Cpk e Gage R&R na medição do contraste da marcação e da adesão

Cpk e Gage R&R na medição do contraste da marcação e da adesão

Principais conclusões

• Qualifique a medição antes do processo. Um índice de capabilidade calculado com um instrumento incapaz é aritmética, não informação.
• Ensaios destrutivos exigem projetos de amostras pareadas, porque o mesmo corpo de prova não pode ser medido duas vezes.
• Os métodos por atributos têm seu próprio estudo de concordância: esquemas de classificação também são instrumentos de medição.
• A capabilidade pressupõe estabilidade. Calcule o Cpk em um processo sob controle, ou o número não descreve nada repetível.

Estudos de capabilidade em processos de decoração e marcação costumam ser feitos com diligência e interpretados de forma incorreta, porque uma etapa é pulada. O sistema de medição é presumido adequado, a capabilidade é calculada a partir da variação observada e um índice decepcionante é atribuído ao processo. Com frequência, a maior parte dessa variação pertence ao instrumento.

A variação observada tem duas fontes

Toda medição contém, combinadas, a variação do processo e a variação da medição. Quando a medição contribui com uma grande parcela do total, várias consequências práticas se seguem de imediato: os índices de capabilidade ficam pessimistas, peças aceitáveis são rejeitadas e inaceitáveis são aceitas, mudanças no processo não podem ser detectadas de forma confiável e o esforço de melhoria dirigido ao processo não produz resultado visível porque o ruído domina.

Estabelecer essa divisão é a finalidade da análise do sistema de medição (MSA), e fazê-lo primeiro muda o que o trabalho seguinte deve ser. Um processo cuja medição consome a maior parte da tolerância ainda não tem um problema de processo; tem um problema de metrologia, e resolvê-lo costuma ser mais barato.

O problema do ensaio destrutivo

Os estudos padrão de repetibilidade e reprodutibilidade (Gage R&R) dependem de medir a mesma peça várias vezes. O ensaio de adesão destrói o corpo de prova, então o projeto do estudo precisa mudar.

A abordagem habitual é a de amostras pareadas: peças produzidas em sequência, em condições o mais idênticas possível, são tratadas como um grupo de corpos de prova nominalmente equivalentes, e a análise compara a variação dentro dos grupos com a variação entre operadores e entre grupos. A suposição de equivalência dentro de um grupo é essencial, e qualquer variação real entre peças dentro dele será atribuída ao sistema de medição.

Trata-se de uma limitação a declarar, e não a esconder. Significa que os estudos de instrumento em ensaios destrutivos estabelecem um limite superior para a variação da medição, e não um valor exato, o que ainda é útil: se o limite superior é aceitável, a medição é adequada.

Métodos por atributos também são instrumentos de medição

Esquemas de classificação de adesão e avaliações visuais da marcação são sistemas de medição e merecem o mesmo escrutínio. Uma análise de concordância por atributos apresenta aos avaliadores um conjunto de peças que atravessa o limite de aceitação, repetido em ordem aleatória, e registra se cada avaliador concorda consigo mesmo na reapresentação e com os demais avaliadores.

Os resultados em peças limítrofes são rotineiramente piores do que se espera, e essa é justamente a região em que as decisões de aceitação são tomadas. Onde a concordância é fraca, as opções corretivas são melhores padrões de referência, critérios de classificação mais claros, treinamento com amostras conhecidas ou a substituição do método por atributos por um método instrumental.

As medições específicas

Contraste da marcação. A medição instrumental é reprodutível desde que as condições sejam fixas: tipo de instrumento, geometria de iluminação, abertura e local de medição em relação à marcação e a uma referência de fundo definida. Textura da superfície, curvatura e brilho afetam as leituras, então peças com superfícies marcadas tridimensionais precisam de um arranjo de fixação definido como parte do método.

Verificação de códigos. A classificação de códigos legíveis por máquina segundo uma norma reconhecida está entre as medições mais bem comportadas nessa área, porque as normas especificam abertura, comprimento de onda e geometria com rigor. A repetibilidade geralmente é boa; a reprodutibilidade entre diferentes modelos de verificadores é menor, e por isso a especificação deve indicar a classe do equipamento.

Adesão. Os métodos de fita e de corte em grade são sensíveis ao lote da fita, à pressão de aplicação, ao tempo de permanência e à velocidade e ao ângulo de remoção. O ensaio de arrancamento (pull-off) é mais quantitativo, mas sensível ao alinhamento do dolly, à cura do adesivo e à taxa de carregamento. Ambos se beneficiam substancialmente de dispositivos de fixação que removem a técnica do operador do resultado.

Energia de superfície. O ensaio de dyne é rápido, barato e dominado pela técnica: a idade da tinta, a quantidade aplicada, o intervalo de leitura e o julgamento do operador sobre quando o filme se rompeu deslocam a resposta, e a natureza escalonada do conjunto de tintas limita a resolução. Onde a energia de superfície é um parâmetro controlado com janela estreita, a instrumentação de ângulo de contato dá resolução e repetibilidade que as tintas de dyne não conseguem.

