قوت مناسب بهره مند هستند. از طرف دیگر با مقایسه این روش ها امکان کشف نقاط قوت و ضعف هر روش و در نتیجه ارتقاء روش ها فراهم می شود؛زیرا براي ترکیب این روش ها باالگوریتم هاي بهینه سازي نوین، شناخت روش ها و انتخابالگوریتم مناسب ضروري است.
سه روش تاگوچی، سنتی و شاینین از روش هاي طراحی آزمایش ها هستند. روش هاي تاگوچی و سنتی از میان این روش ها معروفیت کافی دارند، اما روش شاینین چندان شناخته شده نیست. مقایسه این سه روش با انجام یک مطالعه موردي و شناخت نقاط قوت و ضعف آنها منجر به شناخت بیشتر روش ها می شود.
شناخت بیشتر روش ها از لحاظ توانایی و ضعف منجر به شانس بیشتر براي اجراي کاربردي در محیط هاي صنعتی و خدماتی است. این موضوع با استناد به این مطلب قابل پذیرش است که اغلب در محیط هایی که نیاز به انجام آزمایش هایی براي یافتن علل مشکل و یا افزایش کیفیت تولید و خدمات است، آزمایش ها همواره با در نظر گرفتن تغییر هر بار یک عامل انجام می گیرد و در مواقعی بعد از انجام چندین آزمایش و نرسیدن به جواب مطلوب، انجام آزمایش ها به صورت ناکامل و فقط با ایجاد هزینه و نگرش منفی به روش طراحی آزمایش ها رها می شود. در واقع با اجراي درست و به موقع روش طراحی آزمایش ها علاوه بر ایجاد بهبود، از ایجاد هزینه هاي اضافی در سازمان ها و شرکت هاي تولیدي(بخصوص تولید انبوه) جلوگیري می شود.

پیشینه
روش کلاسیک و شاینین
طراحی آزمایش ها به روش سنتی یک رویکرد آماري است. این روش توسط فیشر1 در سال 1920در انگلستان مطرح شد. براي سال هاي متمادي وي مسئول تحلیل داده هاي آماري یک ایستگاه کشاورزي در لندن بود. فیشر تحلیل واریانس2 ( (ANOVA را در تلاش براي بهبود محصول هاي کشاورزي ابداع کرد و اولین کسی بود که این روش را در طراحی آزمایش ها به کار گرفت .
بسیاري از کاربردهاي اولیه روش طراحی آزمایش ها در علوم کشاورزي و زیست شناسی بوده اند و بسیاري از اصطلاح هاي آن از این علوم به ارث رسیده اند . اما به نظر می رسد که اولین کاربردهاي صنعتی طراحی آزمایش ها در اوائل سال 1930 در صنعت پشم بافی انگلستان بوده است. در گسترش و توسعه طراحی آزمایش ها افرادي همچونBox and Bisgaard و Box و همکاران طرح هاي مناسب آزمایشگاهی و صنعتی را گسترش. کتاب وي به نام آمار براي آزمایش ها3، در زمینه صنعت تولیدهاي شیمیایی و دیگر صنایع با تولید پیوسته نوشته شده است.
اشخاص دیگري نیز همچون:
، (1982)و همکاران Hicks، (1987) Johnson
،(1976)Daniel، (1979) Hendrix
(1993) Lorenzen&Anderson ،(1991)Montgomery
(2003) Dowlatshahi و
در این زمینه به فعالیت پرداختند. مقاله هایی نیز در زمینه اهمیت طراحی آزمایش ها نوشته شده است و طراحی آزمایش ها را به عنوان یک ابزار مؤثر در افزایش رقابت پذیري براي محصول ها و فرایندها در سازمان ها معرفی می کنند [3و4].
روش جستجوي متغیرها که توسط دورین شاینین4 که یک مشاور مدیریت کیفیت مشهور در کشور آمریکا بود، توسعه داده شد. این روش، یکی از روش هاي طراحی آزمایش ها است که براي یافتن متغیرهاي بحرانی و مهم در فرایندهاي تولیدي بسیار کارآ است[5].Bhote در سال 1988 این روش را به عنوان یک روش مؤثر در کاهش تغییرها عنوان کرد. وي ادعا می کند که این روش بسیار بر روش طرح هاي عاملی برتري دارد و همچنین گفته شده است وقتی که تعداد متغیرهایی که براي ارزیابی انتخاب می شوند چهار یا بیشتر باشند، روش شاینین بسیار مفید است. دورین شاینین هفت ابزار مشهور طراحی آزمایش ها را براي بهبود کیفیت محصول و فرایند توسعه و ارتقاء داد:
نمودارهاي چند متغیره
جستجوي مرکب
مقایسه هاي جفتی
جستجوي متغیرها
طرح هاي عاملی کامل 6 – B vs C
7- نمودارهاي پراکندگی[5]
روش شاینین، فاکتورهایی را که سهم قابل توجهی در ایجاد انحراف دارند، با عنوان سه فاکتور مهم شناسایی می کند [6]. شاینین با کاربرد طرح هاي کسري عاملی براي آزمایش که اساس کار روش تاگوچی است، مخالف بود و این به دلیل تداخل ایجادشده میان اثرهاي اصلی واثرهاي متقابل است [5]. شاینین طرفدار کاهش منابعتغییر به تعداد قابل مدیریت (اغلب بین 2 تا 4) است. براین اساس، وي از آزمایش با طرح هاي عاملی کامل، جانبداري می کند [7]. در واقع هدف استفاده از آزمایش با طرح هاي عاملی کامل، شناسایی همه اثرهاي اصلی و متقابل فاکتورهاي در نظر گرفته شده براي آزمایش است.
اهداف طراحی آزمایش ها به روش شاینین به این ترتیب است:
1 – تفکیک متغیرهاي مهم و بحرانی از متغیرهاي غیر مهم با انجام کمترین تعداد آزمایش ها و در نتیجه کاهش و صرفه جویی در هزینه و زمان.

