Генити Тагути. 
Концепции управления качеством

Генити Тагути (Genichi Taguchi, род. в 1924 г.) — известный японский статистик, лауреат самых престижных наград в области качества (премия Деминга присуждалась ему четыре раза), изучал вопросы совершенствование промышленных процессов и продукции с конца 40-х годов. Тагути развил идеи математической статистики, относящиеся, в частности, к статистическим методам планирования эксперимента и контроля качества.

До призыва на военную службу в течение года он изучал текстильное машиностроение в техническом колледже. Отслужив в Астрономическом департаменте Навигационного института Японского императорского военно-морского флота, Тагути работал в Министерстве здравоохранения и Институте математической статистики Министерства образования. Глубоко изучить методы планирования эксперимента и использования ортогональных расположении ему помог известный японский статистик Масуя-ма, с которым Тагути познакомился в Министерстве здравоохранения.

В 1950 г. Г. Тагути начал работать в только что основанной лаборатории электросвязи компании Nippon Telephone and Telegraph, поставив себе целью способствовать повышению эффективности опытно-конструкторских работ путем обучения инженеров более прогрессивным методам работы. Там он работал более 12 лет, и именно в этот период начал разрабатывать собственные методы, активно консультировать промышленные предприятия. В начале 50-х годов японские компании, включая компанию Toyota и ее филиалы, начали широко применять его методы.

В 1951 г. вышла из печати первая книга Г. Тагути, которая познакомила многих с понятием «ортогональные расположения».

В течение 1954;1955 гг. Г. Тагути по рекомендации индийского ученого П. Махаланолуса работал приглашенным профессором в Индийском институте статистики. Здесь он познакомился со знаменитыми статистиками Р. Фишером и В. Шухартом. В 1957;1958 гг. вышло из печати первое издание его двухтомной книги «Планирование экспериментов» (Design of Experiments).

В 1962 г. он впервые побывал в Соединенных Штатах в качестве приглашенного исследователя Принстонского университета, и в этот же приезд он посетил Bell Laboratories компании АТ & Т. В Принстоне Тагути был принят известным статистиком Джоном Тьюки, который и пригласил его в эту лабораторию для работы со статистиками от промышленности. В том же году университетом Кьюшу ему была присуждена докторская степень.

В 1964 г. Тагути стал профессором университета Аойама Гакуин (Aoyama Gakuin) в Токио и оставался на этой должности до 1982 г.

В 1966 г. Тагути с соавторами написал книгу «Управление конечными результатами» (Management by Total Results). В ту пору методы Тагути были еще мало известны на Западе, хотя их уже применяли в Индии и на Тайване. В тот период и в течение 70-х годов его методы в основном применялись в производственных процессах, а переход к их использованию для разработки и проектирования продукции произошел в 80-е гг.

В начале 70-х Тагути разработал концепцию функции потери качества (Quality Loss Function). В эти же годы он опубликовал еще две книги и выпустил третье (последнее) издание книги «Планирование экспериментов».

К концу десятилетия список наград, полученных Тагути, выглядел впечатляюще: премии Демига за применение методов в 1960 г. и за литературу по качеству в 1951 и 1953гг.

В 1980 г. Тагути был приглашен для серии выступлений в Соединенные Штаты. К тому времени Тагути стал директором Японской академии качества. Во время этого визита Тагути вновь посетил Bell Laboratories. Несмотря на языковые проблемы, успешно были проведены эксперименты, вследствие чего методы Тагути были признаны в Bell Laboratories.

После визита Тагути в Америку его методологию начинает применять все большее и большее число американских производителей. Однако его методы вызвали и негативную реакцию среди американских статистиков. Но, возможно, это была реакций на способы, которыми они продвигались на рынок. Тем не менее, многие американские компании, в частности Xerox, Ford и IТТ, увлеклись использованием методов Тагути.

В 1982 г. Тагути оставил преподавательскую работу в университете и, выйдя на пенсию, стал советником Японской ассоциации стандартов, в 1983 г. он был назначен исполнительным директором Американского института поставщиков, в котором также работал и его сын Шин.

В 1984 г. Тагути снова был отмечен премией Деминга за книги по качеству, а в 1986 г. Международный институт технологии наградил его медалью Вилларда Рокуэлла. В Европе, однако, методы Тагути пока не производили большого впечатления. Положение изменилось, когда Институт статистиков Великобритании в 1987 г. организовал первую конференцию по этим методам. В том же году был образован Клуб Тагути в Соединенном Королевстве.

