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Cos’è la robustezza? Questo termine assume significati diversi in base al contesto.
Generalmente si intende forza, fermezza, solidità: è la capacità di resistere alle sollecitazioni, senza deformarsi né rompersi. In uno stato di robustezza, le prestazioni vengono poco compromesse (o variate) da fattori imprevedibili.
Cos’è quindi il Robust design? Continua a leggere per scoprirlo.
Le origini del Robust design
Definito anche metodo Taguchi (dal nome del suo inventore giapponese Genichi Taguchi), è una particolare tecnica di ottimizzazione che si basa su un metodo statistico degli anni ’20: il DOE – Design of Experiments – applicato alla progettazione dei sistemi.
Il DOE è stato inventato da uno scienziato inglese come metodo per ottimizzare la resa dei dati acquisiti in fase sperimentale. La maggior parte degli sviluppi di questo metodo, sono matematicamente molto complessi: questo ha fatto sì che l’utilizzo fosse relegato a soli specialisti.
La svolta avviene proprio con Taguchi, che concentrò i suoi studi nell’utilizzo pratico anziché teorico di questa metodologia.
La sua intuizione fu quella di non considerare la sperimentazione solo come un test di corrispondenza del prodotto o del processo (prefissato in fase di progettazione), ma vedere nella sperimentazione ulteriori opportunità di miglioramento, non pensabili a priori.
Progettazione robusta: come funziona?
Il tradizionale sistema di sperimentazione, si basa fondamentalmente su un ciclo di Deming (PDCA):
- Ipotesi
- Pianificazione
- Prova per verificare l’ipotesi
- Analisi dei risultati
- Attuazione delle correzioni
- Ulteriori prove
Questo viene reiterato fino a quando non si raggiunge un risultato che soddisfi le condizioni previste.
Se le condizioni generali rimangono stabili, il metodo è veloce ed efficiente. Se però (come accade spesso nei comuni ambienti di lavoro) le condizioni di contorno variano frequentemente o in maniera imprevedibile, velocità ed efficienza del metodo vengono meno.
Il metodo DOE si compone di due fasi:
- Identificazione delle variabili significative e della loro influenza nel risultato:
- capire le relazioni tra parametri di progetto e prestazioni
- capire l’effetto del “rumore”
- Individuazione della formulazione matematica che lega queste variabili:
- riduzione delle variazioni del processo e/o del prodotto
- ottimizzazione delle prestazioni
La prima fase consiste nell’effettuare una serie di prove opportunamente predisposte, atte ad identificare quali siano i fattori che influenzano il processo e i risultati, gli effetti di ogni singolo fattore e le interazioni tra gli stessi.
Questo permette di valutare la risposta finale ottenuta dalla combinazione di più fattori.
Ottenuta questa tabella, è possibile estrapolare la formula che lega il risultato del sistema alle variabili nelle loro varie composizioni.
Il Robust design anticipa l’applicazione del metodo DOE a partire già dalla fase di progettazione esecutiva, sostituendo in modo preliminare alcune prove sperimentali con delle simulazioni (meno onerose in termini di tempo e denaro), i cui risultati finali dovranno essere comunque validati da prove sperimentali.
Ma a questo punto, maggiormente focalizzate ed in numero minore.
Realizzare un sistema robusto, significa quindi garantire la stabilità delle prestazioni indipendentemente dall’effetto combinato delle variabili che non sono controllabili.
L’obiettivo è individuare i fattori fuori controllo – chiamati anche disturbi o rumore – e determinare i valori dei parametri che invece possono essere controllati, in modo da ridurre la variabilità indotta dai primi.
Alcuni fattori di “rumore” sono:
- Variazioni dei parametri
- Variazioni ambientali
- Condizioni operative
- Variazioni del processo di fabbricazione
Robust design: il concetto di “non qualità”
Qualità intimamente legata al costo: diceva lo stesso Taguchi, che la qualità è misurata come la perdita totale per la società causata da un prodotto, e che il costo di questa perdita è più importante della qualità.
E diceva anche, che la qualità è il modo migliore per ridurre i costi.
In altre parole, progettare senza controllo statistico significa investire in una qualità precaria, che molto probabilmente avrà bisogno di revisioni future. Magari anche in fasi tardive della progettazione, che permettono poco margine d’azione e necessitano di interventi dal costo molto elevato.
Più il sistema sarà robusto (e quindi resistente) alla variazione,
più alta sarà la qualità di esso percepita!
Sono Socio e General Manager di Kreacta, un brand di 10 i cube srl. Ho svolto in più occasioni il ruolo progettista meccanico e responsabile di prodotto in importanti aziende nel settore delle macchine utensili e della Ricerca Scientifica. Opero da oltre trent’anni nella progettazione meccanica e nella consulenza industriale, con esperienze anche nei settori di sviluppo del software, piattaforme web, realtà virtuale ed aumentata e sistemi interattivi.