11 Confiabilidade de Processos de Medição na Indústria

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1 11 Confiabilidade de Processos de Medição na Indústria
Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial

2 Motivação PROCESSO DE PRODUÇÃO PROCESSO DE MEDIÇÃO PRODUTO COM
Máquina Mão de Obra Método Material Meio Ambiente PRODUTO COM BOA QUALIDADE 1752,124 0,0125 124,12 PROCESSO DE MEDIÇÃO Sistema de Medição Mão de Obra Método Mensurando Meio Ambiente MEDIÇÔES COM BOA QUALIDADE Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 2/64)

3 Medições na Indústria Ocorrem em condições bem menos controladas que na calibração. Devem fornecer resultados confiáveis. Através de ferramentas estatísticas é possível verificar a confiabilidade das medições nas condições de produção. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 3/64)

4 Medições na Indústria Os resultados obtidos nessas análises são úteis:
Como critério de aceitação de novos SM. Para comparar diferentes SM nas condições de uso. Para investigar um SM sob suspeita de mau funcionamento. Para comparar o desempenho do mesmo SM antes e após uma ajustagem ou regulagem. Para avaliar os potenciais riscos de erros de classificação no CQ usando um SM. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 4/64)

5 Recomendações de Normas de Garantia da Qualidade
11.1 Recomendações de Normas de Garantia da Qualidade

6 Normas de Garantia da Qualidade
ISO 9001: IM deve ser conhecida e compatível com exigências. ISO 10012: necessária análise ampla de incertezas. ISO : IM deve ser considerada para verificação de conformidade. QS 9000: define os requisitos de confiabilidade metrológica através de análises de capacidade estatística do processo de medição. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 6/64)

7 Variabilidade de Processos de Produção e de Medição
11.2 Variabilidade de Processos de Produção e de Medição

8 Variabilidade do Processo Produtivo
Projetado Processo Máquina Mão de Obra Material Meio Ambiente Método Executado TENDÊNCIA E VARIÂNCIA META Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 8/64)

9 Processo sob Controle Estatístico
Um processo está sob controle estatístico quando suas variações naturais são estáveis e se situam dentro de limites previsíveis. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 9/64)

10 Capacidade de um Processo
Um processo é dito capaz quando está sob controle estatístico e produz dentro das tolerâncias de projeto. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 10/64)

11 Capacidade e Controle Estatístico
Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 11/64)

12 CEP Gráficos da Média e Amplitude
Variação comum Variação especial n Peças medidas Amplitude (máx – mín) Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 12/64)

13 Influência da incerteza de medição na capacidade do processo
FABRICAÇÃO X Como os produtos realmente são: MEDIÇÕES Incerteza das Medi ç ões X Como a medi ão os “ enxerga ” Sistema de Medição Operador Mensurando Procedimento Ambiente G0 G1 X70 Y90 Z40 X80 Y90 Z40 X80 Y78 Z47 … Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 13/64)

14 Características de Processo de Medição Adequado
Deve ser capaz de identificar pequenas variações nas características medidas nos produtos; A variabilidade do processo de medição (erros aleatórios) deve ser pequena quando comparada com a variabilidade do processo produtivo e com os limites de especificação das tolerâncias do produto; O processo de medição deve estar sob controle estatístico, o que significa que as variações do processo de medição são devidas somente às causas comuns e não às especiais. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 14/64)

15 Parâmetros Utilizados na Análise Estatística dos Processos de Medição
11.3 Parâmetros Utilizados na Análise Estatística dos Processos de Medição

16 1. Tendência Diferença entre a média das indicações obtidas de um processo de medição e um valor de referência. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 16/64)

17 2. Repetitividade Faixa dentro da qual as indicações do processo de medição são esperadas para um mesmo operador em condições operacionais idênticas. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 17/64)

18 3. Reprodutibilidade Faixa dentro da qual as indicações do processo de medição são esperadas quando são envolvidos diferentes operadores nas condições operacionais naturais do processo de medição. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 18/64)

19 4. Estabilidade Capacidade do sistema de medição em manter suas características estatísticas ao longo do tempo. Corresponde à faixa de variação da tendência ao longo do tempo. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 19/64)

