Fiber Optic Cable Production Process Optimization with Taguchi Experimental Design

Year 2024, Volume: 36 Issue: 2, 743 - 754, 30.09.2024

İlker Karadağ , Sinan Dündar , Ömer Faruk Gürcan

https://doi.org/10.35234/fumbd.1434003

Abstract

It is an undeniable fact that the Internet is the most significant discovery in the history of mankind in terms of instant access to communication and information worldwide. Today, the widespread technology enabling the Internet across the globe relies heavily on fiber optic cables. Consequently, the importance of fiber optic cables raises curiosity about how they are manufactured. In the production of fiber optic cables, the attenuation values of fibers are particularly crucial factors for the optical properties of the cable. Cables with attenuation values above a certain threshold are separated from production as defective products, negatively impacting operational efficiency. This study examines the characteristics of fiber optic cable production at one of Turkey’s major fiber optic cable manufacturers and determines the most suitable operational factors using the Taguchi experimental design method. The operational factors considered to affect attenuation in fiber optic cable production are determined by a team of experts and academicians using brainstorming techniques. An L27(37) orthogonal matrix is employed to determine optimal operating conditions, and the impact of the identified parameters on attenuation is investigated through conducted experiments. Furthermore, the importance of each process parameter on attenuation is determined using Analysis of Variance (ANOVA) tests. The analysis results are discussed, and the optimum operating conditions for the company are determined as follows: Ambient Temperature of 18°C, Excess Length of 3.0-6.0 mm, Medium Quality PBT, High-Quality Thixojel, Line Length of 80 mm, Extruder Temperature of 185-190°C, and Pulling Force of 2.0-2.5 bar.

Keywords

Taguchi method, optic fiber, fiber optic cable.

Taguchi Deney Tasarımı ile Fiber Optik Kablo Üretimi Proses Optimizasyonu

Abstract

İnternetin, Dünya’da iletişim ve bilgiye anında erişimde insanlık tarihinin en önemli keşfi olduğu yadsınamaz bir gerçekliktir. Günümüzde internetin tüm Dünya’da yaygın bir teknoloji olmasında kullanılan araç, fiber optik kablolardır. Fiber optik kabloların bu bakımdan önemi, üretiminin nasıl gerçekleştirilmekte olduğu merakını doğurmaktadır. Fiber optik kablo üretiminde, özellikle fiberlerin zayıflama değerleri kablonun optik özellikleri açısından önemli bir faktördür. Zayıflama değerleri belirli bir değerin üzerinde olan kablolar atıl ürün olarak üretimden ayrılmaktadır. Bu durum işletme verimliliğini olumsuz etkilemektedir. Bu çalışma, Türkiye’nin en önemli fiber optik kablo üreticilerinden birinde fiber optik kablo üretimine ait özellikleri incelemektedir ve Taguchi deney tasarımı yöntemiyle en uygun çalışma faktörlerine karar vermektedir. Fiber optik kablonun üretiminde zayıflamaya etkisi düşünülen çalışma faktörleri beyin fırtınası tekniği ile ilgili uzman ve akademisyenlerden oluşan bir ekip tarafından belirlenmiştir. Optimal çalışma koşullarını belirlemek için L27 (37) ortogonal matris kullanılmış ve gerçekleştirilen deneyler ile tespit edilen parametrelerin zayıflama değeri üzerindeki etkisi incelenmiştir. Ayrıca her proses parametresinin zayıflama üzerindeki önemi Varyans Analizi (ANOVA) testi ile belirlenmiştir. Analiz sonuçları tartışılmış ve şirket için optimum çalışma koşulları, 18 °C Ortam Sıcaklığı, 3,0-6,0 mm Excess Uzunluğu, Orta kalite PBT, Yüksek Kalite Thixojel, 80 mm Hatve Uzunluğu, 185-190 °C Extruder Sıcaklığı, 1,0-1,5 bar Çekme Kuvveti olarak belirlenmiştir.

