Τεχνητά νευρωνικά δίκτυα στον Παραμετρικό σχεδιασμό Taguchi

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει άμεσο στόχο να παρουσιάσει την εφαρμογή των Τεχνητών Νευρωνικών Δικτύων (ΤΝΔ) στις τεχνικές της Μεθοδολογίας Taguchi για δυναμικά ποιοτικά χαρακτηριστικά. Κατά την θεωρητική ανάλυση που λαμβάνει χώρα μέχρι το τρίτο κεφάλαιο, όπου παρουσιάζεται η εν λόγω εφαρμογή, γίνεται αναφορά στην ιστορική εξέλιξη της Ποιοτικής Βελτίωσης και αναδεικνύεται η ανάγκη για Ποιότητα στις ημέρες μας.

Πιο αναλυτικά, στο 1ο κεφάλαιο γίνεται μια εισαγωγή στα Τεχνητά Νευρωνικά Δίκτυα. Αρχικά, παρουσιάζεται η έμπνευση των ΤΝΔ από το ανθρώπινο νευρικό σύστημα και γίνεται η αντιστοίχηση του τεχνητού με το βιολογικό νευρώνα. Στη συνέχεια, αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας κάθε νευρώνα χωριστά και ολόκληρου του Τεχνητού Νευρωνικού Δικτύου ως σύνολο, γίνεται κατηγοριοποίηση των ΤΝΔ ανάλογα με τη δομή τους και περιγράφονται οι τρόποι εκπαίδευσης και οι θεωρητικές ιδιότητές τους. Τέλος, αφού παρατίθεται η ενδιαφέρουσα ιστορική αναδρομή των ΤΝΔ και κάποιες από τις βασικότερες εφαρμογές τους, γίνεται λόγος για τη σύνδεση των νευρωνικών δικτύων με τη Στατιστική.

Το 2ο κεφάλαιο ξεκινά με μια γενική ανασκόπηση για την εξέλιξη της ποιότητας. Η πρώτη μορφή ποιοτικού ελέγχου εμφανίζεται στη Βιομηχανική Επανάσταση. Έκτοτε η ανάγκη για ποιοτικά προϊόντα ή ποιοτικές υπηρεσίες συνεχώς εντεινόταν με αποκορύφωμα τη σημερινή εποχή όπου κάθε επιχείρηση που επιζητά ηγετική θέση στην Αγορά υιοθετεί διεθνή Συστήματα και Πρότυπα Ποιότητας. Στη συνέχεια του 2ου κεφαλαίου παρουσιάζεται η Μέθοδος Taguchi που έδωσε μια ρηξικέλευθη διάσταση τόσο στην έννοια της ποιότητας όσο και στον τρόπο αντιμετώπισής της.

Το 3ο και τελευταίο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής βασίζεται στο επιστημονικό άρθρο των Chao-Ton Su και Kun-Lin Hsieh με τίτλο “Εφαρμογή Νευρωνικών Δικτύων για την επίτευξη Εύρωστου Σχεδιασμού για δυναμικά ποιοτικά χαρακτηριστικά” (“Applying Neural Network approach to achieve robust design for dynamic quality characteristics”) που παρουσιάστηκε το 1997 στο Τμήμα Βιομηχανικής Μηχανικής και Διοίκησης (“Department of Industrial Engineering and Management”) στο Πανεπιστήμιο National Chiao Tung στην Ταϊβάν. Η μελέτη των Su και Hsieh παρουσιάζει μια προσέγγιση για την αντιμετώπιση των προβλημάτων δυναμικών ποιοτικών χαρακτηριστικών της Μεθόδου Taguchi με τη χρήση ΤΝΔ. Προς επιβεβαίωση της αποτελεσματικότητας της προτεινόμενης μεθόδου παρατίθεται και ένα αριθμητικό παράδειγμα.

The present master thesis aims at presenting a direct application of Artificial Neural Networks (ANN) to the techniques of Taguchi Methodology for dynamic quality characteristics. In the theoretical analysis that takes place up to the third chapter, where the aforementioned application is presented, it is examined the historical development of quality improvement and the need for quality in our days is highlighted.

Specifically, the 1st chapter is an introduction to Artificial Neural Networks (ANNs). Initially, it is presented the inspiration of ANNs from the human nervous system and the correspondence of the artificial with the biological neuron. Then, the operation of each individual neuron and the artificial neural network as a whole are analyzed, the ANNs are categorized according to their structure, their training methods and their theoretical properties are described. Finally, after presenting the interesting history of ANNs and some of their main applications, there is an elaboration on the connection of neural networks with Statistics.

The 2nd chapter begins with an overview of the evolution of quality. The first form of quality control appears in the Industrial Revolution. Since then the need for quality products and quality services has continuously intensified, culminating in today's era where every company that seeks for market leadership adopts international quality systems and standards. Thereafter, in the 2nd chapter the Taguchi method is presented, which has given a groundbreaking concept in quality and in the way it is addressed.

The 3rd chapter of the present thesis is based in the scientific article of Chao-Ton Su and Kun-Lin Hsieh entitled “Applying Neural Network approach to achieve robust design for dynamic quality characteristics” which was presented in 1997 in the Department of Industrial Engineering and Management at the National Chiao Tung University, Hsinchu, Taiwan, ROC. The study of Su and Hsieh proposes an approach to address the problem of dynamic quality characteristics of the Taguchi method using ANNs. A numerical example is given to confirm the effectiveness of the proposed approach.