Análisis de Sistemas de Medición – MSA

Análisis de Sistemas
de Medición – MSA
Ing. Victor Reyes - TRAINix
ASQ Ambos Nogales
Agenda
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Sistemas de Medición
z
z
z
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El MSA y las normas de gestión de la calidad
¿Porqué analizar los sistemas de medición?
Terminología y conceptos básicos
El proceso de la medición
z
z
|
z
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Propiedades de los sistemas de medición
Fuentes de variación
La variabilidad y sus efectos
z
|
¿Qué son?
Uso de los datos de la medición
Calidad de los datos
Efectos sobre el producto
Efectos sobre el proceso
GR&R
Linealidad y Sesgo (Bias)
Conclusiones
Sistemas de Medición
|
EL PROCESO COMPLETO PARA
OBTENER MEDIDAS
z
Colección de instrumentos,
indicadores, normas, operaciones,
métodos, herramental, software,
personal, ambiente y suposiciones
usadas para cuantificar las unidades
de medición o evaluación de la
característica que se mide
¿Para qué queremos los
datos de medición?
|
Datos de medición se usan
z
z
z
Aceptar / rechazar producto
Ajustar o no procesos
Calcular estadísticos para verificar el estado
de control del proceso
• Promedio, desviación estándar, rango, etc.
z
z
Determinar si hay una relación significativa
entre dos variables
Mejorar procesos
Calidad de los Datos de
Medición
Los datos deben tener cierta calidad
| PROPIEDADES ESTADÍSTICAS DE
LOS DATOS
z
Sesgo (Bias)
• ¿Qué tan cercano está el promedio de
muchos valores al valor patrón?
z
Variación (Varianza)
• ¿Qué tanto se dispersan entre sí los
valores repetidos de la misma medición?
La variación excesiva de los datos los hace de mala calidad
¿Porqué la Calibración no
basta?
|
|
|
Se hace sobre los instrumentos de medición en
condiciones muy controladas
z No representan las condiciones que hay en las
mediciones de producto/proceso
Calibración – Patrones, estándares o constantes
físicas
Medición – Partes, procesos con características que
pueden variar ampliamente
z Partes deformables
z Lugares inaccesibles
z Interacción del ambiente
z Personal sin entrenamiento en metrología
z Etc.
ISO 9001:2000
ISO 9000 y MSA
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7.6 Control de los dispositivos de seguimiento y de
medición
z …
z La organización debe establecer procesos para
asegurarse de que el seguimiento y medición
pueden realizarse y se realizan de una manera
coherente con los requisitos de seguimiento y
medición.
z Cuando sea necesario asegurarse de la validez de
los resultados, el equipo de medición debe
a) calibrarse o verificarse a intervalos especificados o
antes de su utilización, comparado con patrones de
medición trazables a patrones de medición nacionales
o internacionales; cuando no existan tales patrones
debe registrarse la base utilizada para la calibración o
la verificación;
ISO/TS 16949:2002
QS 9000
ISO/TS 16949 y MSA
(además de ISO 9000:2000)
|
7.6.1 Análisis de Sistemas de Medición
z Se deben conducir estudios estadísticos para
analizar la variación presente en los resultados de
cada tipo de sistema de equipo de medición y
prueba. Este requisito debe aplicar a los sistemas de
medición referidos en el plan de control. Los
métodos analíticos y los criterios de aceptación
usados deben estar conforme a los manuales de
referencia del cliente sobre análisis de sistemas de
medición. Otros métodos analíticos y criterios de
aceptación pueden usarse si son aprobados por el
cliente.
