Taguchi-Methoden

Strategie von Taguchi

Neben der Betrachtung einer Zielgröße, die es zu optimieren gilt, hebt Taguchi vor allem das Streuverhalten in den Vordergrund. DieToleranz eines Bauteiles wird nicht als Herstellungsgrenzwert gesehen, sondern als „Verlustfunktion“. Taguchis Ziel entspricht dem zeitgemäßen Qualitätsverständnis, das den Kunden in den Mittelpunkt stellt. Für den Kunden reduziert sich der Gebrauchswert eines Produktes kontinuierlich mit der Abweichung vom Zielwert.

Ein wichtiges Ziel der Produkt- und Prozeßentwicklung ist die Minimierung der Streuung. Die Minimierung der Streuung darf aber nicht dadurch erreicht werden, dass der Entwickler enge Tolerenzen vorgibt! Vielmehr soll eine Unempfindlichkeit gegen diese Streuung erreicht werden.

Die Entwicklungsstrategie ist deshalb robuste Systeme zu schaffen. Prozesse sind robust, wenn das Prozeßergebnis möglichst wenig von unvermeidlichen Schwankungen der Parameter, Materialeigenschaften, Umgebungsbedingungen usw. abhängt. Dabei können nichtlineare Zusammenhänge helfen. Für den dargestellten Zusammenhang eines Prozeßparameters auf eine Zielgröße wirkt sich die Streuung im rechten Bereich weniger aus, als für den linken Bereich.

Für einen robusten Prozeß sucht man diesen Bereich. Die Zielgröße kann in den meisten Fällen durch andere Parameter variiert und auf Sollwert gebracht werden.

Als „Maß“ für die Streuung schlägt Taguchi das sogenannte „Signal-Rausch-Verhältnis“ (signal-to-noise-ratio, kurz SN-Verhältnis) vor.

Diese SN-Verhältnis beinhaltet auch die Zielgröße als Mittel, wodurch es auch von dessen Niveau abhängig ist. Dies kann gewünscht sein, wenn Parameter mit unterschiedlichen Größenverhältnissen verglichen werden sollen. Interessiert nur die Standardabweichung s, so ist auch das sogenannte Robustheitsmass zu verwenden:

Taguchis Versuchspläne

Versuchspläne entsprechen im wesentlichen den teilfaktoriellen Versuchen und werden mit Lx bezeichnet, wobei x die Anzahl von Versuche ist. Diese Pläne sind entsprechend orthogonal. 2 Beispiele für orthogonale Felder nach Taguchi stellen folgende Pläne dar:

L₄ (2³)

	A	B	C
1	1	1	1
2	1	2	2
3	2	1	2
4	2	2	1

Anstelle der Normierung –1 .. 1 werden die Einstellungen durchnummeriert. Der folgende Plan läßt jeweils 3 Stufen zu:

L₉ (3⁴)

	A	B	C	D
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

Der Vorteil dieser Pläne ist, dass sie sehr wenig Versuche benötigen. Dafür sind Wechselwirkungen, miteinander vermengt und lassen sich nicht eindeutig bestimmen. Wechselwirkungen können jedoch nicht einfach unberücksichtigt bleiben, wenn sie vorhanden sind. Dies lässt sich jedoch umgehen, wenn zusätzliche Versuch durchgeführt werden, die die gewünschten Wechselwirkungen enthalten.

Zu diesen Versuchsplänen für die Faktoren, die auch Steuergrößen genannt werden, kann ein weiterer Versuchsplan hinzugefügt werden, der sogenannte Störgrößen berücksichtigt. Dieser wird um 90° gedreht als „äußeres Versuchfeld“ angeordnet. Die verschiedenen Stufen des äußeren Feldes werden wie mehrmalige Realisierungen der Steuergrößen behandelt. Mittelwert und Streuung sind zwei verschiedene getrennt behandelte Zielgrößen

In der Auswertung geht man grundsätzlich in 3 Schritten vor:

1. Faktoren mit den größten S/N-Verhältnissen suchen und festlegen
2. Festlegen der Faktoreinstellungen in der Zeile des größten S/N-Verhältnisses aus den Ergebnis-Zeilen
3. Einstellen des richtigen Zielwertes (Mittelwertes) mit den übrigen Faktoren

Dieser Reihenfolge liegt zu Grunde, dass es meist viel leichter ist den Mittelwert zu verändern, als die Streuung zu reduzieren.