Calidad y Control Estadístico del Proceso. Una visión integral

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1 1 de enero de 2013 [CALIDAD Y CONTROL ESTADÍSTICO DEL PROCESO. UNA VISIÓN INTEGRAL] Calidad y Control Estadístico del Proceso. Una visión integral Manual IPCE 0

2 PREFACIO. La presente obra tiene como finalidad realizar una recopilación de los conceptos de la Calidad y el control estadístico del proceso. Detallar metodologías que están ligadas con estas áreas, para vislumbrar a la organización con enfoque de procesos y contar con mayor efectividad operacional. El documento está realizado con la aplicación de herramientas de análisis como lo son la hoja de cálculo de Excel, en su versión 2010, así como el paquete Minitab versión 5. Cabe destacar, que las formulas en Excel 2010 pueden variar en su sintaxis a comparación de sus versiones predecesoras 2003 y 2007, por lo que se recomienda al lector familiarizarse con los cambios en las funciones para la nueva versión. En el caso de Minitab, se empleó la versión 5 en inglés, existen diversas versiones, además del idioma, ya que si el lector cuenta con este programa en su versión español, debe buscar los nombres de las bases de datos que mejor traducción tenga, ya que existen pequeñas diferencias en las versiones de un idioma a otro. En el caso en el que el lector no cuente con este programa, se recomienda lo adquiera a la brevedad y empiece a familiarizarse con la plataforma, ya que los alcances que se pueden lograr con Minitab son elevados. Existen otros paquetes familiares a Minitab, como lo es el caso del programa Statgraphics, cuya plataforma es muy similar. El valor agregado del presente documento a comparación de otros, es el mismo desarrollo de diversos ejemplos utilizando los paquetes computacionales mencionados anteriormente, además de contar con una explicación detallada de cada ejemplo, para que el lector pueda familiarizarse con los temas que componen la presente investigación. Existen diversidad de ejemplos, por lo que se espera que el lector comprenderá fácilmente los conceptos de cada capítulo y los podrá trasladar a su realidad laboral o académica. Este documento va dirigido a todo aquel estudiante o profesionista que se dedique a la rama de la Calidad, considerando su previa formación académica en las ramas de la Ingeniería Industrial, Ingeniería Mecánica, Química o afín, donde la calidad tenga un papel fundamental para su desarrollo. Los temas expuestos en los capítulos que componen el presente documento tienen como base fundamental la realidad que se vive en México, contemplando que la gran mayoría de empresas mexicanas que conforman el sector privado, están compuestas principalmente por micro, pequeñas y medianas empresas, MIPYMES, por lo que las funciones del encargado de calidad se podrán relacionar fácilmente a la información aquí expuesta. 1

3 INTRODUCCIÓN. Actualmente en México se ve a la Calidad más como un obstáculo que como una forma de vida que no solo mejorara los procesos productivos de una organización, sino que otorgara una mejor satisfacción al cliente que consume los productos elaborados, posicionando por mayor tiempo a cualquier empresa que se preocupe por la calidad de sus procesos. La presente obra tiene como finalidad mostrar conceptos de la Calidad, tanto en su sistema americano, el sistema europeo y el sistema asiático. Ya que los países desarrollados marcan siempre la pauta para los grandes desarrollos en cada rama o especialidad, particularmente dentro de la Ingeniería. Así mismo, se integran conceptos que forman la base principal del control estadístico del proceso, detallando diversos ejemplos y resolución con el uso de paquetes computacionales como son Excel 2010 y Minitab. El documento desarrolla doce capítulos que integran a la calidad y el control estadístico. En el capítulo I, se menciona un breve resumen de la probabilidad y estadística, ya que estas herramientas son la base de análisis para el desarrollo de la calidad dentro de cualquier profesional que desarrolle funciones dentro de una organización, por lo que se debe profundizar en un pensamiento estadístico. El capítulo II, trata conceptos fundamentales de la Calidad, antecedentes históricos, evolución, principales aportadores entre otros temas que el lector debe adquirir antes de realizar cualquier implementación de un proceso de calidad. Los capítulos III y IV, abarcan herramientas que son empleadas para el análisis dentro de la calidad, en el capítulo III, se detallan herramientas fundamentales, como lo son las siete herramientas de la calidad, que a pesar de ser herramientas sencillas, posibilitan un abanico de información cuantitativa que ayuda a la toma de decisiones dentro de una organización que no cuente con mucho presupuesto. El capítulo IV, menciona herramientas de mayor alcance e impacto, como lo son el QFD, los indicadores de desempeño, la jerarquización analítica, etcétera, que puede proporcionar otro tipo de información más analítica, siempre y cuando la organización se involucre con la participación para el desarrollo de estas metodologías. El capítulo V se centra en los gráficos de control, considerados dentro de las siete herramientas de la calidad, como los que mejor información estadística arrojan, razón por la cual se explica y detallan los diversos tipos de gráficos que existen para variables y atributos. Así mismo, se detalla la capacidad del proceso, que nos brinda información estadística valiosa para conocer el sistema de producción de la organización y realizar la toma de decisiones. 2

