El sistema de calidad propuesto en la metodología de Taguchi supone una revolución de los sistemas de calidad tradicionales, donde predominaba el uso de herramientas para el control On Line. El enfoque de Taguchi destaca la importancia del control de la calidad
Off Line y, por tanto, de un diseño apropiado del producto y del proceso. Este enfoque se basa más en aspectos relacionados con la infraestructura de la calidad que en aspectos relacionados con la filosofía de empresa y estadística. Se utilizara fundamentalmente el diseño de experimentos como herramienta para fabricar productos más robustos y, por tanto, menos sensibles a los factores de ruido. Es decir, se reducen los efectos de la variabilidad sobre las características de la calidad del producto y del proceso. Inicialmente, la aplicación del diseño de experimentos estaba más dirigida a la optimización de los valores promedio de las características de la calidad sin tener en cuenta los efectos de la variación.
La filosofía de la calidad de Taguchi se puede resumir en los siete puntos básicos siguientes
1. Un aspecto importante de la calidad del proceso manufacturado es la pérdida total ocasionada por dicho producto a la sociedad.
2. En una economía competitiva son necesarias una mejora continuada de la calidad y una reducción de los costos. Este punto marca una diferencia fundamental entre las políticas de Japón y Estados Unidos, puesto que las compañías americanas buscan fundamentalmente la nueva tecnología y la innovación (métodos para la mejora del proceso y el producto), mientras que las compañías japonesas enfocan sus objetivos a una mejora gradual, empleando el diseño de experimentos para determinar los parámetros que permiten reducir los costos y mejorar la calidad.
Se distinguen:
Tres tipos de costos:
- · Costos asociados al diseño del producto.
- · Costos de manufacturación.
- · Costos de operación.
Estos tres tipos de costos se pueden reducir mediante un uso apropiado del diseño de experimentos.
3. Un programa de mejora continuada de la calidad incluye una reducción constante de la variación de las características de la calidad en torno a los valores nominales o umbrales.
4. La pérdida ocasionada por la variabilidad en el proceso de fabricación del producto es proporcional al cuadrado de la deviación típica de la característica de la calidad estudiada respecto al valor nominal.
5. La calidad y el coste final del producto manufacturado dependen en gran medida del diseño efectuado para el producto y el proceso.
6. La variabilidad del proceso y del producto se puede reducir mediante el efecto no lineal de los parámetros del producto y del proceso sobre las características de la calidad.
7. Los diseños de experimentos estadísticos pueden ser utilizados para identificar el conjunto de parámetros del producto y del proceso que reducen la variación y, por tanto, mejoran la calidad, la productividad, la fiabilidad del proceso de manufacturación sus resultados.
2. Control de calidad Off Line y On Line
Según se comentó en el primer tema, se distinguen dos aspectos en el estudio de la calidad de un producto: La calidad del diseño y la calidad de conformidad. En la nomenclatura adoptada por la metodología de Taguchi estos dos aspectos son referidos como calidad Off Line y calidad On Line, respectivamente.
La calidad Off Line está relacionada con los siguientes puntos:
(i) Correcta identificación de necesidades y expectativas del cliente.
(ii) Diseño de un producto que cubra las necesidades del cliente.
2(iii) Diseño de un producto cuyo proceso de manufacturación sea consistente y económico.
(iv) Desarrollo de especificaciones, procedimientos y equipos de manufacturación que sean adecuados.
En el proceso que acompaña a la definición de la calidad Off Line hay dos etapas:
· Diseño del producto.
· Diseño del proceso.
En la etapa (I), un nuevo producto es elaborado, o bien un producto existente es modificado. El objetivo en esta etapa es, según se ha comentado anteriormente, crear un producto que cubra las necesidades del cliente y que haga sencillo el proceso de manufacturación.
En la etapa (II), se crean los elementos necesarios para que el proceso de
Manufacturación permita la elaboración de productos con los requerimientos y especificaciones establecidos en la etapa anterior. Más concretamente, los puntos (i)-(iii) son considerados en la etapa Off Line-(I), mientras que el punto (iv) es considerado en la etapa Off Line-(II). En la metodología de Taguchi se distinguen tres etapas en el diseño de la calidad Off Line:
· Diseño del sistema.
· Diseño de los parámetros.
· Diseño de la tolerancia.
Taguchi (1986) establece dos etapas en el control de la calidad On Line:
- Métodos de control de la calidad de la producción:
- · Proceso de diagnóstico y ajuste.
- · Predicción y corrección.
- · Medición y acción.
- · Relaciones con los clientes.
A continuación se describen las etapas señaladas en la metodología de Taguchi para el control de la calidad.