Propósito de Analizar los
Sistemas de Medición
|
Monitorear y controlar la variación
Un sistema de medición con mucha
variación puede no ser adecuado
para un proceso de manufactura
z La variación del sistema de medición
puede enmascarar la variación del
proceso
z
|
Aprender cómo interactúa el sistema
de medición con su ambiente
Terminología
|
Medición
z
La asignación de números (o valores)
a las cosas materiales para
representa la relación de ellas con
respecto a propiedades particulares
Terminología 2
|
Patrón [Estándar]
z
z
z
z
Base aceptada para comparación
Valor conocido, dentro de ciertos límites de
incertidumbre, aceptado como el valor
verdadero
Valor de referencia
Definición operacional
• Debe dar el mismo resultado si lo hace el cliente o
el proveedor
• El mismo significado ayer, hoy y mañana
Conceptos básicos
|
Discriminación, lectura mínima, resolución
z
z
z
z
z
Sinónimos: la unidad más pequeña que se
puede leer, resolución de la medición, límite
de la escala, límite de detección
Propiedad inherente – por diseño
La unidad más pequeña de la escala de
medición o resultado de un instrumento
Siempre se reporta como unidad de
medición
Regla de 10 a 1
Discriminación
Intervalo
Completo
0 mm10
0
20
pulgadas
30
1
40
50
2
60
70
80
3
90
100
4
110
120
130
5
Medio
Intervalo
140
150
6
Categorías de datos
Número de Categorías
Control
1 Categoría
Pueden usarse para control, sólo si:
| La variación del proceso es pequeña
comparada contra las especificaciones
| La función de pérdida es plana en la
variación esperada del proceso
| La principal fuente de variación causa
un corrimiento en la media
|
|
2 – 4 Categorías
|
5 ó más Categorías
Pueden usarse con técnicas de
control para semi-variables
basadas sobre la distribución
del proceso
Pueden producir gráficas no
sensibles, de control de
variables
Pueden usarse con gráficas de
control de variables
Análisis
|
|
Inaceptable para estimar
parámetros e índices del
proceso
Solo indica si el proceso está
produciendo partes conformes o
no conformes
|
Generalmente inaceptable para
estimar parámetros e índices del
proceso – solo proporciana
estimados burdos
|
Recomendados
Conceptos básicos
|
Resolución efectiva
Sensibilidad de un sistema de
medición para procesar la variación
de una aplicación particular
z La más pequeña entrada da una
señal de salida útil en la medición
z Siempre se reporta como unidad de
medición
z
Conceptos básicos 2
|
Valor de referencia
Valor aceptado de un dispositivo
z Requiere una definición operacional
z Usada en vez del valor verdadero
z
|
Valor verdadero
Valor real de un dispositivo
z Desconocido y no se puede conocer
z
Variación de Localización
|
Exactitud
z
z
|
Cercanía al valor
verdadero (o valor de
referencia
ASTM incluye el efecto
de la localización y la
amplitud de los errores
Sesgo (Bias)
z
z
Diferencia entre el valor
promedio observado y el
valor de referencia
Error sistemático de los
sistemas de medición
Variación de Localización (2)
|
Estabilidad
z
z
z
|
Cambio en el sesgo en el
tiempo
Un proceso de medición
estable está en control
estadístico con respecto a
la localización
Sinónimo: Corrimiento
Linealidad
z
z
z
Cambio en el sesgo a lo
largo del rango de
operación normal
La correlación de errores
de sesgo múltiples e
independientes en el rango
normal de operación
Error sistemático en los
sistemas de operación
Amplitud de la variación
|
Precisión*
z
z
|
Cercanía de repetidas lecturas
entre sí
Error aleatorio del sistema de
medición
Repetibilidad
z
z
z
z
z
Variación en las mediciones
obtenidas con un instrumento
cuando se usa varias veces por
un operador midiendo una
característica idéntica en la
misma parte
Variación en ensayos
sucesivos bajo condiciones de
medición fijas y definidas
Variación del equipo – E.V
(Equipment Variation)
Habilidad o potencial del
instrumento
Variación dentro del sistema
*ASTM no usa la palabra precisión – la
precisión no puede representarse por un número
Amplitud de la variación (2)
|
Reproducibilidad
z
Variación en el promedio de las
mediciones al medir una
característica en una parte
•
•
z
Para calificación del proceso o
producto
•
•
z
Error – del operador, ambiente o
método
Variación del operador – A.V.
