Análisis de Sistemas de Medición MSA. Ing. Victor Reyes - TRAINix ASQ Ambos Nogales

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1 Análisis de Sistemas de Medición MSA Ing. Victor Reyes - TRAINix ASQ Ambos Nogales

2 Agenda Sistemas de Medición Qué son? Uso de los datos de la medición Calidad de los datos 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 Propiedades de los sistemas de medición Fuentes de variación La variabilidad y sus efectos Efectos sobre el producto Efectos sobre el proceso GR&R Linealidad y Sesgo (Bias) Conclusiones

3 Sistemas de Medición EL PROCESO COMPLETO PARA OBTENER MEDIDAS 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

4 Para qué queremos los datos de medición? Datos de medición se usan Aceptar / rechazar producto Ajustar o no procesos Calcular estadísticos para verificar el estado de control del proceso Promedio, desviación estándar, rango, etc. Determinar si hay una relación significativa entre dos variables Mejorar procesos

5 Calidad de los Datos de Medición Los datos deben tener cierta calidad PROPIEDADES ESTADÍSTICAS DE LOS DATOS Sesgo (Bias) Qué tan cercano está el promedio de muchos valores al valor patrón? 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

6 Porqué la Calibración no basta? Se hace sobre los instrumentos de medición en condiciones muy controladas 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 Partes deformables Lugares inaccesibles Interacción del ambiente Personal sin entrenamiento en metrología Etc.

7 ISO 9001:2000 ISO 9000 y MSA 7.6 Control de los dispositivos de seguimiento y de medición 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. 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;

8 QS 9000 ISO/TS 16949:2002 ISO/TS y MSA (además de ISO 9000:2000) Análisis de Sistemas de Medición 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.

9 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 La variación del sistema de medición puede enmascarar la variación del proceso Aprender cómo interactúa el sistema de medición con su ambiente

10 Terminología Medición La asignación de números (o valores) a las cosas materiales para representa la relación de ellas con respecto a propiedades particulares

11 Terminología 2 Patrón [Estándar] 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

12 Conceptos básicos Discriminación, lectura mínima, resolución 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

13 Discriminación Intervalo Completo 0 mm pulgadas Medio Intervalo

14 Categorías de datos Número de Categorías Control Análisis 1 Categoría 2 4 Categorías 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 Pueden usarse con técnicas de control para semi-variables basadas sobre la distribución del proceso Pueden producir gráficas no sensibles, de control de variables 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 Pueden usarse con gráficas de control de variables Recomendados 5 ó más Categorías

15 Conceptos básicos Resolución efectiva Sensibilidad de un sistema de medición para procesar la variación de una aplicación particular La más pequeña entrada da una señal de salida útil en la medición Siempre se reporta como unidad de medición

16 Conceptos básicos 2 Valor de referencia Valor aceptado de un dispositivo Requiere una definición operacional Usada en vez del valor verdadero Valor verdadero Valor real de un dispositivo Desconocido y no se puede conocer

17 Variación de Localización Exactitud Cercanía al valor verdadero (o valor de referencia ASTM incluye el efecto de la localización y la amplitud de los errores Sesgo (Bias) Diferencia entre el valor promedio observado y el valor de referencia Error sistemático de los sistemas de medición

18 Variación de Localización (2) Estabilidad Cambio en el sesgo en el tiempo Un proceso de medición estable está en control estadístico con respecto a la localización Sinónimo: Corrimiento Linealidad 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

19 Amplitud de la variación Precisión* Cercanía de repetidas lecturas entre sí Error aleatorio del sistema de medición Repetibilidad 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

20 Amplitud de la variación (2) Reproducibilidad Variación en el promedio de las mediciones al medir una característica en una parte diferentes operadores mismo instrumento Para calificación del proceso o producto Error del operador, ambiente o método Variación del operador A.V. (Appraiser Variation) Variación entre el sistema (condiciones) ASTM E incluye efectos de la repetibilidad, laboratorio y ambiente, así como los del operador GGR ó Gage R&R Repetibilidad y reproducibilidad del instrumento estimadode 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

21 Variación del Sistema Habilidad Variación de las lecturas tomadas en un período corto de tiempo Desempeño Variabilidad de las lecturas tomadas en un período largo de tiempo Basada en la variación total Incertidumbre Rango estimado de valores del valor medido en el cual se cree está el valor real CONSISTENCIA El sistema de medición debe ser estable y consistente UNIFORMIDAD

22 Otros términos relevantes Patrones y rastreabilidad 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 Los países tiene comparaciones interlaboratorios a través del MRA (Mutual Recognition Arrangenments Rastreabilidad 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

