Análisis de Sistemas de Medición (MSA)Su relevancia en la manufacturaEscrito por Alejandro Gamboa M.

El Análisis de los Sistemas de Medición, MSA por sus siglas en inglés, para algunos ingenieros de proceso es un tema escabroso preferible de evitar, sin embargo su relevancia es tal que debiera tomarse más en serio por el riesgo que implica no utilizarlo adecuadamente.

En el artículo previo Control Estadístico de Proceso (SPC) vimos como por medio de modelos matemáticos podemos evaluar y predecir el comportamiento de nuestros procesos, e identificar comportamientos atípicos que si no son atendidos inmediatamente pueden derivar en desperdicio, retrabajo o peor aún en embarques de producto no conforme.

Para controlar nuestros procesos necesitamos medir y probar las características importantes de las partes que producimos, sin embargo es común que quienes realizan esta tarea “asuman” que los dispositivos de medición y prueba que utilizan son confiables, es decir exactos, precisos y estables. ¿Pero esto realmente es así?

La norma ISO 9001 establece que la organización debe determinar y proporcionar los recursos necesarios para asegurarse de la validez y fiabilidad de los resultados cuando se realice el seguimiento o la medición para verificar la conformidad de los productos y servicios con los requisitos1, y la norma automotriz IATF 16949 agrega que se deben realizar estudios estadísticos para analizar la variación presente en los resultados de cada tipo de sistema de inspección, medición y equipo de ensayo identificados en el plan de control2.

Variación de los procesos

En el artículo de SPC comentamos que es normal y esperado que las características importantes de los productos que fabricamos tiendan a variar, esto debido a muchas variables que clasificamos en las 6 M’s; Materiales, Máquinas, Mano de Obra, Métodos, Medio Ambiente y Medición.

"La incertidumbre es una posición incómoda. Pero la certeza es una posición absurda”. Voltaire

Uno de los mayores temores que un ingeniero de proceso puede tener, es embarcar al cliente un lote de producto terminado no conforme. No solo porque demuestra incompetencia, sino por el riesgo que implica un fallo en campo, en especial cuando se pone en riesgo la vida humana.

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Cada M aporta su propia variación y la suma de las 6 nos da como resultado la variación total del proceso. Las primeras 5 M’s alteran físicamente las características de los productos, pero la sexta no, ya que la Medición no altera la pieza.

Variación de los Sistemas de Medición

Cuando medimos una característica del producto tendemos a pensar que el resultado obtenido es su valor “real”, sin embargo no necesariamente es así, ya que es normal y esperado que su verdadero valor oscile en un rango de valores que llamamos “intervalo de confianza” o “incertidumbre”.

Haga usted la prueba, mida una misma característica de un mismo producto 20 veces, observará que no siempre obtendrá la misma lectura, aun y cuando se trata de la misma pieza, del mismo instrumento, de la misma persona, del mismo lugar y con la misma técnica.

El intervalo de confianza o incertidumbre es especialmente importante cuando estamos cerca de un límite de especificación o de un límite de control. Para recordar la diferencia entre ambos conceptos lo invitamos a leer el artículo Control Estadístico de Proceso (SPC).

Imagine usted que medimos el diámetro exterior de un tornillo y nos da como resultado 3.255mm, si la especificación de nuestro cliente es 3.24mm +/- 0.02mm. ¿Podemos concluir que la característica evaluada es conforme a la especificación del cliente?

La respuesta correcta es ni sí, ni no, sino todo lo contrario y lo más seguro es que quién sabe, es decir, depende del intervalo de confianza o incertidumbre de nuestro sistema de medición (ver figura 1).

Figura 1. Intervalo de Confianza

En este ejemplo podemos observar que debido a la amplitud del intervalo de confianza, existe una “Zona de Riesgo”, lo cual significa que existe la probabilidad que la pieza no cumpla con la especificación del cliente.

En el artículo previo Pensamiento Basado en Riesgo vs. Acción Preventiva, vimos que la norma ISO 9001 establece que la organización debe determinar los riesgos y oportunidades, así como atenderlos3, esto implica que todos los procesos de la organización deben de realizar esta tarea, y definitivamente los ingenieros de proceso debieran considerar en su análisis la incertidumbre de sus mediciones. ¿Su organización la contempla?

Análisis de los Sistemas de Medición (MSA)

MSA se refiere a las herramientas estadísticas que utilizamos para determinar qué tanta variación aportan los sistemas de medición a la variación total del proceso. ¿Pero qué es exactamente un Sistema de Medición?

Un sistema de medición es la integración de una serie de componentes que interactúan entre sí en un proceso de medición, para obtener el valor “aproximado” de una característica bajo estudio, éstos podemos dividirlos en 5 elementos:

1. Pieza. Las piezas que medimos influyen en la variación de las lecturas, hay piezas fáciles de medir, como un cubo metálico de caras pulidas, y hay otras que no lo son, como esferas o hules espuma que se deforman al tocarlos.

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2. Instrumento. Hay equipos que son más precisos y exactos que otros, por ejemplo un micrómetro vs. un calibrador, y aún dentro de un mismo tipo de equipo hay marcas y modelos que son más exactos y precisos que otros que supuestamente son similares.

3. Evaluador. La persona que realiza las mediciones debe de tener experiencia y destreza, en especial cuando se utilizan instrumentos de medición muy sensibles o piezas complejas de medir.

4. Método. No es lo mismo medir una característica sujetando la pieza con la mano que clocándola en un dispositivo de sujeción, o realizar la medición apretando la pieza con fuerza en lugar de solo tocarla.