A capabilidade exige estabilidade primeiro

Um índice de capabilidade calculado em um processo instável descreve uma mistura de estados, e não um processo, e não vai prever a produção futura. Acompanhar a medição em carta de controle por um período, confirmando a ausência de deslocamentos, tendências e causas especiais, é um pré-requisito, e não um refinamento.

O formato da distribuição também importa. Os dados de adesão e de contraste costumam ser assimétricos ou limitados (uma escala de classificação tem um teto, o contraste tem limites físicos), e índices baseados na teoria normal aplicados a dados fortemente não normais podem estar substancialmente errados em qualquer direção. Plotar os dados antes de calcular qualquer coisa é a salvaguarda mais barata disponível.

A maioria dos requisitos aqui é unilateral: contraste acima de um mínimo, adesão acima de um limite, energia de superfície acima de um nível. Aplica-se o índice unilateral apropriado, e vale declarar explicitamente qual limite está sendo avaliado, em vez de relatar um valor bilateral calculado contra um limite superior inventado.

O que fazer com um resultado ruim

Um resultado fraco de capabilidade tem três possíveis responsáveis, e a análise deve identificar qual. Se a variação da medição domina, melhore a medição: fixação, disciplina de método, melhor instrumentação, treinamento. Se a média do processo está próxima do limite, centralize-a, o que costuma ser o mais barato dos três. Se a variação do processo é de fato ampla, as fontes precisam ser encontradas e, nesses processos, costumam ser a variação entre lotes de material, a cobertura e a consistência do tratamento, diferenças geométricas entre peças e a deriva entre intervalos de manutenção.

Distinguir esses três casos é todo o valor de fazer primeiro a análise da medição. Sem ela, todo número ruim de capabilidade produz a mesma resposta (apertar o processo), e em cerca de um terço das vezes essa resposta está dirigida ao alvo errado.

Amostragem que reflete as fontes reais de variação

Um estudo de capabilidade é tão representativo quanto as peças que entraram nele, e os estudos em linhas de decoração frequentemente são feitos em uma única corrida de produção, com um único lote de resina, em um único turno, com um operador, em uma única semana. O índice resultante descreve essa corrida, e não o processo.

A variação que realmente importa nessas linhas está entre lotes de resina e de corante, entre cavidades de um molde multicavidade, entre posições no dispositivo de fixação, entre turnos e operadores e ao longo dos intervalos de manutenção. Um plano de amostragem que abranja deliberadamente essas fontes dá um valor de capabilidade que prevê a produção futura; um que as mantém todas constantes dá um número otimista que não será reproduzido.

A abordagem prática é um esquema de subgrupos racionais: subgrupos pequenos, coletados com frequência suficiente para capturar a variação de curto prazo, ao longo de um período longo o bastante para incluir os ciclos de lote e de manutenção. Leva mais tempo para ser concluído do que um estudo de corrida única e é a diferença entre um número que sustenta uma decisão e um número que sustenta um relatório.

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Perguntas frequentes

Por que a análise do sistema de medição vem antes da capabilidade?

Porque a variação observada é a soma da variação do processo com a variação da medição. Se o sistema de medição responde por uma grande parcela da tolerância, o índice de capabilidade calculado descreve sobretudo o instrumento, e os esforços de melhoria dirigidos ao processo não o moverão. Qualificar primeiro a medição mostra qual problema você realmente tem.

Como se faz o Gage R&R em um ensaio destrutivo?

Usando amostras pareadas no lugar da medição repetida. Peças produzidas em sequência, em condições idênticas, são tratadas como nominalmente idênticas, e a análise compara a variação dentro do grupo e entre operadores. A suposição de que os membros do grupo são equivalentes tem peso real e deve ser declarada, pois a variação entre peças dentro do grupo aparece como variação da medição.

Os métodos de classificação visual precisam desse tratamento?

Sim. Um esquema de classificação como a nota de adesão por corte em grade é um instrumento de medição, e uma análise de concordância por atributos estabelece se os avaliadores concordam entre si e consigo mesmos em uma nova observação. As taxas de discordância em peças limítrofes costumam ser altas e vale conhecê-las antes de usar o método para aceitação.

O que torna a medição da energia de superfície difícil de qualificar?

O ensaio de dyne é rápido e depende da técnica: a idade da tinta, a quantidade aplicada, o tempo de leitura e o julgamento do operador deslocam o resultado, e a medição é escalonada, e não contínua, o que limita a resolução. Os instrumentos de ângulo de contato dão melhor resolução e repetibilidade onde a aplicação os justifica.

O Cpk faz sentido para uma especificação unilateral?

Faz, usando o índice unilateral pertinente, já que a maioria dos requisitos de marcação e adesão são apenas de mínimo: contraste acima de um limite, adesão acima de um valor. O que importa mais é que o processo seja estável e a distribuição seja compreendida, pois os dados de adesão e de contraste frequentemente são assimétricos e os índices baseados na normal podem enganar.

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