Taguchi Quick Design

Domain: Desain Eksperimen · SQalytics · Taguchi orthogonal arrays L4-L27 + SNR (S/L/N) untuk robust design

1 Introduksi

1.1 Latar Belakang

Metode Taguchi (Taguchi, 1986; Roy, 2010) adalah pendekatan DOE yang populer di industri Jepang dan manufaktur kualitas total, dengan filosofi robust design — mengoptimalkan rata-rata sekaligus minimasi variansi terhadap noise factors. Taguchi memperkenalkan orthogonal arrays (OA) standar (L4, L8, L9, L16, L18, L27, ...) sebagai screening efisien untuk multi-faktor pada 2 atau 3 levels.

Signal-to-Noise Ratio (SNR) Taguchi mengkuantifikasi robustness: kombinasi tingkat parameter yang memberi SNR maksimum memberikan optimasi mean + variance reduction simultan (Phadke, 1989). Tiga jenis SNR umum: smaller-the-better (defect rate, impurity), larger-the-better (strength, yield), dan nominal-the-best (target spec).

1.2 Tujuan Modul

Modul Taguchi Quick Design di SQalytics ditujukan untuk:

1.3 Posisi di Antara Alternatif

Pilih Taguchi Quick Design untuk robust design + SNR optimization. Untuk screening saturated atau fractional design eksplisit, pakai Screening Design Builder. Untuk multi-level RSM, pakai RSM Studio. Untuk full factorial dengan semua interaksi, pakai Factorial Design Builder.

2 Metode

2.1 Dasar Teoretis

Orthogonal array memberikan struktur balanced: tiap level setiap faktor muncul sama frekuensi, dan setiap pasangan level dari dua faktor muncul sama frekuensi (balanced & orthogonal).

L9 (3⁴) array — 4 faktor 3 level, 9 run:

Run 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
9 3 3 2 1

Signal-to-Noise Ratio:

Smaller-the-better (defect, kontaminan):

$$ \text{SNR}_{\text{S}} = -10 \log_{10}\!\left(\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} y_i^2\right) $$

Larger-the-better (yield, strength):

$$ \boxed{\, \text{SNR}_{\text{L}} = -10 \log_{10}\!\left(\frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \frac{1}{y_i^2}\right) \,} $$

Nominal-the-best (target spec $y^* $, mis. moisture target 6%):

$$ \text{SNR}_{\text{N}} = 10 \log_{10}\!\left(\frac{\bar{y}^2}{s^2}\right) $$

Tujuan: maximize SNR untuk semua tipe (lebih tinggi = lebih robust).

Main effect SNR per faktor $A$ pada level $i$:

$$ \overline{\text{SNR}}_{A_i} = \frac{1}{n_{A_i}} \sum_{\text{runs with } A = i} \text{SNR}_{\text{run}} $$

Optimal level: level dengan $\overline{\text{SNR}}$ tertinggi per faktor (independent assumption).

Predicted SNR optimal combination (Taguchi prediction):

$$ \hat{\eta}_{\text{opt}} = \bar{\eta} + \sum_{j} (\overline{\text{SNR}}_{j,\text{best level}} - \bar{\eta}) $$

dengan $\bar{\eta}$ overall SNR mean.

Confirmatory run wajib di kombinasi optimal untuk validasi prediksi.

2.2 Persamaan Inti

SNR smaller: $-10 \log_{10}(\overline{y^2})$

SNR larger: $-10 \log_{10}(\overline{1/y^2})$

SNR nominal: $10 \log_{10}(\bar{y}^2 / s^2)$

Main effect SNR: $\overline{\text{SNR}}_{A_i} = \text{mean SNR runs with } A = i$

Predicted optimal: $\hat{\eta} = \bar{\eta} + \sum_j (\overline{\text{SNR}}_{\text{best},j} - \bar{\eta})$

2.3 Asumsi & Batas Validitas

Asumsi Konsekuensi jika dilanggar Cara cek di SQalytics
Independent main effects (no interaction) Optimal prediction bias Tambahkan column interaksi dalam L8/L16
Linear/monotonic response within levels 3-level OA fine; 2-level miss curvature Pakai L9 minimum untuk 3 level
SNR sesuai dengan tipe response Misinterpretasi optimum Pilih S/L/N tepat
Replicate $\geq 2$ untuk variance estimation $s^2$ tidak teridentifikasi (nominal) $r \geq 2$ rekomendasi
Confirmatory run pada optimal Predicted optimal tidak tervalidasi Jadwalkan confirmatory

3 Cara Kerja

3.1 Step-by-Step di SQalytics

  1. Buka Taguchi Quick Design dari domain Desain Eksperimen.
  2. Pilih orthogonal array: L4, L8, L9 (default 3-level), L16, L18, L27.
  3. Daftarkan faktor (sesuai capacity OA): nama, level values.
  4. Pilih SNR type: smaller / larger / nominal.
  5. Klik Generate Design.
  6. Setelah eksekusi, input hasil di tabel response.
  7. Klik Run SNR Analysis.
  8. Tinjau hasil:
    - Tab Main Effect Plot — SNR per level per factor.
    - Tab Optimal Level Table — recommendation per factor.
    - Tab Predicted SNR — di optimal combination.
    - Tab Confirmatory — checklist untuk run validasi.
  9. Opsional: klik 📰 Open in Publication Graph Studio untuk meneruskan Taguchi level map ke workflow publikasi cetak.