4 El capítulo VI, explica las bases fundamentales del sistema de calidad asiático, el cual se integró con el sistema de producción Toyota. Se detallan herramientas de diversas aplicaciones como lo son: Kanban, Kaizen, justo a tiempo, entre otras, que alcanzaron un impacto mundial y cuya adecuada implementación puede permitir a la organización obtener mejores resultados y bajos costos en sus sistemas productivos. El capítulo VII, explica el sistema de calidad europeo, centrado en las normas de calidad ISO. Se detallan conceptos basados en las normas, así como mención de otras normas diversas. Se describen los puntos que conforman la norma ISO 9000:2000, así como la actual norma ISO 9000:2008, explicando las principales diferencias entre la versión anterior y la actual. El capítulo VIII, es el comienzo de las bases del control estadístico del proceso, se detalla un breve resumen de los aspectos considerados en los gráficos de control, se retoman conceptos estadísticos, principalmente con las pruebas de hipótesis, que son la base de la toma de decisiones y se presentan ejemplos de solución utilizando el software de Minitab, así como el análisis de la capacidad del proceso. El capítulo IX, comienza con las curvas operativas de la calidad, empleadas en el control estadístico como la representación gráfica del estado de la calidad del producto con base en las hipótesis planteadas, esta herramienta es la antesala para los planes de inspección. El capítulo X detalla los planes de inspección o muestreo, en sus dos modalidades: por variables y atributos, estas herramientas de análisis son fundamentales para la recepción de materias primas dentro de cualquier organización. Cabe destacar, que en los países desarrollados estas herramientas son obsoletas en la actualidad, ya que a través de diversos controles como justo a tiempo y cadenas de suministro eficientes, la calidad del producto se concibe desde la creación de la materia prima para obtener productos finales de calidad. Sin embargo, para el caso de México, al componerse principalmente de MIPyMES y PyMES, los planes de inspección toman un rol fundamental para la calidad del producto y la reducción de costos operativos de la organización. El capítulo XI y XII, detallan herramientas complementarias de análisis para el control del proceso. El capítulo XI explica la confiabilidad del sistema, entendiéndola como el grado satisfactorio del cliente al recibir un producto y como medir esta satisfacción. El capítulo XII, detalla los sistemas de medición, principalmente como herramientas complementarias para el control del proceso eficiente y confiable. En síntesis, se proporcionan herramientas y conceptos fundamentales que serán de utilidad al lector que esté interesado en abundar más sobre los aspectos que conforman a la calidad y el control estadístico del proceso, por lo que se asegura un vasto conocimiento en estas ramas de la Ingeniería para su análisis. 3