Роль Г. Тагути.

Заслуга Тагути заключается в том, что он сумел найти сравнительно простые и убедительные аргументы и приемы, которые сделали планирование эксперимента в области обеспечения качества реальностью. Именно в этом видит сам Тагути главную особенность своего подхода [7].

Концепция Тагути включает целый ряд ключевых моментов, среди которых отметим принцип робастного проектирования и функцию потерь качества.

Начнем с робастности (от англ. robust — крепкий, устойчивый). Цикл жизни любого товарного продукта Тагути предлагает разделить на две неравные части. Первая — разработка и внедрение изделия (все то, что предшествует товарному производству). Вторая — собственно производство и эксплуатация. Проблемами качества надо начинать заниматься на первом этапе — чем раньше, тем лучше. Тогда появляется возможность не ужесточать контроль и не использовать очень совершенное, и значит и очень дорогое оборудование, а построить процесс проектирования и производства продукции так, чтобы ее характеристики были в наименьшей степени подвержены разбросу за счет несовершенств самого производственного процесса, вариации условий окружающей среды, неоднородности сырья и других помех, неизбежных в производстве и эксплуатации продукции. Вот характерный пример. Одна японская фирма производила керамические плитки. Геометрические размеры плиток сильно варьировались из-за неравномерности температурного поля печи обжига. Конечно, печь можно было усовершенствовать или просто купить более дорогую. Однако оказалось, что незначительного изменения состава плитки достаточно, чтобы уменьшить разброс размеров в десять раз.

Такой подход очень соблазнителен, особенно для нас сейчас, поскольку он оставляет надежду на существенное усовершенствование производства без сколько-нибудь существенных капиталовложений, на имеющемся оборудовании, при сложившейся обстановке. Хоть этому и не всегда суждено сбыться, а все-таки шанс есть.

Технологической основой робастного проектирования (Robust Design) служит планирование эксперимента. Это широко известная концепция, современный вариант которой возник в 20-е годы XX века в Великобритании и связан прежде всего с именем сэра Рональда Фишера (Ronald Fisher). Она была развита в работах многих исследователей в разных странах. Десятки тысяч публикаций в области планирования эксперимента помешали вовремя заметить, что их распространение и эффективность в Японии гораздо выше, чем в США, а тем более у нас. Тем не менее, это так. Японская система широкомасштабного обучения специалистов оказалась более эффективной. Так, только на курсах, организованных компанией Nihon Denso, и на курсах Японского союза ученых и инженеров (JUSE) ежегодно обучаются десятки тысяч инженеров. Есть основание считать, что львиную долю заслуг за повышение качества и производительности в Японии за последние три десятилетия надо приписать широкому использованию статистически планируемых экспериментов.

Особенности подхода Тагути к планированию экспериментов заключаются в ограничении возможностей проведения экспериментов только ортогональными планами и по возможности без эффектов взаимодействия. Кроме того, Тагути предпочитает насыщенные или близкие к насыщенным планы. А при обработке результатов эксперимента предпочтение отдается графическим методам или, в крайнем случае, дисперсионному, а не регрессионному анализу. Все эти предпочтения ограничивают весьма немногочисленный класс планов и процедур их анализа, что весьма упрощает проблемы выбора для экспериментатора. Вместе с тем отвергается огромный потенциал наработок математической теории эксперимента.

Если при традиционном регрессионном анализе происходит непрерывная адаптация процесса к непрерывно «ускользающему» оптимуму, то в подходе Тагути фоормируется такой режим, который в наименьшей степени нуждается в адаптации, который создает наиболее устойчивую ситуацию, позволяющую спокойно смотреть на «бурные протуберанцы внешних условий».

В классическом планировании эксперимента обычно предполагается, что ошибка воспроизводимости опыта, характеризуемая дисперсией в параллельных опытах, одинакова при различных комбинациях уровней факторов. В жизни такое условие выполняется достаточно редко. На борьбу с этим неудобством привлекаются различные преобразования, стабилизирующие дисперсию. Если же в этом случае вводить веса наблюдений, то основное свойство этих планов эксперимента — ортогональность — при обработке данных не приводит к раздельной оценке влияния факторов.