شناسایی سه فاکتور:
2-1- فاکتور خیلی مهم (فاکتور Xقرمز5)
2-2-دومین فاکتور مهم(فاکتور Xصورتی6)
2-3 -سومین فاکتور مهم(فاکتور Xصورتی کمرنگ7)

باز گذاشتن مقدار تلورانس براي متغیرهاي غیر مهم.

تعیین مقدار بهینه سه فاکتور مهم شناسایی شده [8].
مراحل اجراي روش شاینین به این ترتیب است:
بناسایی مجموع متغیرها و پارامترهاي ورودي فرایند
محاسبه حدود کنترل براي میانه
محاسبه حدود کنترل براي میانه
تفکیک متغیرهاي مهم و بحرانی از متغیرهاي غیر مهم
انجام آزمایش تأییدي
آنالیز عاملی [8].

روش تاگوچی
دکتر جنیچی تاگوچی8 به کمک تحقیق هاي خود در سال هاي 1950و1960اصول طراحی اثرزدا را توسعه داد و اساس کار خود را با به کار بستن نظریه هایش در توسعه محصول هاي مختلف اعتبار بخشید [9]. روش تاگوچی انحراف هاي ممکن از مقدار هدف را همراه با تابع زیان مدل بندي می کند. دکتر تاگوچی از کاربرد طرح هاي آرایه هاي متعامد براي اختصاص فاکتورهاي انتخاب شده، جانبداري می کند، متداول ترین طرح هاي آرایه هاي متعامد
.[10] است ، L18 ، L16 ، L8
این روش، روش هاي آماري را در فرایندهاي مهندسی به کار می گیرد [11]. مراحل اجراي روش طراحی آزمایش ها به روش تاگوچی با در نظر گرفتن جزئیات و به ترتیب اهمیت به این قرار است:
1- تشکیل تیم 2- مشخص کردن اهداف مورد مطالعه 3-فرموله سازي مسئله4- شناسایی کاراکترهاي عملکرد که با مسئله بیشترین ارتباط را دارد 5-شناسایی فاکتورهاي مسئله:
5-1 – فاکتورهاي کنترل9: فاکتورهایی هستند که در شرایط طبیعی مسئله قابل کنترل هستند.
5-2 – فاکتورهاي اغتشاش10: فاکتورهایی که کنترل آنها در شرایط طبیعی بسیار سخت یا پرهزینه است .
5-3 – فاکتورهاي میانگین11: فاکتورهایی که بر میانگین عملکرد فرایند تأثیر می گذارند.
6 -انتخاب سطوح فاکتورها و اثرهاي متقابل امکان پذیر و درجه آزادي مرتبط با هر فاکتور و اثرهاي متقابل امکان پذیر
7-طراحی یک آرایه متعامد مناسب
8-آماده سازي و انجام آزمایش هاي مشخص شده در طرح .
9-تحلیل آماري و تفسیر نتایج آزمایش.
10-انجام آزمایش هاي تأییدي[10].