5 ÍNDICE. PREFACIO INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I. PENSAMIENTO ESTADÍSTICO PARA LA MEJORA DE LA CALIDAD Y LA PRODUCTIVIDAD Estadística Recolección De Datos Medidas de Tendencia Central Ejemplo Ejemplo Desviación Estándar CAPÍTULO II. CALIDAD Calidad Importancia de la Calidad Calidad Total Una definición de la TQM en función de sus dimensiones Costos de la calidad CAPÍTULO III. SIETE HERRAMIENTAS Las Siete Herramientas de la Calidad Planillas de Inspección Consejos para la elaboración e interpretación de las hojas de verificación Diagramas de Flujo Pasos para la elaboración de un diagrama de flujo Diagrama de flujo de tiempo sin valor Diagrama de Flujo Físico Diagrama de Concentración de Defectos Diagrama Causa Efecto, de Pescado o Ishikawa Construcción del diagrama Ejemplo. Diagrama Ishikawa de Fugas Diagrama de Pareto Ejemplo de Pareto Construcción del grafico en Excel Ejemplo de Pareto de Costos Diagrama de Pareto en Minitab Histograma

6 Ejemplo. Tiempos de Espera Datos sin agrupar Datos Agrupados Ejemplo. Producción operario y máquina Diagrama de Dispersión y Correlación Lineal Elaboración del Diagrama Calculo de la función lineal de correlación Ejemplo Diagrama de Dispersión Diagrama de Dispersión en Minitab Diagramas bivariantes Ejemplo Estratificación CAPÍTULO IV. HERRAMIENTAS ADICIONALES A LA CALIDAD Quality Function Deployment - QFD Qué es QFD? Desarrollo histórico del QFD Estructura de QFD El proceso QFD Beneficios del QFD Información del cliente: retroalimentación e input Información solicitada Información no solicitada Información cuantitativa Información cualitativa Información estructurada Información aleatoria Herramientas de QFD Diagrama de afinidad Dígrafo de interrelaciones Diagrama de árbol Diagrama de matriz Implementando QFD Formar el equipo del proyecto Establecer procedimientos de monitoreo Seleccionar un proyecto

7 Conducir una Junta de "despegue" Entrenar al equipo Desarrollo de las matrices La casa de la calidad Ejemplo. Utilización de la herramienta de la casa de la calidad para el desarrollo de un nuevo producto / servicio de la empresa Técnica TKJ ( Team Kawakita Jiro ) Metodología Material necesario Recomendaciones Técnica TKJ y Jerarquización Analítica Reingeniería Historia de la reingeniería Qué es reingeniería? Por qué hacer reingeniería? Reingeniería versus mejora continua Que implica la reingeniería? Herramientas que utiliza la reingeniería Cómo se hace una reingeniería? Metodología rápida de la reingeniería Expectativas de la reingeniería Cambian las unidades de trabajo: de departamentos funcionales a equipos de proceso Los oficios cambian: de tareas simples a trabajo multidimensional Aplicaciones Encontradas Consideraciones adicionales Identificación de áreas clave de mejora (KIA s) y Desarrollo de indicadores clave de proceso (KPI s) 117 Identificando indicadores Áreas a ser analizadas El enfoque de procesos y el diseño de indicadores de desempeño Planeación Estratégica Control CAPÍTULO V. GRÁFICOS DE CONTROL Gráficos de Control Procesos dentro y fuera de control Clasificación de los gráficos de control Interpretación del control del proceso

8 Criterios para determinar si un proceso está fuera Estabilidad del proceso Patrones anormales de graficas de control ) Corridas ) Tendencias ) Adhesión a la línea central y adhesión a los límites de control ) Periodicidad o Ciclos ) Cambios bruscos en el proceso Graficas de control por variables continúas. Grafica de promedios y rangos Procedimiento de elaboración Ejemplo Ejemplo Gráficas de control X S Procedimiento de elaboración Ejemplo. Caso taladro Prueba de Homogeneidad Ejemplo ρ Gráfica X S con límites constantes: Ejemplo Grafica de medianas y rangos. Procedimiento de elaboración Ejemplo Carta de control de lecturas Individuales I-MR Ejemplo. La longitud de un tramo de tubo se registra para cada producto Otras cartas de control para variables Cartas de control para observaciones individuales y rangos móviles (X Rm) Cartas de control de sumas acumulativas (cartas CUSUM) Cartas de medias móviles exponencialmente ponderadas (cartas EWMA) Gráficas de control por atributos o variables discretas Gráfica P para fracción de Unidades Defectuosas Ejemplo Ejemplo Gráfica de control np. Número de defectivos o de número de defectuosos Ejemplo para el procedimiento de elaboración Ejemplo Gráfico de Control C. para número de defectos