Keywords

Taguchi yöntemi, Optik Fiber, Fiber Optik Kablo

References

• Hanson DC., Brown W, Garvey S, Girot GF, Heldt E. Integrated Transducer Modules, Connectors and Cable For Industrial Fiber Optic Data Links. IEEE Trans Commun 1978; 26(7): 1068-1076.
• Oestreich UHP. Fiber optic aerial cables. Fiber and Integrated Optics 1982; 4(1): 95-106.
• Boyan F. Fiber Optik Kablo Nedir? Nasıl Çalışır? Multimode ve Singlemode Fiber Optik Kablolar 2024; https://www.firatboyan.com/multi-single-mod-fiber-optik-kablo.aspx
• Aydemir G, Ferikoglu A, Odabaş C, Beyhan Z. Optik Fiber İletişim Sistemlerinin Özellikleri. Sakarya University Journal of Science 2003; 7(2): 178-184.
• Vieira FR, Romero Luna CM, Arce G, Àvila I. Optimization of slow pyrolysis process parameters using a fixed bed reactor for biochar yield from rice husk. Biomass&Bioenergy 2020; 132:105412.
• Hossain MY, Liang Y, Pervez MN, et al. Efuent-free deep dyeing of cotton fabric with cacao husk extracts using the Taguchi optimization method. Cellulose 2021; 28, 517–532.
• Özel S, Vural E, Binici M. Optimization of the effect of thermal barrier coating (TBC) on diesel engine performance by Taguchi method. Fuel 2020; 263, 116537.
• Vairamuthu J, Kumar AS, Stalin B, Ravichandran M. Optimization of powder metallurgy parameters of TiC- and B4C-reinforced aluminium composites by Taguchi method. T Can Soc Mech Eng 2020; 45:2, 249-261.
• Frifita W, Salem SB, Haddad A, Yallese MA. Optimization of machining parameters in turning of Inconel 718 Nickel-base super alloy. Mechanics & Industry 2020; 21:2, 203.
• Çelik M. Ezerek Parlatma Yönteminin Inconel 718 Alaşımının Yüzey Kalitesi Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2023; 35(1), 333-42.
• Çelik N. FDM Takviyeli Bir Kan Taşıma Kabındaki Sıcaklık Değişiminin Taguchi Tekniği ile Optimizasyonu. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2018; 30(3), 169-73.
• Arıcı E, Keleştemur O. Tufal Katkılı Harçların Basınç Dayanımının Taguchi Metodu ile Analizi. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2018; 30(3), 145-51.
• Özay Ç, Ballıkaya H, Altuğ M, Savaş V, Sağlam M. Teğetsel Silindirik Taşlama Yönteminde İşleme Parametrelerinin Titreşim Üzerindeki Etkilerinin Araştırılması. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2018; 30(1), 311-7.
• Şap S. AISI 5140 Çeliğinin Farklı Soğutma Teknikleri Kullanılarak Frezelenmesinin Güç Tüketimi Üzerine Etkileri. Fırat Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 2023; 35:3, 13–320.
• Jou YT, Lin WT, Lee WC, Yeh TM. Integrating the Taguchi method and response surface methodology for process parameter optimization of the injection molding. Applied Mathematics & Information Sciences 2014, 8(3), 1277.
• Mohd Arif N. and Ehsan A. Sensitivity optimization of U-shaped fiber optics based on the Taguchi method. OSA Continuum 2021; 4, 2024-2035.
• Lin TY. Design considerations for multi-fiber ferrule manufacturing. Optical Fiber Technology 2006; 12(3), 255-261.
• Mudgal N, Choure KK, Falaswal MK, Pandey R, Agarwal A, Bhatia D, Saharia A, Sahu S, Singh G. Impact of Taguchi Optimization in Fiber Surface Plasmon Resonance Sensors Based on Si3N4 Layer. Braz J Phys 2022; 52(3), 80.
• Menon PS and Apte PR. Taguchi optimization of the peak lasing power of a numerically-simulated double wafer-fused InP/GaAs LW-VCSEL Optoelectron. Adv Mater Rapid Commun 2015; 9(1-2), 40-47.
• Boydak S., Yücel M. Fiber Optik Kabloda Meydana Gelen Raman Saçılmasının Analizi. Politeknik Dergisi 2017; 20(2), 257-265.
• Özdamar O and Demirer A. Manufacture of Large-Diameter Fiber Optic Cable by Extrusion Method and Improvement of Process Parameters. Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi 2019; 17, 718-726.
• Eser E, Uğurlu M. Fiber Optik Kablolarda Hat Birleştirme Hataları ve Kayıplara Olan Etkileri. Gaziosmanpaşa Bilimsel Araştırma Dergisi 2017; 6(3), 55-65.
• Hatipoğlu A, Günaydın AC, Fidanboylu K. Fiber Optik Sensörlerin Helikopter Uçuş Test Enstrümantasyonunda Kullanımı. Veri Bilimi 2019; 2(2), 25-33.
• Taguchi G, Konishi S. Taguchi methods, orthogonal arrays and linear graphs, tools for quality American supplier institute. American Supplier Institute 1987; 8-35.
• Byrne DM, Taguchi S. The Taguchi approach to parameter design. Quality Progress 1987; 20(12), 19-26.
• Phadke MS. Quality Engineering Using Robust Design. 1st ed. NJ, USA, Prentice-Hall,1989.
• Khan K, Sahai R. An Overview on Taguchi Method. International Journal of Engineering and Mathematical Sciences 2012; 1, 11-18.
• Montgomery DC. Design and Analysis of Experiments 3rd ed. New York, USA, John Wiley&Sons, 1991.
• Taguchi G. Introduction to quality engineering. New York, USA, MacMillan, 1986.
• Vankanti V, Ganta V. Optimization of process parameters in drilling of GFRP composite using Taguchi method. J Mater Res Technol 2014; 3:1, 35-41.
• Yılmaz M, Keskin ME. Determination of Optimal Reading Conditions by Taguchi Method. Academic Platform Journal of Engineering and Science 2019; 7:1, 25-32.
• Krishnaiah K, Shahabudeen P. Applied design of experiments and Taguchi methods. PHI Learning Pvt. Ltd, 2012.
• Roy RK. A Primer on the Taguchi Method (2nd ed.). Society of Manufacturing Engineers, 2010.
• Wackerly DD, Mendenhall W, Scheaffer RL. Mathematical Statistics with Applications (7th ed.). Thomson Learning Inc., 2008.
• Fujikura Ltd. (2024, January 10) FutureGuide®-LWP ITU-T G.652.D (Low(Zero)-Water-Peak Fiber). https://www.fujikura.co.jp/eng/products/optical/opticalfibers/01/2050061_12897.html
• AlKaabneh FA, Barghash M, Mishael I. A combined analytical hierarchical process (AHP) and Taguchi experimental design (TED) for plastic injection molding process settings. Int J Adv Manuf Technol 2013; 66, 679-694.