Calidad Off Line
En la etapa (I), es decir, en el diseño del producto, se considera en primer lugar el problema de diseño del sistema. Se aplica entonces el conocimiento científico para desarrollar un prototipo de diseño que cumpla los requerimientos del cliente. La selección inicial de materiales y de tecnología para el proceso de manufacturación es realizada en esta fase. El principal objetivo en esta etapa es conseguir la mejor tecnología disponible para cubrir las necesidades del cliente al costo más bajo posible. Este ´último aspecto diferencia la metodología de Taguchi de la metodología Western, donde el objetivo prioritario es el uso de la ´ultima tecnología, aunque esto suponga aumentar los costos. El siguiente paso es el diseño de los parámetros, determinando el conjunto ´óptimo de parámetros del producto. El objetivo aquí es minimizar los costos de manufacturación y de la vida del producto mediante minimización de la variación en la ejecución. Esto se consigue mediante la creación de diseños robustos, que no se ven afectados por los factores de ruido. Un factor de ruido es una fuente de variación incontrolable en las características funcionales del producto. En esta etapa de diseño de los parámetros se utiliza el diseño de experimentos para determinar el impacto de los factores controlables y no controlables (ruido) sobre las características del producto. El objetivo aquí es la selección de niveles de los factores controlables que permiten minimizar los efectos de los factores de ruido, haciendo el producto robusto frente a dichos factores.
Finalmente, en el diseño de las tolerancias se establecen los límites en torno al valor nominal o umbral establecido en la etapa anterior. El objetivo en esta etapa es definir o especificar unas tolerancias lo suficientemente amplias como para minimizar costos, pero manteniendo las características funcionales del producto dentro de las especificaciones.
En la etapa (II), es decir, en el diseño del proceso, se considera, en primer lugar, de forma paralela a la etapa anterior, el diseño del sistema, que consiste en la selección del proceso de manufacturación sobre la base del conocimiento del producto y de la tecnología de manufacturación de ese momento. El objetivo principal es especificar el uso de maquinaria existente y el proceso en la medida de lo posible.
En el diseño de los parámetros se determinan los niveles apropiados de los factores controlables que intervienen en el proceso de producción. El objetivo aquí es hacer el proceso robusto para minimizar los efectos de ruido sobre el proceso de producción y el producto acabado. El diseño de experimentos es utilizado durante este paso.
Finalmente, en el diseño de las tolerancias, se establecen las tolerancias para los parámetros del proceso, identificadas como críticas en el diseño durante el diseño de los parámetros. Si el diseño de los parámetros del proceso o del producto se ha realizado pobremente, es necesario, quizás, realizar un reajuste de tolerancias, o bien considerar materiales de elevado costo o equipos de alta calidad, lo que produce un incremento de los costos de manufacturación.
42.2. Calidad On Line
En la metodología de Taguchi se distinguen tres vías para el control de la calidad On Line:
Diagnóstico y ajuste del proceso: El proceso es examinado en intervalos regulares de tiempo; ajustes y correcciones son efectuados según las necesidades que surgen.
Predicción y corrección: Un parámetro cuantitativo o numérico del proceso se mide en intervalos regulares de tiempo. Los datos son utilizados para proyectar tendencias en el proceso. En el caso en que el proceso se encuentra demasiado alejado de los valores umbrales o nominales, el proceso es reajustado para corregir la situación.
Este método se conoce con el nombre de control feedback o feedforward.
Medición y acción: Consiste en el control de la calidad mediante inspección. Cada unidad manufacturada es inspeccionada. Las unidades defectuosas son reparadas o eliminadas. Este procedimiento de control de la calidad es el más caro, puesto que no previene defectos ni tampoco identifica todas las unidades defectuosas.
Relaciones con los clientes: Servicios a clientes pueden ofrecer la reparación o el reemplazamiento de productos defectuosos, o bien la compensación de pérdidas.
Se puede actuar sobre los tres tipos de factores de ruido que se consideran en la
Metodología de Taguchi, es decir, factores de ruido externo, interno y unidad a unidad, en diferentes etapas del proceso, no solo en el diseño de los parámetros asociado al control de la calidad Off Line. Por ejemplo, se puede actuar sobre los tres tipos de ruido en el diseño del producto, en las etapas de diseño del sistema y de diseño de los parámetros. En el diseño de las tolerancias solo se puede actuar sobre factores de ruido interno y unidad a unidad. Sobre estos ´últimos factores de ruido también se puede actuar desde la fase de diseño del proceso. Con el control de la calidad On Line también se puede actuar sobre los factores de ruido unidad a unidad.
