Cpk y Gage R&R en la medición del contraste de marcado y la adhesión

Cpk y Gage R&R en la medición del contraste de marcado y la adhesión

Puntos clave

• Califique la medición antes que el proceso. Un índice de capacidad calculado con un instrumento incapaz es aritmética, no información.
• Las pruebas destructivas requieren diseños con muestras equivalentes, porque la misma probeta no puede medirse dos veces.
• Los métodos por atributos tienen su propio estudio de concordancia: los esquemas de clasificación también son instrumentos de medición.
• La capacidad supone estabilidad. Calcule el Cpk sobre un proceso bajo control, o el número no describe nada repetible.

Los estudios de capacidad en procesos de decoración y marcado suelen realizarse con diligencia e interpretarse de manera incorrecta, porque se omite un paso. Se supone que el sistema de medición es adecuado, la capacidad se calcula a partir de la variación observada, y un índice decepcionante se atribuye al proceso. Con frecuencia, la mayor parte de esa variación pertenece al instrumento de medición.

La variación observada tiene dos fuentes

Toda medición contiene variación del proceso y variación de la medición combinadas. Cuando la medición aporta una parte grande de la variación total, se derivan de inmediato varias consecuencias prácticas: los índices de capacidad son pesimistas, se rechazan piezas aceptables y se aceptan inaceptables, los cambios del proceso no pueden detectarse de forma confiable, y el esfuerzo de mejora dirigido al proceso no produce ningún resultado visible porque el ruido domina.

Establecer esa división es el propósito del análisis del sistema de medición, y hacerlo primero cambia lo que debe ser el trabajo posterior. Un proceso cuya medición consume la mayor parte de la tolerancia todavía no tiene un problema de proceso; tiene un problema de metrología, y resolverlo suele ser más económico.

El problema de la prueba destructiva

Los estudios estándar de repetibilidad y reproducibilidad (Gage R&R) se basan en medir la misma pieza varias veces. La prueba de adhesión destruye la probeta, por lo que el diseño debe cambiar.

El enfoque habitual son las muestras equivalentes: las piezas producidas de forma adyacente bajo condiciones lo más idénticas posible se tratan como un grupo de probetas nominalmente equivalentes, y el análisis compara la variación dentro de los grupos contra la variación entre operadores y entre grupos. El supuesto de equivalencia dentro de un grupo es fundamental, y cualquier variación real de pieza a pieza dentro de él se atribuirá al sistema de medición.

Esa es una limitación que debe declararse y no ocultarse. Significa que los estudios de Gage R&R con pruebas destructivas establecen un límite superior de la variación de la medición y no un valor exacto, lo cual sigue siendo útil: si el límite superior es aceptable, la medición es adecuada.

Los métodos por atributos también son instrumentos de medición

Los esquemas de clasificación de adhesión y las evaluaciones visuales de marcas son sistemas de medición y merecen el mismo escrutinio. Un análisis de concordancia por atributos presenta a los evaluadores un conjunto de piezas que abarca el límite de aceptación, repetido en orden aleatorio, y registra si cada evaluador coincide consigo mismo en la presentación repetida y con los demás evaluadores.

Los resultados en piezas límite son sistemáticamente peores de lo que se espera, y esa es precisamente la región donde se toman las decisiones de aceptación. Cuando la concordancia es deficiente, las opciones correctivas son mejores patrones de referencia, criterios de clasificación más claros, capacitación con muestras conocidas o reemplazar el método por atributos con uno instrumental.

Las mediciones específicas

Contraste de marcado. La medición instrumental es reproducible siempre que las condiciones estén fijas: tipo de instrumento, geometría de iluminación, apertura y ubicación de la medición en relación con la marca y con una referencia de fondo definida. La textura superficial, la curvatura y el brillo afectan las lecturas, por lo que las piezas con superficies marcadas tridimensionales necesitan un arreglo de sujeción definido como parte del método.

Verificación de códigos. La calificación de códigos legibles por máquina según una norma reconocida es una de las mediciones de mejor comportamiento en esta área, porque las normas especifican con rigor la apertura, la longitud de onda y la geometría. La repetibilidad es generalmente buena; la reproducibilidad entre distintos modelos de verificador lo es menos, razón por la cual la especificación debe nombrar la clase de equipo.

Adhesión. Los métodos de cinta y de cuadrícula son sensibles al lote de cinta, la presión de aplicación, el tiempo de permanencia y la velocidad y el ángulo de retiro. La prueba de desprendimiento es más cuantitativa, pero sensible a la alineación del dolly, al curado del adhesivo y a la velocidad de carga. Ambas se benefician sustancialmente de dispositivos de sujeción que eliminan la técnica del operador del resultado.

Energía superficial. La prueba con dyne es rápida, económica y dominada por la técnica: la antigüedad de la tinta, la cantidad aplicada, el intervalo de lectura y el criterio del operador sobre cuándo se ha roto una película cambian la respuesta, y la naturaleza escalonada del juego de tintas limita la resolución. Cuando la energía superficial es un parámetro controlado con una ventana estrecha, la instrumentación de ángulo de contacto ofrece una resolución y repetibilidad que las tintas dyne no pueden dar.