مقایسه روش ها
در مقاله اي که توسط آنتونی و توماس (2005)انجام شده است، به مقایسه دو روش شاینین و تاگوچی با انجام مطالعه موردي براي بهینه سازي طراحی اتصال هاي مرکب شش گوش12 در زمینه هوا و فضا پرداخته شده است. در این مطالعه بعد از اجراي دو روش ارزیابی و تحلیل نتایج حاصله از انجام آزمایش ها، در ارزیابی اعلام شده است که:
1- اجراي روش شاینین براي طراحی منجر به طراحی محصولی می شود که از محصول طراحی شده توسط روش تاگوچی مستحکم تر است.
2-هر دو روش با تنظیم سطوح فاکتورها به نتایج خاص خود می رسند. هر دو روش به کمک ابزار آماري، فاکتورهاي با اهمیت را شناسایی کرده و آنها را در سطوح خاص تنظیم می کنند.
3-روش شاینین با زمان کمتر و منابع کمتر به طور قابلتوجهی از روش تاگوچی ساده تر بوده و امکان اجراي آنبه راحتی میسر است. اما روش شاینین به آزمایش هايتأییدي بیشتري نیازمند است.
4-استفاده از روش تاگوچی، تیم، امکان اندازه گیري و ارزیابی تغییرها را دارد، در ضمن به کمک روش تاگوچی قابلیت شناسایی اثرهاي تغییرها براي کاربران امکان پذیر می شود.
5 -اعتبار نتایج به دست آمده از روش تاگوچی به دلیل محاسبه استحکامی که در عمل دسترسی به آن امکان پذیر نیست، مقداري زیر سؤال می رود [12]. در این مطالعه به کمک یک جدول مقایسه میان این دو روش با یک مطالعه موردي انجام شده است.

جدول1: مقایسه دو روش سنتی و تاگوچی با انجام مطالعه موردي[12]
روش
شاینین روش
تاگوچی معیارها
قوي ضعیف اعتبار اثر هاي اصلی
ضعیف قوي اعتبار اثر هاي متقابل
پایین زیاد پیچیدگی
آسان سخت اجرا
بالا پایین هزینه آزمایش ها
بالا پایین انعطاف پذیري

روش انجام این پژوهش
در این پژوهش بعد از اجراي روش ها به کمک نتایج به دست آمده از هر روش و به کمک تعدادي معیار کمی و ذهنی که وزن هاي خاصی به آنها اختصاص یافته است، به مقایسه روش ها پرداخته می شود.
وزن معیارها که اهمیت معیارها را در مقایسه با هم می رساند با نظر و مشورت کارشناسان با توجه به ویژگی ها و منابع و شرایط شرکت روز نوش کرمانشاه در نظر گرفته شده است و از موردي و یا شرکتی، تا مورد و شرکت دیگر متفاوت است.

معیارها و زیر معیارها براي مقایسه روش ها
چهار معیار براي مقایسه روش ها با هم در نظر گرفته شده اند:
3-1 -1 – معیار میزان بهبود ایجادشده با وزن 50درصد
3-1 -2 – معیار تعداد آزمایش هاي انجام گرفته با وزن درصد25
3-1 -3 – انعطاف پذیري در اجرا با وزن 15درصد
3-1-4- معیار پیچیدگی یا سهولت اجرا و تجزیه و تحلیل از لحاظ قابلیت تفهیم بیشتر به کارکنان با وزن10درصد.