20 5. Desvio Linear da Tendência
Está associado á forma como varia a tendência em função do valor da indicação. Corresponde à inclinação da reta da figura. Será nulo se o valor da tendência não varia significativamente ao longo da faixa de medição. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 20/64)

21 Avaliação Experimental de Processos de Medição
11.4 Avaliação Experimental de Processos de Medição

22 Condições para Avaliação
O melhor local para avaliar o desempenho de um processo de medição destinado a controlar um dado processo produtivo é no próprio processo produtivo. Por meio de métodos estatísticos é possível inferir várias características que espelham o desempenho do processo de medição. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 22/64)

23 Ensaios de Avaliação Avaliação da Capacidade de Processos de Medição.
Ensaio de estabilidade de longo prazo. Ensaio de estabilidade de curto prazo. Ensaio de Desvio Linear da Tendência. Ensaio de Repetitividade. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 23/64)

24 Ensaios de Avaliação Ensaio de Reprodutibilidade.
Análise da variação peça a peça. Análise da variação total do processo. Análise do parâmetro R&R. Análise de variância. Análises com Recursos Gráficos. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 24/64)

25 Preparação dos Ensaios
Planejamento dos ensaios: Delimitar parâmetros e abrangência. Seleção das amostras: Representativas do processo. Devem ser numeradas. Medição e registro: Procedimentos usuais da produção adaptados para o tipo de teste. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 25/64)

26 1. Avaliação da Capacidade do Processo de Medição
Diferentes níveis de capacidade de um processo produtivo: Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 26/64)

27 Índices de Capacidade dos Processos Produtivos:
Bilateral: Para processos não centrados: Cp e Cpk > 1,33 => processo capaz Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 27/64)

28 Medição de uma Peça de Referência
Diferentes níveis de capacidade de um processo de medição: Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 28/64)

29 Índices de Capacidade dos Processos de Medição:
Bilateral: Para processos não centrados: Cg e Cgk > 1,33 => processo capaz Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 29/64)

30 Avaliação da Capacidade do Processo de Medição
Necessário um mensurando com valor de referência bem conhecido: Um padrão com valor de referência bem conhecido ou Um exemplar do produto cujo valor de referência tenha sido determinado por um processo de medição melhor. Medições repetidas são usadas para avaliar a tendência e dispersão. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 30/64)

31 Descrição do procedimento Preparação do experimento Preparação e
Descrição da amostra Descrição do SM Descrição do padrão Descrição do procedimento Preparação do experimento Preparação e documentação Padrão medido “n” vezes Cálculo da média e desvio padrão Cálculo do índice de capacidade Cgk tolerância Cgk > 1,33 Processo de medição não é capaz não Processo de medição capaz sim Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 31/64)

32 Quando o processo de medição é incapaz, o que fazer?
Melhorar o procedimento de medição. Calibrar e ajustar o sistema de medição. Melhorar condições ambientais. Treinar os operadores. Selecionar SM similar, mas com incerteza melhor. Mudar o método de medição. Utilizar um SM mais robusto. Selecionar um SM que opere de forma automatizada, sem interferência do operador. Selecionar SM com outro princípio de medição. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 32/64)

33 2. Avaliação da Estabilidade de Longo Prazo
Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 33/64)

34 Identificação de Causas Especiais de Variação
Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 34/64)

35 Interpretações das cartas:
Valores elevados na carta de amplitudes indicam que a incerteza do processo de medição não é boa. Há fortes efeitos de influências aleatórias. Instabilidades na carta das médias indicam que o processo de medição sofreu mudanças que alteraram sua tendência. Há fortes efeitos de influências sistemáticas. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 35/64)

36 3. Avaliação da Estabilidade de Curto Prazo
Nem sempre há condições para realizar ensaios de estabilidade de longo prazo. A estabilidade de curto prazo pode ser avaliada com base na amplitude dos resultados de vários operadores medindo amostras da produção (não calibradas). Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 36/64)