La capacidad requiere primero estabilidad

Un índice de capacidad calculado sobre un proceso inestable describe una mezcla de estados y no un proceso, y no predecirá la producción futura. Graficar la medición en una carta de control durante un periodo, confirmando la ausencia de desplazamientos, tendencias y causas especiales, es un requisito previo y no un refinamiento.

La forma de la distribución también importa. Los datos de adhesión y de contraste con frecuencia están sesgados o acotados (una escala de clasificación tiene un tope, el contraste tiene límites físicos), y los índices basados en la teoría normal aplicados a datos fuertemente no normales pueden estar sustancialmente equivocados en cualquier dirección. Graficar los datos antes de calcular cualquier cosa es la salvaguarda más económica disponible.

La mayoría de los requisitos aquí son unilaterales: contraste por encima de un mínimo, adhesión por encima de un umbral, energía superficial por encima de un nivel. Corresponde aplicar el índice unilateral adecuado, y vale la pena indicar explícitamente qué límite se evalúa en lugar de reportar una cifra bilateral calculada contra un límite superior inventado.

Qué hacer con un mal resultado

Un resultado débil de capacidad tiene tres posibles responsables y el análisis debe identificar cuál. Si domina la variación de la medición, mejore la medición: sujeción, disciplina de método, mejor instrumentación, capacitación. Si la media del proceso está cerca del límite, céntrela, lo cual suele ser lo más económico de los tres. Si la variación del proceso es realmente amplia, deben encontrarse las fuentes, y para estos procesos suelen ser la variación entre lotes de material, la cobertura y consistencia del tratamiento, las diferencias geométricas de pieza a pieza y la deriva entre intervalos de mantenimiento.

Distinguir esos tres casos es todo el valor de hacer primero el análisis de la medición. Sin él, cada mal número de capacidad produce la misma respuesta (apretar el proceso) y aproximadamente una de cada tres veces esa respuesta se dirige a la cosa equivocada.

Muestreo que refleje las fuentes reales de variación

Un estudio de capacidad es tan representativo como las piezas que entraron en él, y los estudios en líneas de decoración con frecuencia se realizan en una sola corrida de producción, con un solo lote de resina, en un solo turno, con un operador, en una sola semana. El índice resultante describe esa corrida y no el proceso.

La variación que realmente importa en estas líneas es la que existe entre lotes de resina y de colorante, entre cavidades de un molde multicavidad, entre posiciones de los dispositivos de sujeción, entre turnos y operadores, y a lo largo de los intervalos de mantenimiento. Un plan de muestreo que abarca deliberadamente esas fuentes da una cifra de capacidad que predice la producción futura; uno que las mantiene todas constantes da un número optimista que no se reproducirá.

El enfoque práctico es un esquema de subgrupos racionales: subgrupos pequeños tomados con la frecuencia suficiente para capturar la variación de corto plazo, durante un periodo lo bastante largo para incluir los ciclos de lote y de mantenimiento. Toma más tiempo que un estudio de una sola corrida y es la diferencia entre un número que respalda una decisión y un número que respalda un informe.

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Preguntas frecuentes

¿Por qué el análisis del sistema de medición va antes que la capacidad?

Porque la variación observada es la suma de la variación del proceso y la variación de la medición. Si el sistema de medición representa una parte grande de la tolerancia, el índice de capacidad calculado describe sobre todo al instrumento, y los esfuerzos de mejora dirigidos al proceso no lo moverán. Calificar primero la medición le indica qué problema tiene realmente.

¿Cómo se realiza un Gage R&R en una prueba destructiva?

Usando muestras equivalentes en lugar de mediciones repetidas. Las piezas producidas de forma adyacente bajo condiciones idénticas se tratan como nominalmente idénticas, y el análisis compara la variación dentro del grupo y entre operadores. El supuesto de que los miembros del grupo son equivalentes tiene un peso real y debe declararse, porque la variación de pieza a pieza dentro del grupo aparece como variación de la medición.

¿Los métodos de clasificación visual necesitan este tratamiento?

Sí. Un esquema de clasificación como una calificación de adhesión por cuadrícula es un instrumento de medición, y un análisis de concordancia por atributos establece si los evaluadores coinciden entre sí y consigo mismos al ver de nuevo las piezas. Las tasas de desacuerdo en piezas límite con frecuencia son altas y conviene conocerlas antes de usar el método para la aceptación.

¿Qué dificulta calificar la medición de la energía superficial?

La prueba dyne es rápida y depende de la técnica: la antigüedad de la tinta, la cantidad aplicada, el tiempo de lectura y el criterio del operador cambian el resultado, y la medición es escalonada y no continua, lo que limita la resolución. Los instrumentos de ángulo de contacto ofrecen mejor resolución y repetibilidad cuando la aplicación los justifica.

¿Tiene sentido el Cpk para una especificación unilateral?

Sí, usando el índice unilateral correspondiente, ya que la mayoría de los requisitos de marcado y adhesión son solo de mínimo: contraste por encima de un umbral, adhesión por encima de un valor. Lo que importa más es que el proceso sea estable y que se entienda la distribución, ya que los datos de adhesión y de contraste con frecuencia están sesgados y los índices basados en la normalidad pueden inducir a error.

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