9 Ejemplo: Grafica U. Número de Defectos por Unidad variable Ejemplo Control. Curva Normal Ejemplo Distribución normal estándar Estudio potencial del proceso Grafica de control durante la producción normal Habilidad del proceso Criterios para determinar si una habilidad es aceptable en curva normal Ejemplo Ejemplo Capacidad potencial del proceso C p Ejemplo Habilidad real del proceso Cpk Ejemplo. Calcular el Cpk del ejemplo de los taladros Calculo de habilidad para graficas por atributos Ejemplo. Espesor de un rectificador exterior de un block CAPÍTULO VI. SISTEMA DE PRODUCCIÓN TOYOTA Sistema de producción Toyota Antecedentes históricos del toyotismo Toyotismo Eliminación de desperdicios Calidad en la Fuente Relaciones laborales en la formación del sistema Toyota Respeto a las personas Administración de la base a todo alrededor Círculos de Calidad Kaizen Cambio rápido de modelo (SMED) Sistema de Sugerencias/Despliegue de políticas Sistema de Costos Japonés Los diez mandamientos de Kaizen Principios básicos para iniciar la implantación de Kaizen Kanban Reducir al mínimo los tiempos de preparación de las máquinas

10 Sistema Halar o Jalar El principio de jalar Justo A Tiempo (JIT) Producción Justo a Tiempo Beneficios típicos del JAT: Poka Yoke Funciones reguladoras Poka-Yoke Métodos de Control Métodos de Advertencia Clasificación de los métodos Poka-Yoke Medidores utilizados en sistemas POKA-YOKE Jidoka. Alta visualización de los problemas Producción Nivelada (HEIJUNKA) Las 9`S BSeiri SEIRI - Clasificación Seiton - Organización Seiso - Limpieza Seiketsu - Bienestar personal Shitsuke - Disciplina Shikari - Constancia Shitsukoku - Compromiso Seishoo - Coordinación Seido - Estandarización Procedimiento básico para aplicar las 9 S CAPÍTULO VII. SISTEMA DE GESTIÓN DE CALIDAD Liderazgo Estilo D Estilo D Estilo D Estilo D 2 - D Ejemplo.Identifique los estilos de liderazgo de las siguientes situaciones Sistema de gestión de calidad ISO Cinco etapas para lograr la implantación de un sistema de calidad Normalización y estándares Clasificación

11 Algunas normas generales de importancia para la industria de alimentos Elaboración de una norma Normalización Ventajas de la normalización El proceso de normalización Normalización y normas en México ISO 9000, Introducción Certificación y acreditación Los principios de la ISO La norma ISO Sistema de Gestión de la Calidad Responsabilidad de la dirección Gestión de los recursos Realización del producto Mediciones, análisis y mejora ISO 9001: La documentación El Manual de Calidad CAPÍTULO VIII. CONTROL ESTADÍSTICO DEL PROCESO Pruebas de hipótesis Procedimiento sistemático para una prueba de hipótesis de una muestra Tipos de prueba Errores de tipo I y de tipo II Cartas de control Gráficos de Control con Minitab Ejemplo. Grafico np Grafica de Control p Ejemplo Capacidad del proceso Ejemplo CAPÍTULO IX. CURVA OPERATIVA DE LA CALIDAD Aspectos estadísticos: variabilidad y curva característica de operación La curva de operación característica (CO) Curva CO ideal Propiedades de las curvas CO