3.2 Template Tabel Input + Contoh Data Sintetis

Setup L9 untuk optimasi extraction yield (4 faktor 3 level, SNR larger-the-better):

Factor Nama Level 1 Level 2 Level 3
A T (°C) 50 65 80
B Time (min) 15 30 45
C Solvent ratio 5 12.5 20
D Ethanol (%) 50 70 90

3.3 Contoh Luaran

L9 with response (mg/g yield, n = 3 replicates per run):

Run A B C D $y_1$ $y_2$ $y_3$ SNR_L
1 1 1 1 1 8.5 8.2 8.7 18.5
2 1 2 2 2 12.4 12.8 12.2 21.9
3 1 3 3 3 15.8 15.5 16.0 23.9
4 2 1 2 3 14.2 14.5 14.0 23.0
5 2 2 3 1 18.5 18.8 18.2 25.4
6 2 3 1 2 16.8 16.5 17.0 24.5
7 3 1 3 2 19.5 19.8 19.2 25.8
8 3 2 1 3 17.2 17.5 17.0 24.7
9 3 3 2 1 22.5 22.8 22.2 27.0

Main effect SNR plot:

Level A (T) B (Time) C (Ratio) D (Ethanol)
1 21.4 22.4 22.6 23.6
2 24.3 24.0 23.9 24.1
3 25.8 25.1 25.0 23.9
Range 4.4 2.7 2.4 0.5

Optimal level: A₃ B₃ C₃ D₂ (rank by range: A > B > C > D — A dominant).

Predicted SNR at optimal:

$$ \hat{\eta}_{\text{opt}} = 23.8 + (25.8 - 23.8) + (25.1 - 23.8) + (25.0 - 23.8) + (24.1 - 23.8) = 28.6 $$
Kesimpulan ringkas: "Taguchi L9 untuk 4-factor 3-level extraction yield (SNR larger-the-better) menunjukkan Faktor A (Temperature) paling dominan (range SNR 4.4), diikuti B (Time, 2.7), C (Solvent ratio, 2.4), D (Ethanol, 0.5 — minor). Optimal combination: A₃ B₃ C₃ D₂ = 80 °C, 45 min, 20 mL/g, 70% ethanol. Predicted SNR optimal = 28.6 (vs grand mean 23.8). Confirmatory run wajib: jalankan 3 replicates pada kombinasi optimal; bila SNR observasi within 95% CI prediksi, optimal divalidasi. Jika ada interaksi suspected (mis. A × B tidak independent), pakai L18 atau Factorial Design untuk eksplisit interaction estimation."
Taguchi L9 main effect SNR plot + rank by range
Gambar 1. Analisis Taguchi L9(3⁴) untuk optimasi ekstraksi senyawa bioaktif dengan 4 faktor 3-level: A Temperature, B Time, C Solvent ratio, D Ethanol concentration. SNR larger-the-better (n = 3 replikasi per run, data sintetis). (a) Main effect SNR plot: tiap garis menghubungkan rata-rata SNR untuk 3 level per faktor; marker bintang menandai level optimal (SNR maximum). Garis putus-putus abu-abu = grand mean 23.8 dB. Optimal level: A₃ (80 °C), B₃ (45 min), C₃ (20 mL/g), D₂ (70%). (b) Rank by range $\Delta$SNR (max − min per faktor) — Taguchi's heuristic untuk effect strength: Temperature dominan ($\Delta$ = 4.40, rank #1), Time ($\Delta$ = 2.70, #2), Solvent ratio (2.40, #3), Ethanol marginal (0.50, #4 — non-significant). Predicted SNR$_{opt}$ = 28.6 dB via Taguchi additivity model. Konfirmasi via 3 replikasi pada kombinasi optimal direkomendasikan sebelum scaling produksi (Roy, 2010).

4 Kesimpulan

4.1 Relevansi Real-World

4.2 Where to Go from Here

Troubleshooting Cepat

Range SNR antara faktor kecil semua. Faktor tidak signifikan atau range level terlalu sempit.
Predicted vs confirmatory mismatch besar. Indikasi interaksi diabaikan — pakai L8/L16 dengan kolom interaksi assigned.
SNR larger gives negative. Tipikal bila $y < 1$; OK selama interpretasi ranking.

i Riwayat Revisi

TanggalRevisiPenulis
2026-05-13Tambah catatan Step 4 → Step 5 PGS live untuk Taguchi level mapCodex
2026-05-12Migrasi MD v2 → HTML final dengan figure publikasi + caption Elsevier-style (W1 batch malam 12 Mei)Claude
2026-05-12Draft v2 publikasi (KaTeX SNR S/L/N + L9 OA + APA Taguchi/Phadke/Roy)Claude

4 Referensi

  • Taguchi, G. (1986). Introduction to quality engineering: Designing quality into products and processes. Asian Productivity Organization.
  • Phadke, M. S. (1989). Quality engineering using robust design. Prentice Hall.
  • Roy, R. K. (2010). A primer on the Taguchi method (2nd ed.). Society of Manufacturing Engineers.
  • Ross, P. J. (1996). Taguchi techniques for quality engineering (2nd ed.). McGraw-Hill.
  • Montgomery, D. C. (2017). Design and analysis of experiments (9th ed.). John Wiley & Sons.