(Appraiser Variation)
Variación entre el sistema
(condiciones)
•
|
diferentes operadores
mismo instrumento
ASTM E456-96 incluye efectos de la
repetibilidad, laboratorio y ambiente,
así como los del operador
GGR ó Gage R&R
z
z
z
Repetibilidad y reproducibilidad del
instrumento – estimado de la
repetibilidad y reproducibilidad del
sistema de medición combinadas
Habilidad del sistema de medición
Dependiendo el método usado
puede (o no) incluir los efectos del
tiempo
Variación del Sistema
|
Habilidad
z
|
Variación de las lecturas
tomadas en un período
corto de tiempo
Desempeño
z
z
|
CONSISTENCIA
Variabilidad de las
lecturas tomadas en un
período largo de tiempo
Basada en la variación
total
Incertidumbre
z
Rango estimado de
valores del valor medido
en el cual se cree está
el valor real
El sistema de medición debe ser estable
y consistente
UNIFORMIDAD
Otros términos relevantes
|
Patrones y rastreabilidad
z
z
EU - El NIST (National Institute of Standards and
Technology)
México – CENAM (Centro Nacional de Metrología)
• Dan servicio de mediciones y mantienen los patrones de
medición para apoyar a la industria
|
Institutos Nacionales de Medición
z
|
Los países tiene comparaciones interlaboratorios a través
del MRA (Mutual Recognition Arrangenments
Rastreabilidad
z
Propiedad de una medición o el valor de un patrón de
relacionarse con las referencias establecidas, nacionales o
internacionales mediante una cadena ininterrumpida de
comparaciones, cada una con incertidumebres establecidas
Rastreabilidad de una
medición de longitud
Patrón de longitud
de onda
Comparador de
interferencia
Interferómetro
Laser
Bloque/Comparador
de Referencia
Patrón de
Trabajo
CMM
Bloques
Instrumento para
Producción
Fixture
Gage
Micrómetro
Patrón
Nacional
Patrón de
Referencia
Valor Verdadero
|
Es la meta del proceso de medición
z
|
Nunca puede ser conocido con certeza
z
|
Deseable que una lectura individual se
acerque a este valor tanto como sea posible
La incertidumbre puede ser minimizada
usando un valor de referencia
El valor de referencia se usa en vez del
valor verdadero, pero no lo es
El Proceso de Medición
|
¿Qué es lo que el proceso debe hacer?
z
|
¿Qué puede salir mal?
z
|
Especificaciones y requisitos de ingeniería
Análisis de Modos de Falla y Efectos
(FMEA)
¿Qué es lo que hace el proceso?
z
Evaluando los parámetros o resultados del
proceso
El Proceso de Medición (2)
Ha sido el enfoque principal ($$)
|
|
|
Tener bien claras las
definiciones y patrones
Entrenamiento
Supervisar y controlar el
proceso
z
z
Asegurar estabilidad y
resultados correctos
Estudio del gage,
procedimiento, usuario,
ambiente
Proceso
Administrado
|
Equipo
z
z
Solo una parte del
proceso de medición
Uso correcto, analizar e
interpretar resultados
PROCESO (en general)
ENTRADA
Medición
OPERACIÓN
Análisis
Valor
SALIDA
Decisión
Propiedades de los
Sistemas de Medición
|
Propiedades fundamentales
z Discriminación y sensibilidad adecuada
• Regla de 10 a 1
z
Estar en control estadístico
• La variación debe ser solo por causas comunes, no
especiales
z
Para control del producto
• Variación pequeña relativa a las especificaciones
z
Para control del proceso
• Suficiente resolución y variación pequeña con respecto
a la variación del proceso
Si las cosas que se miden cambian, la peor variación
debe ser pequeña con respecto a las
especificaciones o variación del proceso
Fuentes de Variación
|
Para controlar el proceso
Identificar las fuentes potenciales de
variación
z Eliminar (siempre que sea posible) o
supervisar las fuentes de variación
z
Desarrollar un análisis de causa y
efecto
FMEAs
Proceso de Medición –
Causas y Efectos
Variabilidad y Efectos
|
|
El Sistema de Medición es afectado por
causas comunes y especiales
Habilidad del sistema de medición
z
Error del sistema en un estudio a corto plazo
• Combinación de linealidad, uniformidad,
repetibilidad y reproducibilidad
|
Desempeño del sistema
z
Efecto de todas las fuentes de variación
sobre el tiempo
• Proceso en control estadístico, sin sesgo, y GRR
aceptable en el rango de operación
Error del Sistema de Medición o Error
Efecto acumulativo de todas las fuentes de variación
Efecto en las Decisiones –
Producto o Proceso
|
Determinar el status de
una parte
Filosofía
Interés
Aceptable o no
Categoría de
producto
Producto recuperable
Control
del
Producto
¿La parte
está en una
categoría
específica?