12 Ejemplo Curvas CO tipo A y tipo B Errores tipo I y tipo II Ejemplo Ejemplo Ejemplo Curva operativa con macros de Excel Curva operativa y errores tipo I y II Ejemplo. Curva característica y función de potencia Los riesgos del proveedor y del cliente Fundamento estadístico del muestreo de aceptación Diseño de planes de muestreo para una curva CO Ejemplo Inspección con rectificación. Calidad promedio de salida Ejemplo: Inspección total promedio Ejemplo Calidad promedio de salida, CPS o AOQ (average outgoing quality) Límite de la calidad promedio de salida, LCPS o AOQL (average outgoing quality limit) Inspección total promedio, ITP o ATI (average total inspection) CAPÍTULO X. PLANES DE MUESTREO DE RECEPCIÓN Inspección en el control de calidad Muestreo de aceptación Cuando aplicar muestreo de aceptación Plan, Esquema y Sistema de Muestreo para Aceptación Formación del lote y selección de la muestra Selección de la muestra Tipos de planes de muestreo Muestreo de aceptación por atributos Planes de muestreo simple Planes de muestreo doble Curva CO para planes de muestreo doble Ejemplo Ejemplo Curva del número promedio de la muestra. NPM Ejemplo

13 Diseño de un plan de muestreo doble con Tablas de Grubb Ejemplo Planes de muestreo múltiples por atributos Planes de muestreo secuencial Ejemplo Ejemplo Muestreo Rectificativo Las tablas de Dodge-Roming Nivel de calidad límite (NCL) Límite de la calidad media de salida (LCMS) Comentarios adicionales sobre las tablas de Dodge-Roming Muestreo de aceptación por variables Ejemplo Suposición de Normalidad Tipos de planes Muestreo por variables para un parámetro del proceso Ejemplo Ejercicio Ejercicio Muestreo por variables para estimar el porcentaje de Disconformidad del Lote Ejercicio Método k Método M Ejercicio Inspección y muestreo por el Military Standard 105E (ANSI/ASQC Z1.4, BS 6001, ISO 2859 inspección por atributos) y el Military Standard 414 (inspección por variables) Características del MIL-STD-105E y de la ISO Nivel de inspección Inspección normal, rigurosa y reducida Reglas de cambio de tipos de plan Procedimiento para la selección de un plan de muestreo Inspección por variables: MIL-STD-414, ISO 3951:1989, MIL-STD Ejemplos. MIL STD Ejemplo CAPÍTULO XI. CONFIABILIDAD Confiabilidad

14 Confiabilidad numérica Diagrama de bloques de confiabilidad RBD Confiabilidad de sistemas en serie Ejemplo Ejemplo. Misil Redundancia Confiabilidad de sistemas en paralelo Ejemplo Confiabilidad como una función del tiempo Tiempo medio entre fallas, MTBF Ejemplo. MTBF Aplicación del modelo exponencial Ejemplo CAPÍTULO XII. SISTEMAS DE MEDICIÓN Introducción Medición Causas de los errores de medición Estudios del sistema de medición Uniformidad, Sensibilidad y Discriminación Estudios de Reproductibilidad y Repetibilidad, Estudios R&R Ejemplo R&R Gráficos de rachas para mediciones Ejemplo Gráfico de Rachas para Mediciones Linealidad en la medición y estudio de la exactitud Ejemplo Linealidad y Exactitud: Carta de tendencias de Gage Minitab Estudios R&R - Método Corto del Rango Estudio de R&R Método largo - Cruzado Procedimiento para realizar un estudio de R&R Métodos de estudio del error R&R: Ejemplo11F: Cálculo de la Repetibilidad únicamente Cálculos de R&R con Excel o manual Corrida con Minitab Ejemplo (MINITAB). Método X Barra - R Ejemplo por el Método de ANOVA Estudios de R&R Método largo (anidado)

15 Datos Ejemplo: Estudios de Linealidad Ejemplo: Estudios de R&R por atributos (Método analítico) Ejemplo: Estudios de R&R por atributos (Método de acuerdo por atributos) Ejemplo: GLOSARIO DE TÉRMINOS Bibliografía Anexo 1. Tablas de Gráficos de Control variables continuas