Традиционно неоднородность дисперсий выступает как мешающий параметр, затрудняющий оценку основного отклика. Тагути отказался от этого догмата и начал рассматривать дисперсию просто как второй отклик. Тогда открывается возможность отыскания такой комбинации уровней факторов, которая минимизировала бы эту дисперсию.

С введением двух откликов немедленно всплывает хорошо известная проблема «Тришкина кафтана». И здесь Тагути предлагает разделить факторы на группы так, чтобы в одной из них оказались факторы, ответственные за основной отклик («номинал»), а во второй — ответственные за разброс. Для выявления этих групп Тагути вводит новый обобщенный отклик, который называет «отношением сигнал/шум». Сигнал/шум — близкий родственник хорошо известного коэффициента вариации. Таким образом, исходная задача разбивается на две независимые оптимизационные процедуры: одну для номинала, а вторую для разброса. А поскольку они осуществляются в разных пространствах, результаты их просто «склеиваются», что и дает искомый устойчивый или робастный режим.

Полезно иметь в виду, что аналогичным образом предлагается разрабатывать и само изделие, и оборудование, на котором мы собираемся производить это изделие, и технологию, с помощью которой все это будет осуществляться. Таким образом, достигается широкое методологическое единство.

Другая важная особенность подхода Тагути — систематическое использование так называемой функции потерь качества (Quality Loss Function), учитывающей потери потребителя (а значит — и общества в целом), связанные с качеством изделий.

В классическом подходе, восходящем еще к Ф. Тейлору, считается, что все изделия, попавшие внутрь поля допуска, равноценны. А функция потерь Тагути различает изделия внутри допуска в зависимости от их близости к номиналу (рис. 7). Это создает возможность гораздо более тонкого оценивания и регулирования производственного процесса. Конечно, функции цены, затрат или эффективности — дело не новое. Однако достоинством методологии Тагути является объединение этих разрозненных элементов в некую концепцию, связанную с улучшением качества. Смещение акцентов в методах планирования эксперимента, учет при этом функции потерь и т. д. делают эту концепцию привлекательной для критики и что самое главное — приносят реальную экономию затрат на совершенствование качества.

Прежде всего может показаться, что робастный режим не обеспечивает требуемую эффективность производства. Значит, без дополнительных затрат все-таки не обойтись. Но можно ли их минимизировать? Оказывается, можно. Для улучшения процесса надо сузить допуск на показатель качества. А для этого надо сузить допуски на некоторые факторы. Чтобы выбрать наиболее подходящие факторы, можно спланировать эксперимент по Тагути уже не для самих значений факторов, а для точностей их поддержания. Тогда выявятся те из них, сужение допусков на которые будет самым эффективным в смысле функции потерь. Именно в ужесточение уровней этих факторов и надо вкладывать дополнительные средства.

Таким образом, вся процедура получается как бы двухэтажной. Сначала планируются параметры при заданных допусках, а затем, если результат не достигнут, уточняются сами допуски. Причем процедура остается все время одна и та же.

Но и этого мало. Дело в том, что почти аналогичный подход удается распространить и на такие объекты, динамикой которых нельзя пренебречь. А это делает методы Тагути универсальными.

Анализ допусков, и особенно изучение динамики объектов, часто не позволяет исследователю непосредственно экспериментировать с объектом. Тогда на помощь приходит так называемый машинный имитационный эксперимент, то есть эксперимент на объекте заменяется экспериментом на математической модели этого объекта. Во многих случаях, например, в космических исследованиях, имитационное моделирование — единственная возможность получения практически важных результатов на этапе разработки изделий.

Универсальность подхода Тагути подчеркивается еще и тем обстоятельством, что при переходе от разработки продукции к ее промышленному производству Тагути вводит новые индексы воспроизводимости процессов и новые способы вычисления дисперсий и квадратичных ошибок, создающие новые возможности. Наконец связаны методы Тагути и с изучением рынка.

Идеи Тагути в течение 30 лет составляли базу инженерного образования, а Японии, где издано его 7-томное собрание сочинений. В США эти методы стали известны в 1983 г. после того, как компания Ford Motors впервые начала знакомить с ними своих инженеров. Невнимание к методам Тагути — одна из причин серьезного отставания от Японии многих производственных компаний США и Европы.