نرمالیزه سازي
اعداد به دست آمده براي هر معیار در محدوده هاي متفاوت عددي قرار می گیرند. براي همسان سازي آن، مقادیر باید نرمالیزه می شوند؛ به گونه اي که دو مقدار به دست آمده یک معیار خاص براي سه روش را با هم جمع کرده تا مقدار کل در آن معیار خاص به دست بیاید.
مقدار به دست آمده براي هر معیار در هر روش بر مقدار کل تقسیم شده و در عدد 100 ضرب می شود. در این صورت می توان وزن هر معیار را در عدد به دست آمده (که براي همه روش ها در هر معیار در محدوده (100و0)قرار دارد، ضرب کرده و امتیاز هر معیار را براي هر روش محاسبه می شود.

میزان بهبود ایجادشده
هر یک از روش ها، بهبودهایی به نسبت مقدار اولیه در متغیر پاسخ ایجاد می کنند و ایجاد بهبود در متغیر پاسخ، هدف اصلی در اجراي طراحی آزمایش ها است. بنابراین این معیار به عنوان با اهمیت ترین معیار بیشترین وزن یعنی50درصد را به خود اختصاص می دهد. از رابطه زیر می توان این معیار را براي هر روش به دست آورد:
مقدار معیار میزان بهبود براي هر روش:
(1)
100× ( مقدار متغیر پاسخ بعد از بهبود/ مقدار میانگین متغ ی ر پاسخ قبل از بهبود)
هر چه مقدار به دست آمده از رابطه بالا براي یک روش بیشتر باشد، توانایی آن روش در ایجاد بهبود بیشتر بوده و نسبت به روش دیگر ارجح تر و امتیاز بیشتري دارد.

تعداد آزمایش هاي انجام گرفته
هر چه مقدار آزمایش هاي مورد نیاز در روش خاصطراحی آزمایش ها بیشتر باشد، میزان استفاده از دو منبعهزینه و زمان بیشتر است و برعکس. این معیار در درجه دوم اهمیت قرار گرفته، به گونه اي که وزن 25درصد را به خود اختصاص می دهد. از رابطه زیر می توان این معیار را براي هر روش به دست آورد:
مقدار معیار تعداد آزمایش ها براي روش :A
(2)
( تعداد آزمایش هاي صورت گرفته براي روشA/ 1)

با توجه به رابطه ذکرشده، مشخص است که صورت عبارت برابر عدد 1 است. هر چه تعداد آزمایش ها براي روش A بیشتر باشد، حاصل عبارت براي روش A عدد کوچک تري می شود و بر عکس. بنابراین با تعداد بیشتر آزمایش مقدار کمتر عددي براي هر معیار حاصل شده و در نتیجه امتیاز کمتر را به همراه دارد.

