Repetibilidad y Reproducibilidad

Repetibilidad y Reproducibilidad

REPETIBILIDAD

Un componente del error aleatorio o variabilidad del sistema de medición.

Es la variación de las mediciones obtenidas con un sistema de medición cuando se usa varias veces por un usuario, midiendo la misma característica y sobre la misma pieza. La repetibilidad es la variación de los resultados de varias mediciones obtenida con intentos sucesivos (en un corto plazo) y bajo condiciones de medición definidas y establecidas (el mismo evaluador, la misma característica, el mismo método, igual medio ambiente, sin cambiar el ajuste y la misma pieza). Esta es la variación o habilidad inherente del equipo mismo. Repetibilidad es comúnmente referida como la variación del equipo (VE). De hecho, repetibilidad es una variación de causa común (error aleatorio) de intentos sucesivos y bajo condiciones definidas de medición.

Las posibles causas para una repetibilidad deficiente son:

  • Dentro de la pieza (muestra): forma, posición, acabado en la superficie, consistencia de la muestra.
  • Dentro del instrumento: reparación, montaje, falla en el equipo o dispositivo, calidad o mantenimiento deficiente.
  • Dentro del patrón: calidad, clase, montaje.
  • Dentro del método: variación en ajuste, técnica, restablecimiento a cero, fijación, sujeción, densidad de punto.
  • Dentro del evaluador: técnica, posición, falta de experiencia, habilidad de manejo o entrenamiento y fatiga.
  • Dentro del medio ambiente: fluctuaciones de ciclo corto en temperatura, humedad, vibración, iluminación, limpieza.
  • Violación a algún supuesto – estable, operación apropiada.
  • Falta de robustez en el diseño del instrumento o método, uniformidad deficiente.
  • Instrumento de medición equivocado para la aplicación.
  • Distorsión de sistema de medición o de la pieza, falta de rigidez.
  • Aplicación, tamaño de la pieza, posición, error de observación (facilidad de lectura, paralelismo).

REPRODUCIBILIDAD

Otro componente del error aleatorio o variabilidad del sistema de medición.

La reproducibilidad (comúnmente referido como VO – Variación de los Operadores) es la variación en el promedio de las mediciones hechas por diferentes evaluadores usando el mismo sistema de medición cuando se mide la misma característica y sobre la misma pieza. Esto a menudo es importante para instrumentos manuales influenciados por la habilidad del operador. Sin embargo, para procesos de medición  donde el operador no es una fuente principal de variación (ej., sistemas automatizados) los errores de reproducibilidad son pequeños o no existen.

En general también se puede definir la reproducibilidad como la variación de los promedios entre dos series de mediciones en las cuales se cambia piezas, instrumentos, condiciones ambientales, métodos o patrones.

Fuentes potenciales de errores en la reproducibilidad incluyen:

  • Entre las piezas (muestras): el promedio de las diferencias cuando se miden tipos de piezas A, B, C, etc. Usando el mismo instrumento, operadores y método.
  • Entre instrumentos: el promedio de las diferencias usando instrumentos A, B, C, etc. Para las mismas piezas, operadores y medio ambiente. NOTA: en el estudio de error de reproducibilidad, éste a menudo se confunde con el método y/u operador.
  • Entre patrones: la influencia promedio de los diferentes patrones de ajuste en el proceso de medición.
  • Entre métodos: el promedio de las diferencias causado por cambiar las densidades de punto, sistemas manuales vs automatizados, restablecimiento a cero, métodos de sujeción, etc.
  • Entre evaluadores (operadores): la diferencia promedio entre operadores A, B, C, etc. Causada por entrenamiento, técnica, habilidades y experiencia. Este es un estudio recomendado para calificación del producto y el proceso y con un instrumento de medición manual.
  • Entre el medio ambiente: la diferencia promedio en las mediciones en el tiempo 1, 2, 3, etc. Causado por ciclos ambientales; este es el estudio más común para sistemas altamente automatizados en la calificación del producto y el proceso.
  • Falta de robustez en el diseño del instrumento o método.
  • Efectividad en el entrenamiento del operador.
  • Aplicación – tamaño de la pieza, posición, error de observación (facilidad de lectura, paralelismo).

ESTUDIO DE REPETIBILIDAD Y REPRODUCIBILIDAD (R&R de Gages o RRGs)

Antes de iniciar estos estudios debe estar asegurada la resolución adecuada y la estabilidad del sistema de medición.

El R&R, de un  sistema de medición, es un ensayo destinado a obtener un estimativo de la variación combinada de la repetibilidad y la reproducibilidad. Establecido de otra manera, el R&R o RRG es la varianza e igual a la suma de las varianzas dentro y entre los sistemas.

El R&R sobre calibres por variables puede ser ejecutado usando diferentes técnicas. Tres métodos aceptables son los más comunes. Estos son:

  • Método de los Rangos,
  • Método de los Promedios y Rangos,
  • Método de ANOVA.

Método de los Rangos

El método de rangos es un estudio de medios de control por variables modificado el cual ofrece una aproximación rápida de la variabilidad de las mediciones. Este método ofrece como dato final un valor de variabilidad total. No secciona la variabilidad en repetibilidad y reproducibilidad. Es típicamente usada como un chequeo rápido para verificar que la R&R no haya cambiado.

