A qualidade pode ser definida no estágio de desenvolvimento do produto ou processo, e a melhoria da qualidade pode continuar na fase de produção
[72]. O planejamento de experimentos (do inglês, Design ofExperiments ou DOE) baseado na metodologia Taguchi é uma abordagem efetiva e influente na produção de produtos plásticos de boa qualidade.
A abordagem de Taguchi propicia a engenheiros e projetistas uma ferramenta sistemática e efetiva para conduzir experimentos com recursos estatísticos limitados [73], onde os diversos parâmetros do processo podem ser investigados e entendidos, mesmo com recursos e orçamento reduzidos [74].
O Método Taguchi, também conhecido por projeto robusto, vem sendo cada vez mais popular e tem sido bastante utilizado na melhoria da produtividade na qualidade. Este método é simples e confiável, geralmente usado para controle de qualidade off-line, a fim de se obter produtos de alta qualidade e determinar as condições otimizadas para os parâmetros controláveis do processo [75–77]. Métodos off-line são utilizados fora da linha de produção. Ou seja, o método Taguchi pode ser aplicado desde a fase de concepção (projeto) do produto [78].
Através desse método, as melhores faixas para o projeto da qualidade, performance e custo pode ser determinada sistematicamente [79, 80]. Segundo Taguchi, há três fases do desenvolvimento do produto: desenho ou projeto de sistema (engenharia), desenho ou projeto de parâmetros (experimental) e desenho ou projeto de tolerâncias (opcional) [80]. Das três etapas, o projeto dos parâmetros de Taguchi é frequentemente identificado como a etapa mais crucial na otimização do processo [81, 82].
O projeto ou desenho de sistema é a concepção e a síntese de um produto ou processo a ser utilizado. A fase de concepção do sistema pode ser considerada como o ponto de aplicação de novas ideias, conceitos e conhecimentos nas áreas de ciência e tecnologia, cujos conceitos podem ser utilizados pela equipe de projeto para determinar a combinação apropriada de materiais, peças, processos etc., fatores estes que irão satisfazer as especificações funcionais e econômicas. Para alcançar um aumento na qualidade exige-se inovação e, portanto, melhorias, as quais nem são sempre realizadas [83].
O projeto de parâmetro é principalmente usado para obter os níveis otimizados dos parâmetros do processo, a fim de se elevar as características de qualidade e determinar os valores dos parâmetros do produto baseado nos valores otimizados do processo [84]. Em geral, o projeto de parâmetro do Método Taguchi utiliza arranjos ortogonais, as razões S/N e análise de variância (ANAVA).
No projeto ou desenho de parâmetro, as variáveis do sistema são experimentalmente analisadas para determinar a forma como o produto ou processo reage com "ruído" incontrolável no sistema. O projeto de parâmetro é o principal atributo da abordagem de Taguchi. Essas variáveis são definidas na primeira fase. Projeto de parâmetro está relacionado a encontrar os níveis de fator de projeto adequados para tornar o sistema menos sensível as variações de fatores incontroláveis de ruído, isto é, para tornar o sistema robusto. Desse modo, o produto tem um melhor desempenho, reduzindo-se perdas [83].
O projeto de parâmetro é usado para obter valores otimizados para os parâmetros do processo, no intuito de desenvolver as melhores características e determinar os valores dos parâmetros do produto, dependendo dos parâmetros otimizados [69]. O passo final na abordagem do Método Taguchi é o projeto de tolerância. O design de tolerância ocorre quando as tolerâncias para os produtos ou processos são estabelecidos para minimizar a soma dos custos de produção e vida útil do produto. Essa fase é de uso facultativo e recomendada se a parte experimental na fase de projeto ou desenho dos parâmetros apresentar grande variabilidade [78], isto é, se os valores alvo de qualidade ainda não forem atingidos [83].
Há uma tendência em associar qualidade com menores tolerâncias, mas, na prática, as tolerâncias menores aumentam o custo do produto ou do processo, porque exige melhores materiais, componentes ou máquinas para não ultrapassar as tolerâncias. Na abordagem de design de parâmetro de Taguchi há a prerrogativa que permite a melhoria da qualidade sem a necessidade de melhores materiais ou de peças, fazendo com que seja possível aprimorar a qualidade e reduzir o custo, ou pelo menos, manter no mesmo patamar [83].
Os arranjos ortogonais são designs ou modelos que são utilizados para estimar os efeitos principais de cada parâmetro com poucas etapas experimentais. Esses designs podem ser usados além de apenas dois níveis, podendo ser usado para investigar os efeitos dos parâmetros ou fatores com mais de dois níveis e até mesmo quando são níveis desiguais, como 3-2-3, 2-2- 3, etc [75,79]. Nesses casos, usam-se designs especiais, tais como L4, L8, L12 e L16 para o estudo de todos os níveis dos parâmetros com pequeno número de experimentos.
O método Taguchi Ortogonal é uma ferramenta excepcional para o desenvolvimento de sistemas de alta qualidade, utilizando uma aproximação integrada, a qual é simples, prática e eficiente, para determinar as melhores faixas de valores para a qualidade, performance e de custo [83]. Então pode se definir que principal objetivo do método Taguchi Ortogonal é aprimorar as características do processo ou de um produto, através da identificação e ajuste dos seus fatores controláveis, que tende a minimizar a variação do produto final, em relação ao seu objetivo.
Esse método pode reduzir os custos de pesquisa e desenvolvimento e, simultaneamente, estudar um grande número de parâmetros [85-86]. Além disso, arranjos ortogonais também permitem aos pesquisadores ou projetistas estudar vários parâmetros simultaneamente e pode ser usado para estimar os efeitos de cada fator [74,87-88], separando os níveis e parâmetros em fatores parciais. Através de arranjos ortogonais, o número de experimentos que ocasionam o aumento do tempo e do custo pode ser reduzido [78].
Para a análise dos resultados, o método Taguchi usa uma medida estatística de performance, denominada razão S/N. Essa razão leva em conta tanto a média quanto a variabilidade. O Signal-to-noisepode ser dividida em duas partes: signalrepresenta o valor desejável; noise (ruído)representa o valor indesejável. O objetivo de usar S/N é como uma medida da performance de produtos e processos insensíveis aos fatores de ruídos (noisefactors) [89]. A razão S/N indica o grau de performance do produto ou processo que pode ser prevista na presença dos fatores de ruído. As fórmulas das razões S/N foram
projetadas para que seja selecionado o melhor nível do(s) fator(es) para otimizar as características de qualidade do experimento.
Há três formas de calcular a razão S/N, a qual é escolhida dependendo de como é necessário melhorar aquela característica: Smaller-the-better, Nominal-the-better ou Larger-the-better [85,90]. Os parâmetros de processo com os maiores valores de S/N são aqueles que apresentam os melhores valores para aquela característica com a mínima variação possível. Entendimento adicional sobre o conceito do Método Taguchi pode ser encontrado em Taguchi [91], Phadke [92] e Roy [93].
Para uma melhor visualização da eficácia deste método, os tópicos seguintes apresentam algumas das aplicações do método Taguchi na melhoria da qualidade de produtos e processos, assim como na melhoria das propriedades dos materiais que compõe esses produtos.