37 Exemplo de avaliação da estabilidade de curto prazo
Um experimento foi realizado com o objetivo de analisar a estabilidade de curto prazo de um processo de medição. Foram coletadas dez peças do processo produtivo, e dois operadores foram envolvidos, cada um medindo cada peça repetidamente por três vezes. As peças possuem uma tolerância dimensional de ± 0,08 mm. 1 2 3 ... João Manoel 10 Processo Peças Dados Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 37/64)

38 Peças Operadores João Manuel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Medição 1 20,010
20,003 20,018 20,011 20,012 20,016 20,008 20,013 20,005 Medição 2 20,004 20,014 20,007 20,006 Medição 3 20,017 Média 20,015 Amplitude 0,002 0,003 0,001 Manuel 0,004 Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 38/64)

39 Cartas da amplitude A análise dessas cartas de controle não revela sinais de instabilidade como pontos fora dos limites de controle ou tendências. Dessa forma, o processo de medição pode ser considerado sob controle e com boa estabilidade de curto prazo. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 39/64)

40 4. Ensaio de Desvio Linear da Tendência
Determina a componente linear da variação da tendência associada ao processo de medição ao longo da faixa de medição. É formado por um conjunto de ensaios de tendência, realizados com padrões de diferentes dimensões. O desvio linear de tendência é bem determinado na calibração. Com o uso, tende a se modificar, diminuindo a eficácia da correção. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 40/64)

41 Exemplo de Ensaio de Desvio Linear da Tendência
Valor de referência Indicação média Tendência 5,000 5,002 +0,002 10,500 10,508 +0,008 15,000 15,012 +0,012 20,500 20,521 +0,021 25,000 25,020 +0,020 Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 41/64)

42 Exemplo de Ensaio de Desvio Linear da Tendência
Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 42/64)

43 5. Ensaio de Repetitividade
Avalia a variabilidade natural do processo de medição realizadas em condições semelhantes. Envolve medições repetidas da mesma amostra, realizadas pelo mesmo operador, e em um período de tempo curto. É comum que a amostra seja retirada e reposicionada no sistema de medição entre as medições repetidas. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 43/64)

44 5. Ensaio de Repetitividade
A repetitividade pode ser estimada a partir do desvio padrão das medições repetidas. Alternativamente, podem ser estimada a partir das amplitudes de medições repetidas por: R é a amplitude média d2 é uma constante (tabela 11.2) Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 44/64)

45 m 2 3 4 5 6 7 8 9 10 g 1 1,41 1,91 2,24 2,48 2,67 2,83 2,96 3,08 3,18 1,28 1,81 2,15 2,40 2,60 2,77 2,91 3,02 3,13 1,23 1,77 2,12 2,38 2,58 2,75 2,89 3,01 3,11 1,21 1,75 2,11 2,37 2,57 2,74 2,88 3,00 3,10 1,19 1,74 2,10 2,36 2,56 2,73 2,87 2,99 1,17 1,73 2,09 2,35 2,55 2,72 1,16 1,72 2,08 2,98 3,09 2,34 2,86 11 1,15 1,71 12 2,07 2,85 13 2,71 14 2,54 15 >15 1,128 1,693 2,059 2,326 2,534 2,704 2,847 2,970 3,078 d2 m = número de ciclos g = número de amostras x número de operadores Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 45/64)

46 Exemplo de Ensaio de Repetitividade
Foram realizadas três medições por cada peça. Dois operadores foram envolvidos e Dez amostras (peças) foram medidas. m = 3 g = 10 x 2 = 20. Da tabela 11.2, d2 = 1,693. A amplitude média é 0,00235 mm. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 46/64)

47 Peças Operadores João Manuel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Medição 1 20,010
20,003 20,018 20,011 20,012 20,016 20,008 20,013 20,005 Medição 2 20,004 20,014 20,007 20,006 Medição 3 20,017 Média 20,015 Amplitude 0,002 0,003 0,001 Manuel 0,004 Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 47/64)

48 Exemplo de Ensaio de Repetitividade
Para este tipo de ensaio é comum exprimir a repetitividade para 99% de nível de confiança. Logo: Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 48/64)

