Diseño Robusto

 

DISEÑO ROBUSTO

¿Qué es el diseño robusto?

Definimos un producto (o proceso) robusto como aquel que funciona como se desea aun bajo condiciones no ideales como son variaciones del proceso de manufactura o una variedad de situaciones de operación. Usamos el término ruido para describir variaciones no controladas que pueden afectar al funcionamiento y decimos que un producto de calidad debe ser robusto ante factores de ruido.

Un diseño robusto es la actividad de desarrollo de un producto para mejorar el desempeño deseado del producto al mismo tiempo que se minimizan los efectos de ruido. En diseño ro- busto empleamos experimentos y análisis de datos para identificar puntos de referencia robustos para los parámetros de diseño que podemos controlar. Un punto de referencia robusto es una combinación de valores de parámetro de diseño para los cuales el desempeño del producto es como se desea bajo una amplia variedad de condiciones de operación y variaciones de manufactura.

Conceptualmente, el diseño robusto es fácil de entender. Para un objetivo determinado de desempeño (restringir con seguridad el movimiento de pasajeros de asientos traseros, por ejemplo) puede haber muchas combinaciones de valores de parámetro que darán el resultado deseado. No obstante, algunas de estas combinaciones son más sensibles a una variación in- controlable que otras. Como es probable que el producto opere en presencia de varios factores de ruido, nos gustaría seleccionar la combinación de valores de parámetro que sea menos sensible a una variación incontrolable. El proceso de diseño robusto usa un método experimental para hallar estos puntos de referencia robustos.

Diseño de experimentos

El método de diseño robusto presentado en este capítulo está basado en un método llamado diseño de experimentos (DOE). En este método, el equipo identifica los parámetros que se pueden controlar y los factores de ruido que desea investigar. El equipo entonces diseña, ejecuta y analiza experimentos para ayudar a determinar los puntos de referencia de parámetros para alcanzar el desempeño robusto.

En Japón, durante las décadas de 1950 y 1960, el doctor Genichi Taguchi desarrolló técnicas para aplicar el DOE en mejorar la calidad de productos y procesos de manufactura. Comenzando con el movimiento de calidad de la década de 1980, el método del doctor Taguchi para el diseño experimental empezó a tener relevancia en la práctica de ingeniería en Estados Unidos, en particular en Ford Motor Company, Xerox Corporation, AT&T Bell Laboratories, y hasta en el American Supplier Institute (que fue creado por Ford).

Taguchi recibe crédito por promover varias ideas clave de diseño experimental para el desarrollo de productos y procesos robustos. Estas aportaciones incluyen la introducción de factores de ruido en experimentos para observar estos efectos y el uso de una métrica de relación de señal a ruido que incluye el desempeño deseado (señal) y los efectos no deseados (ruido). Si bien durante décadas los expertos en estadística habían estado mostrando a ingenieros cómo ejecutar experimentos, no fue sino hasta que los métodos de Taguchi se explicaron ampliamente a la industria manufacturera en Estados Unidos, durante la década de 1990, que los experimentos se utilizaron comúnmente para alcanzar un diseño robusto.

El DOE no es sustituto del conocimiento técnico del sistema bajo investigación. En realidad, el equipo debe usar su conocimiento del producto y forma de operación para escoger los parámetros correctos para investigar por experimento. Los resultados experimentales se pueden usar en coordinación con conocimiento técnico del sistema para hacer las mejores selecciones de puntos de referencia de parámetros. Además, los resultados experimentales se pueden emplear para construir mejores modelos matemáticos de la función del producto. En esta forma, la experimentación complementa al conocimiento técnico. Por ejemplo, los ingenieros de Ford tienen modelos matemáticos básicos del desempeño de cinturones de seguridad como una función de las dimensiones de un pasajero y tipos de colisión. Estos modelos permiten a la Ford dar dimensiones a elementos mecánicos y determinar la geometría del aditamento del cinturón. Con base en datos empíricos y simulación, los modelos analíticos y las directrices de diseño de cinturones de seguridad de Ford ganan precisión con el tiempo, y reducen la necesidad de estudios empíricos y de simulación que llevan mucho tiempo. Eventualmente, este conocimiento técnico puede mejorar hasta el punto en que sólo se requieren pruebas de confirmación de nuevas configuraciones de cinturones de seguridad.

El diseño y análisis experimental básico para desarrollo de un producto pueden ser planeados y ejecutados con éxito por el equipo de desarrollo. No obstante, el campo del diseño de experimentos tiene muchos métodos avanzados para resolver varios factores complicados y dar resultados experimentales más útiles. Los equipos de desarrollo así se pueden beneficiar de consultar a un experto en estadística o un experto en DOE que puede ayudar a diseñar el experimento y escoger el mejor método analítico.

El proceso de diseño robusto

Para desarrollar un producto robusto por medio del diseño de experimentos (DOE), sugerimos este proceso de siete pasos:

1.       Identificar factores de control, factores de ruido y métricas de desempeño.

2.       Formular una función objetivo.

3.       Desarrollar el plan experimental.

4.       Ejecutar el experimento.

5.       Realizar el análisis.

6.       Seleccionar y confirmar puntos de referencia de factor.

7.       Meditar y repetir.