5. Medio Ambiente. No es lo mismo realizar una medición dentro de un laboratorio con iluminación, temperatura y humedad controladas, que realizarla en el piso de producción junto al proceso donde hay polvo, ruido y calor.

Exactitud, Precisión y Estabilidad

Hasta ahora hemos mencionado en varias ocasiones los conceptos de exactitud, precisión y estabilidad, ¿pero cuál es la diferencia entre ellos?

Imagine que se encuentra en un bar y está jugando con sus amigas Mónica y Karla al tiro al blanco, cada quien lanza los dardos cuatro veces y en el primer intento logran el siguiente resultado:

Usted Mónica Karla

Figura 2. Exactitud4

¿Quién de ustedes fue más exacto?

Ahora les toca el segundo intento y nuevamente cada quien lanza sus cuatro dardos.

Usted Mónica Karla

Figura 3. Precisión4

¿Quién de ustedes fue más preciso?

En MSA la Exactitud se calcula midiendo la diferencia que existe entre el valor de referencia de la característica que se está midiendo (valor real conocido) y el promedio de las lecturas, en nuestro ejemplo el valor de referencia sería el punto central del tablero y el promedio de nuestras lecturas sería el punto

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donde los cuatro dardos hacen intersección. Entonces, tomando como referencia esta definición, ¿Quién fue mas exacto? En el primer intento los tres fueron igualmente exactos, pero no igual de precisos.

Por otro lado, la Precisión se determina calculando la variación de las mediciones obtenidas, es decir que tan cercanas se encuentran entre ellas, independientemente del valor de referencia, en nuestro ejemplo, sería que tan cercanos se encuentran los dardos entre sí, sin importar donde se encuentra el objetivo. Entonces, tomando como referencia esta definición, ¿Quién fue mas preciso? En el segundo intento los tres fueron igualmente precisos, pero no igual de exactos.

Por lo tanto, ¿Quién es el mejor jugador? El que es preciso y no exacto o el que es exacto y no preciso?

La respuesta correcta como seguramente ya se habrá dado cuenta, es Usted. Un buen tirador de dardos es aquel que es preciso y exacto al mismo tiempo.

Lo mismo sucede con los equipos de medición y prueba, para saber si éstos son adecuados para el uso que le damos en nuestros procesos tenemos que evaluar su exactitud (estudios de Linealidad y Sesgo) y su precisión (estudios de Repetibilidad y Reproducibilidad ó R&R).

Ahora bien, aún y cuándo realicemos correctamente los estudios de exactitud y de precisión a todos los instrumentos de medición y prueba documentados en el plan de control, como lo establece la norma, existe otro riesgo importante que comúnmente se pasa por alto.

¿Qué pasaría si a alguien se le cae o golpea un instrumento y no le dice a nadie? ¿Cómo y cuándo detectamos un desajuste? ¿Sabía usted que los estudios de exactitud y precisión de los instrumentos de medición y prueba se realizan típicamente una vez al año o en el mejor de los casos cada 6 meses?

Un desajuste de los equipos de medición y prueba por más ligero que sea, modifica su incertidumbre y con ello aumenta el riesgo de aprobar piezas no conformes.

Para solucionar esto realizamos estudios de Estabilidad con gráficos de control (ver artículo de SPC). Este estudio no indica si el instrumento es preciso o exacto, solo si el equipo sigue midiendo de la misma forma.

El estudio de Estabilidad es sencillo y rápido de realizar, medimos 3 veces con el instrumento una misma característica de una misma pieza o muestra patrón, una vez al día, a la semana o a la quincena, según sea lo más adecuado, registramos las lecturas en un gráfico de control XR y si los promedios y rangos se mantienen dentro de los límites de control, significa que el equipo sigue tan exacto y preciso como se determinó en los últimos estudios de Exactitud y Precisión.

Ahora ya lo sabe, en su próxima auditoría interna del sistema de gestión de la calidad, verifique que su organización cuenta con estudios de Linealidad y Sesgo (Exactitud), de Repetibilidad y Reproducibilidad (Precisión), y con Gráficos de Control XR (Estabilidad), para cada uno de los sistemas de medición y prueba documentados en su plan de control.

Y algo más, la cereza del pastel, los dispositivos de prueba Pasa-no-Pasa y los inspectores humanos, también son sistemas de medición a los que hay que realizarles estudios de MSA, el más común y aceptado por los clientes automotrices es el Análisis de Riesgos con el método Tabular Cruzado, un tanto laborioso y complejo de realizar si no se utilizan sistemas estadísticos como Minitab.

Si desea saber cómo le podemos ayudar a mejorar la evaluación de sus sistemas de medición consulte en nuestra página www.metricos.mx el programa de cursos abiertos al público de MSA y solicite una prueba gratuita de nuestra Plataforma Web de Aplicaciones.

Este artículo lo puede descargar en PDF de forma gratuita en: https://metricos.mx/articulos.html

Referencias:

1. ISO 9001:2015 Cl. 7.1.5.1 - Generalidades. 2. IATF 16949:2016 Cl. 7.1.5.1.1 - Análisis del sistema de medición3. ISO 9001:2015 Cl. 6.1.1 “Acciones para abordar riesgos y oportunidades”4. Tableros ilustrativos de tiro al blanco obtenidos de guías de estudio de Minitab

Uno error común de las organizaciones es pensar que el estudio R&R es suficiente para determinar si los equipos son adecuados para el uso que se les da, y por ello no realizan estudios de Linealidad y Sesgo.

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