Control
del
Proceso
¿La variación
del proceso
es estable y
aceptable?
z
z
z
|
Control del Proceso
z
Variación debido a
causas comunes o
especiales
Decisiones sobre el
Producto
|
Error tipo I
z
z
Se rechaza el
producto estando
aceptable
Riesgo del
productor
|
Error tipo II
z
z
Se acepta el
producto siendo
éste rechazable
Riesgo del
consumidor
EJEMPLO – Toda la variabilidad debida solo a GRR [ BIAS = 0]
Decisión potencialmente
incorrecta
Partes malas
I.
|
Siempre malas
Decisión
potencialmente
incorrecta
Partes buenas
II.
III.
|
Siempre buenas
|
Maximizar decisiones
correctas
z
Mejorar el proceso de
producción
• Reducir variabilidad
– No partes en las
áreas II
z
Mejorar sistema de
medición
• Reducir el error para
reducir el tamaño de
las áreas II y el
riesgo de una
decisión incorrecta
Suposición: Sistema de medición sobre la meta y en control estadístico
Decisión sobre el proceso
|
Un proceso en control
z
z
z
|
Control estadístico
Centrado sobre la meta
Variabilidad aceptable
Impacto de un error de medición
z
z
Confundir una causa común con una causa
especial
Confundir una causa especial con una
causa común
Variabilidad en el proceso
|
Relación entre la variación del
proceso real y la observada
σ
σ
σ
σ
2
obs
2
real
2
sm
2
obs
=σ
2
real
+σ
2
sm
σreal
= varianza observada del proceso
= varianza real del proceso
= varianza del sistema de medición
σobs
σsm
Índice de Habilidad Cp
|
Se define
Cp =
(Cp )
Rango de la Tolerancia
6σ
−2
obs
|
= (Cp )
−2
real
+ (Cp )
−2
sm
Se supone el sistema de medición
centrado y en control
Si Cpsm = 2, Cpreal sería ≥ 1.79 para que Cpobs sea igual a 1.33
Si Cpsm = 1.33, debería NO haber variación en el proceso para que Cpobs = 1.33
GR & R
Evalúa la variación conjunta debida al
equipo y al operador
| CRITERIOS
|
GR&R < 10% – Aceptable
z GR&R ≥ 10% y GR&R ≤ 30% –
Podría ser aceptable
z
• Importancia de la aplicación, costos,
dificultad de medición, etc.
z
GR&R > 30% - Inaceptable
GR&R -Repetibilidad y Reproducibilidad de Instrumentos
GR&R – Variación del Proceso /
Datos
GR&R -Repetibilidad y Reproducibilidad de Instrumentos
GR&R – Variación del Proceso /
Resultados
Repetibilidad
EV
Reproducibilidad
AV
GR y R
Variación de la
parte
Variación Total
TV
EV/TV
AV/TV
GRR/TV
???
GR&R -Repetibilidad y Reproducibilidad de Instrumentos
GR&R – Variación vs Tolerancia /
Datos
GR&R -Repetibilidad y Reproducibilidad de Instrumentos
GR&R – Variación vs Tolerancia /
Resultados
Repetibilidad
EV
EV/TV
Reproducibilidad
AV
AV/TV
GR y R
Variación de la
parte
Variación Total
TV
GRR/TV
¡¡¡
Sesgo y Linealidad
Conclusiones
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|
|
|
|
El MSA evalúa si las mediciones son adecuadas y
consistentes con los requisitos
La mala calidad de las mediciones –sesgo y variación,
pueden llevar a decisiones erróneas y aún a conflictos
Para demostrar que una mejora es significativa la
variación de las mediciones debe ser pequeña con
respecto a la variación del proceso
Para control de proceso la variación de las mediciones
debe ser pequeña con respecto a la tolerancia
Conocer el desempeño del sistema de medición ayuda
a conocer mejor el proceso