49 6. Ensaio de Reprodutibilidade
Avalia a variabilidade natural do processo de medição quando realizada em condições variadas que espelham a realidade do processo de medição. Envolve medições com distintos operadores e pode envolver períodos de tempo mais longos e variações ambientais típicas do processo de medição. Se existe influência significativa do operador, as médias globais das medições feitas por cada operador serão significativamente diferentes. A carta de controle das médias é usada. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 49/64)

50 6. Ensaio de Reprodutibilidade
A reprodutibilidade pode ser estimada a partir do desvio padrão da mistura das medições repetidas de todos os operadores. Alternativamente, podem ser estimada a partir da diferença entre as médias globais para cada operador por: Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 50/64)

51 6. Ensaio de Reprodutibilidade
De forma similar, é comum exprimir a reprodutividade com 99% de nível de confiança: A expressão acima está “contaminada” pela repetitividade. Descontaminando, fica: Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 51/64)

52 Peças Operadores João Manuel 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Medição 1 20,010
20,003 20,018 20,011 20,012 20,016 20,008 20,013 20,005 Medição 2 20,004 20,014 20,007 20,006 Medição 3 20,017 Média 20,015 Amplitude 0,002 0,003 0,001 Manuel 0,004 Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 52/64)

53 Exemplo de Ensaio de Reprodutibilidade
Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 53/64)

54 Exemplo de Ensaio de Reprodutibilidade
Operador Média global João 20,0107 Manuel 20,0103 (a influência do operador não é significativa sobre o processo de medição) Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 54/64)

55 7. Ensaio de Variação Peça a Peça (VP)
A variação peça a peça pode ser estimada a partir do desvio padrão das médias das diferentes peças. Alternativamente, podem ser estimada a partir da amplitude entre peças (diferença entre a maior das médias e a menor das médias) por: Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 55/64)

56 Exemplo de Ensaio de Variação Peça a Peça (VP)
Operadores Peças 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 João Média 20,011 20,004 20,017 20,012 20,015 20,008 20,013 20,006 Manuel 20,016 20,014 20,005 Média da peça RP = 20,016 – 20,004 = 0,012 mm Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 56/64)

57 7. Ensaio de Variação Peça a Peça (VP)
Avalia a variabilidade natural do processo de fabricação peça a peça. Analisa as variações das médias de medições de distintas peças naturalmente extraídas do processo produtivo. A carta de controle das médias é usada. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 57/64)

58 8. Análise da Variação Total do Processo
Avalia as variações totais do processo. Engloba as variações do sistema de medição, entre operadores e do processo de fabricação. É calculado a partir das estimativas dos desvios padrão associados à repetitividade (sRe), à reprodutibilidade (sOP) e do processo de fabricação (sP). Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 58/64)

59 7. Ensaio de Variação Peça a Peça (VP)
Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 59/64)

60 8. Avaliação do Parâmetro R&R
Muito usada na indústria para verificar a adequabilidade do processo de medição. Resulta da combinação da repetitividade com a reprodutibilidade. Freqüentemente é considerada com a variabilidade total da medição, excluindo a variação devido à própria peça e a tendência do processo de medição. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 60/64)

61 8. Avaliação do Parâmetro R&R
De forma absoluta, R&R é calculado por: Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 61/64)

62 8. Avaliação do Parâmetro R&R
É mais comum exprimir o índice R&R de forma relativa como: um percentual do intervalo de tolerância do produto: Um percentual da faixa de variação total do processo: Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 62/64)

63 Interpretação do Parâmetro R&R
Conclusão %R&R < 10% Processo de medição aceitável 10% ≤ %R&R ≤ 30% Processo de medição pode ser aceitável, dependendo da importância da aplicação, custo do sistema de medição e dos custos para obter melhorias. %R&R > 30% Processo de medição não é aceitável e precisa ser melhorado. Devem ser feitos esforços para identificar os problemas e minimizá-los. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 63/64)

64 Exemplo de Avaliação do Parâmetro R&R
No exemplo do Manuel e João: Portanto, sob esses dois aspectos, o processo de medição é aceitável para a tarefa de medição. Fundamentos da Metrologia Científica e Industrial - Capítulo (slide 64/64)