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.
Dataset CSV siap dicobaUnduh, unggah melalui Data Uploader, lalu jalankan modul dengan skema kolom yang sama.docs/assets/example-data/id/design/template_taguchi_design.csv