23 Rastreabilidad de una medición de longitud Patrón Nacional Patrón de Referencia Patrón de longitud de onda Interferómetro Laser Comparador de interferencia Bloque/Comparador de Referencia Patrón de Trabajo CMM Bloques Instrumento para Producción Fixture Gage Micrómetro

24 Valor Verdadero Es la meta del proceso de medición Deseable que una lectura individual se acerque a este valor tanto como sea posible Nunca puede ser conocido con certeza 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

25 El Proceso de Medición Qué es lo que el proceso debe hacer? Especificaciones y requisitos de ingeniería Qué puede salir mal? Análisis de Modos de Falla y Efectos (FMEA) Qué es lo que hace el proceso? Evaluando los parámetros o resultados del proceso

26 El Proceso de Medición (2) Ha sido el enfoque principal ($$) Tener bien claras las Equipo definiciones y patrones Solo una parte del Entrenamiento proceso de medición Supervisar y controlar el Uso correcto, analizar e proceso interpretar resultados Asegurar estabilidad y resultados correctos PROCESO (en general) Estudio del gage, procedimiento, usuario, ambiente ENTRADA OPERACIÓN SALIDA Proceso Administrado Medición Valor Análisis Decisión

27 Propiedades de los Sistemas de Medición Propiedades fundamentales Discriminación y sensibilidad adecuada Regla de 10 a 1 Estar en control estadístico La variación debe ser solo por causas comunes, no especiales Para control del producto Variación pequeña relativa a las especificaciones 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

28 Fuentes de Variación Para controlar el proceso Identificar las fuentes potenciales de variación Eliminar (siempre que sea posible) o supervisar las fuentes de variación Desarrollar un análisis de causa y efecto FMEAs

29 Proceso de Medición Causas y Efectos

30 Variabilidad y Efectos El Sistema de Medición es afectado por causas comunes y especiales Habilidad del sistema de medición Error del sistema en un estudio a corto plazo Combinación de linealidad, uniformidad, repetibilidad y reproducibilidad Desempeño del sistema 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

31 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 Variación debido a causas comunes o especiales Control del Proceso La variación del proceso es estable y aceptable?

32 Decisiones sobre el Producto Error tipo I Se rechaza el producto estando aceptable Riesgo del productor Error tipo II Se acepta el producto siendo éste rechazable Riesgo del consumidor EJEMPLO Toda la variabilidad debida solo a GRR [ BIAS = 0]

33 Decisión potencialmente incorrecta I. Partes malas II. III. Siempre malas Decisión potencialmente incorrecta Partes buenas Siempre buenas Maximizar decisiones correctas Mejorar el proceso de producción Reducir variabilidad No partes en las áreas II 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

34 Decisión sobre el proceso Un proceso en control Control estadístico Centrado sobre la meta Variabilidad aceptable Impacto de un error de medición Confundir una causa común con una causa especial Confundir una causa especial con una causa común

35 Variabilidad en el proceso σ 2 obs σ 2 real σ 2 sm Relación entre la variación del proceso real y la observada 2 obs 2 real σ = σ + σ 2 sm = varianza observada del proceso = varianza real del proceso = varianza del sistema de medición σ real σ obs σ sm

36 Índice de Habilidad Cp Se define Cp = Rango de la Tolerancia 6σ ( Cp) 2 ( Cp) 2 + ( Cp) 2 obs = real sm Se supone el sistema de medición centrado y en control Si Cp sm = 2, Cp real sería 1.79 para que Cp obs sea igual a 1.33 Si Cp sm = 1.33, debería NO haber variación en el proceso para que Cp obs = 1.33

37 GR & R Evalúa la variación conjunta debida al equipo y al operador CRITERIOS GR&R < 10% Aceptable GR&R 10% y GR&R 30% Podría ser aceptable Importancia de la aplicación, costos, dificultad de medición, etc. GR&R > 30% - Inaceptable

38 GR&R -Repetibilidad y Reproducibilidad de Instrumentos GR&R Variación del Proceso / Datos

39 GR&R -Repetibilidad y Reproducibilidad de Instrumentos GR&R Variación del Proceso / Resultados Repetibilidad EV Reproducibilidad AV GR y R Variación de la parte EV/TV AV/TV GRR/TV??? Variación Total TV

40 GR&R -Repetibilidad y Reproducibilidad de Instrumentos GR&R Variación vs Tolerancia / Datos

41 GR&R -Repetibilidad y Reproducibilidad de Instrumentos GR&R Variación vs Tolerancia / Resultados Repetibilidad EV Reproducibilidad AV EV/TV AV/TV GR y R Variación de la parte GRR/TV Variación Total TV

42 Sesgo y Linealidad

43 Conclusiones 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

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