انعطاف پذیري در اجرا
در بسیاري از مواردي که روش هاي طراحی آزمایش ها به کار گرفته می شوند، ممکن است در ابتدا از وارد کردن فاکتورهاي اصلی در طراحی آزمایش ها کوتاهی شود و یا در مواردي به دلیل وارد شدن متغیر یا متغیرهاي اساسی دیگر (که ناشی از تغییر در فرایندها ، خرید مواد اولیه متفاوت از لحاظ ترکیب و نوع و کیفیت و… است)، ساختار طراحی آزمایش، یک و یا حتی چند فاکتور اساسی را نداشته باشند. در این مواقع اگر بتوان بدون نیاز به اجراي کامل طراحی آزمایش ها تشخیص داد که فاکتور مورد نظر با اهمیت است یا نه، و در صورتی که فاکتور مورد نظر با اهمیت باشد، می توان طرح را بار دیگر اجرا کرد؛ ولی اگر فاکتور یا فاکتورهاي مورد نظر با اهمیت نباشند، می توان نتایج طرح قبلی را همچنان معتبر دانست و از اجراي دوباره روش خودداري کرده و در منابع شامل هزینه و زمان و… در حد قابل توجهی صرفه جویی کرد.
امکان تخمین اثر متقابل با اهمیت میان فاکتورهاي موجود نیز براي بعضی روش ها با محدودیت هایی همراه است که این محدودیت ها باعث کاهش انعطاف پذیري روش ها می شود. در نهایت براي بررسی میزان انعطاف پذیري، دو حالت تعریف می شود:
1-زمانی که براي یک روش امکان بررسی اهمیت یک یاچند فاکتور جدید با انجام چند آزمایش(نه اجراي کاملطرح) امکان پذیر باشد و در صورت بی اهمیت بودن، ازاجراي دوباره طرح جلوگیري کرده و طرح قبلی را همچنان بتوان معتبر دانست.
2-اگر بتوان اثر متقابل با اهمیت میان فاکتورها را بدون انجام آزمایش هاي جدید و یا با انجام آزمایش کم (به گونه اي که بتوان از بخشی از آزمایش هاي قبل استفاده کرد و بدون نیاز به اجراي یک طرح جدید)تعیین کرد.
انعطاف پذیري زیاد: هر دو حالت امکان پذیر باشند.
انعطاف پذیري کم: فقط حالت دوم امکان پذیر باشد.
عدم انعطاف پذیري: هیچ یک از حالت ها امکان پذیر نباشند.
اما در بررسی انعطاف پذیري دو روش طراحی آزمایش ها با هم، با توجه به میزان انعطافی که هر روش دارد، مقدار عددي خاصی اختصاص می گیرد که این مقدار بعد از نرمالیزه سازي و ضرب در وزن معیار به عنوان امتیاز براي هر روش در نظر گرفته می شود. در جدول(2) به معرفی درجه انعطاف پذیري و امتیاز اختصاصی به هر یک از آنها پرداخته می شود:

جدول2: انعطاف پذیري
انعطاف پذیري روش مقدار معیار براي هر روش
انعطاف پذیري زیاد 100
انعطاف پذیري کم 50
عدم انعطاف پذیري 20

اهمیت این معیار در رتبه سوم قرار دارد و به همین دلیل امتیاز 15درصد را در مقایسه با دیگر معیارها به خود اختصاص می دهد.

پیچیدگی یا سهولت اجرا و تجزیه و تحلیل از لحاظ قابلیت تفهیم بیشتر به کارکنان
اگر روشی که براي حل مشکل هاي کیفی و یا ایجاد بهبود در یک واحد تولیدي یا خدماتی به کار گرفته می شود، براي افراد معمولی و کارکنانی که به طور گسترده اي با فرایندها و در نتیجه مشکل هایی که وجود دارد قابل درك باشد، آن روش از شانس بیشتري در اجراي مستمر و توانایی بسیار بیشتري در حل مشکل ها و ایجاد بهبود بهره مند است.
بنابراین معیار سومی که به منظور مقایسه روش ها در نظر گرفته شده است، پیچیدگی یا سهولت اجرا و قابلیت تفهیم بیشتر است. در این راستا با توجه به جدول مقدار معیار پیچیدگی براي هر روش با توجه به ویژگی هاي آن مشخص می شود که با نظرسنجی از تیم اجرایی طراحی آزمایش ها واختصاص مقدار مناسب به هر زیرمعیار، نرمالیزه سازي شده و با ضرب در وزن معیار به عنوان امتیاز به هر روش اختصاص می یابد.

جدول3: میزان پیچیدگی

میزان پیچیدگی روش
پیچیدگی پایین پیچیدگی بالا زیر معیارهاي بررسی
سهولت و یا پیچیدگی اجرا وتحلیل
100-51 50 -0 سهولت در یافتن فاکتورهاي با اهمیت
100-51 50 -0 نوع طرح آزمایش (ترکیب فاکتورها براي
اجراي آزمایش ها)
73152-1193649



قیمت: تومان


دیدگاهتان را بنویسید