FUNCIÓN DE PÉRDIDA
La calidad del producto ha sido medida usualmente mediante comparación de características críticas del producto con especificaciones de fabricación establecidas para el producto. Las especificaciones sobre el producto son importantes. Sin embargo, en la actualidad hay un interés creciente por el desarrollo de técnicas que permitan el control de características del proceso que determinan la calidad del producto final. El objetivo final es reducir la variabilidad del proceso y conseguir que las características de la calidad se encuentren lo más cercanas posibles a los valores umbrales. Las especificaciones en el proceso de fabricación suelen venir dadas en términos de la cantidad de variabilidad que puede ser tolerada en las características del producto y del proceso. Normalmente suelen ser expresadas en términos de: Un valor estándar o umbral.
Límites de tolerancia bilaterales (naturales o especificados). Valores umbrales con un rango de tolerancia (natural o especificado). Límites de tolerancia unilaterales (superiores o inferiores). Según nos alejamos del valor umbral la pérdida aumenta. Por tanto, en el diseño de una función de pérdida se ha de considerar una función cuyo mínimo se encuentre en el valor umbral u objetivo y cuyos valores aumenten progresivamente según nos alejamos de dicho valor. En particular, es deseable un incremento de la velocidad de crecimiento de los valores de la función de pérdida a partir de los puntos definidos por los límites de tolerancia (asíntotas verticales situadas sobre los límites de tolerancia). La función dependida puede ser simétrica o asimétrica. En la metodología de Taguchi se utiliza una función de pérdida L cuadrática, según se vio en el Tema
Según este modelo, la pérdida es causada por la variabilidad de la característica estudiada y por el sesgo. Por tanto, para reducir la pérdida se debe actuar sobre la variabilidad del proceso y sobre la desviación del valor medio de la característica de la calidad estudiada respecto al valor nominal. Este argumento será utilizado también, en la próxima sección, para justificar el uso de la razón señal- ruido en la fase de diseñó de los parámetros.
RAZONES SEÑAL RUIDO
Tradicionalmente, mediante técnicas de diseñó de experimentos se han evaluado los efectos de factores sobre la calidad de una característica. En el caso de una sola realización para cada experimento, se combinan los diferentes valores de la respuesta observados en cada realización de los experimentos, definidos en la matriz del diseñó, para obtener una estimación de los efectos principales y de sus interacciones. Cuando se consideran réplicas de la variable respuesta en cada combinación de los niveles de los factores, la variación del error también puede ser estimada; el análisis se define en términos de los valores medios muéstrales obtenidos de las réplicas.
Sin embargo, cuando se introduce la función de pérdida (en particular, cuando se considera la formulación se hace patente la necesidad de combinar el estudio de la respuesta media con la variabilidad, es decir, definir una medida que recoja ambos aspectos. Esta medida es referida por Taguchi como razón señal- ruido. Esta terminología proviene del lenguaje utilizado en ingeniería, donde la media de la variable respuesta representa la señal y la variación σ
Representa el ruido. Se pueden definir diferentes medidas de razón señal- ruido, dependiendo del objetivo del estudio. Las más frecuentes son:
(Aproximación a un valor nominal. La pérdida se incrementa según la característica de la calidad estudiada se aleja del valor nominal. Aproximación al valor más pequeño. El valor nominal es cero y la característica de la calidad es no negativa. La pérdida disminuye según la característica de la calidad se aproxima a cero.
Aproximación al valor más grande. El valor nominal es infinito y la característica de la calidad es no negativa. La pérdida disminuye cuando la característica de la calidad crece. En el caso, se considera un factor o parámetro de ajuste que elimine el sesgo de la variable respuesta o característica de la calidad estudiada. Los parámetros de ajuste son factores controlables sobre los que se puede actuar. En algunos casos, se pueden determinar parámetros de ajuste que modifiquen la media sin afectar a la varianza. Mediante el uso de dicho parámetros, se consigue eliminar el sesgo o reducirlo considerablemente. La pérdida media viene dada entonces en términos de kσ2 y el objetivo será minimizar o reducir la variabilidad.
5. Diseño de experimentos ortogonales
Para el estudio de los factores que afectan a un producto o proceso, Taguchi se basa en un conjunto pequeño de matrices del diseñó. Estas matrices definen diseños ortogonales, es decir, sus columnas son ortogonales. Los diseños factoriales 2k son un ejemplo de diseños ortogonales. Taguchi utiliza los valores 1 y 2 para denotar los niveles bajo y alto, respectivamente, en lugar de la notación usual ±, puesto que considera la posibilidad de más de dos niveles en cada factor. En la metodología de Taguchi se consideran diseños ortogonales fraccionarios, es decir, se reduce el número de filas de la matriz del diseñó mediante identificación de factores principales y de factores de interacción. Esto permite una mayor viabilidad del estudio de tratamientos. Por ejemplo, para el diseñó 27 de 7 factores con dos niveles, Taguchi considera la siguiente matriz de diseñó.
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