Este método utiliza típicamente 2 evaluadores y 5 piezas para el estudio. En este estudio, ambos evaluadores miden cada pieza una a la vez. Luego, se calcula el rango para cada pieza (ri) como la diferencia absoluta entre la medición obtenida por el evaluador A y la medición obtenida por el evaluador B. Posteriormente se calcula el promedio de estos cinco rangos (R). La variación total (VT) es encontrada multiplicando el promedio de los rangos por 5,04 para expandir la variabilidad a un porcentaje de confianza del 99,73% para 2 operadores y 5 piezas.  Este estudio tiene la desventaja de no dar las componentes de la variabilidad y por lo tanto con este dato es difícil realizar mejoras al equipo. La ventaja de este método es que utiliza pocos recursos y puede ser realizado directamente por los operadores regularmente para verificar que el medio de control se mantiene en condiciones con respecto a la variabilidad.

Método de los Promedios y Rangos

El método de los promedios y rangos es un enfoque el cual ofrece un estimativo de la repetibilidad y reproducibilidad para un sistema de medición. A diferencia del método de rangos, este enfoque permite que la variación del sistema de medición sea seccionada en dos componentes por separado, repetibilidad y reproducibilidad. Si embargo, la variación debida a la interacción entre el evaluador y las piezas no es tomada en cuenta para el análisis. Aunque el número de evaluadores, intentos y piezas puede variar, la discusión subsiguiente representa las condiciones óptimas para conducir el estudio.

El procedimiento detallado es como sigue:

  1. Separar del proceso 10 piezas.
  2. Elegir 2 o 3 operadores, que llamaremos A, B y C.
  3. Realizar el ajuste del medio de control según los procedimientos normales del sistema de medición. Permitir al evaluador A medir todas piezas en un orden aleatorio y registrar los resultados.
  4. Permitir a los evaluadores B y C medir las mismas piezas en orden aleatorio sin ver las lecturas de uno con otro y sin ajustar nuevamente el equipo; registrar los resultados.
  5. Cada operario debe repetir el ciclo anterior usando un orden aleatorio diferente de las mediciones, respetando la identificación de cada pieza. Registrar los datos. Si son necesarios tres intentos, se repite el ciclo y registra los datos. Cada operario debe realizar el ciclo de mediciones con todas las piezas y 2 o 3 veces según lo elegido.
  6. Con estos datos se calcula la Variabilidad por Repetibilidad del equipo (VE), la Variabilidad por Reproducibilidad de operadores (VA), Repetibilidad y Reproducibilidad del calibre (RRG), la Variación de Pieza (VP) y la Variabilidad Total (VT).
  7. Los datos del análisis del sistema de medición también pueden ser desplegados gráficamente con gráficas de control.

Método de ANOVA

Este estudio se realiza en forma similar que el método de promedio y rangos. Solo el procesamiento de datos es diferente. El análisis de varianzas (ANOVA) es una técnica estadística y estándar. Puede ser utilizada para analizar los errores de las mediciones y otras fuentes de variabilidad de los datos en un estudio de sistemas de medición. En el análisis de varianza, la varianza puede ser seccionada en cuatro categorías: piezas, evaluadores, interacción entre las piezas y evaluadores y error de repetibilidad debida al calibre.

Las ventajas de las técnicas ANOVA, comparadas con el Métodos de Promedios y Rangos, son que:

  • Son capaces de manejar cualquier ajuste experimental
  • Pueden estimar las varianzas en forma más exacta
  • Extractan más información (tal como el efecto de la interacción de las piezas y los evaluadores) de datos experimentales

Las desventajas son:

  • Que los cálculos numéricos son más complejos y los usuarios requieren un cierto grado de conocimiento estadístico para interpretar los resultados. El método ANOVA como se describe en las siguientes secciones es aconsejable, especialmente si existe disponible una computadora.
  • El método para recolectar los datos es importante en un método ANOVA. Si los datos no son recolectados en forma aleatoria, esto puede conducir a valores sesgados.

Condición de aceptación 

¿Cuándo un sistema de medición tiene una variación adecuada?

El sistema de medición debe tener una variabilidad adecuada. Esta variabilidad puede ser de valor pequeño o no. Cuando más pequeñas sean la variabilidad mejor para la calidad de las mediciones realizadas con el instrumento. Pero por otra parte menor variabilidad tiene un mayor costo.

El criterio de evaluación, para determinar si una variabilidad es adecuada o no, es que la variabilidad (determinada por algunos de los métodos que se nombran a continuación) debe ser pequeña con respecto al rango de utilización del sistema de medición (igual cuando se trato el tema de la resolución del medio de control).  Los rangos de utilización de los sistemas de medición dependen del uso del instrumento.

Los sistemas de medición se utilizan para:

a) Determinar si un producto cumple con las especificaciones. Esto se llama “Control de Producto”. El rango de utilización seria la Tolerancia de la Especificación de Producto.

b) Poder controlar los procesos de producción. Esto se llama “Control de Proceso”. El rango de utilización seria la Variación Total del Proceso. Esto es consistente con la filosofía de la mejora continua (es decir, el enfoque de proceso).

Por lo tanto si un sistema de medición es utilizado para el control de productos, la variabilidad debería ser una fracción de la tolerancia de la especificación de producto. En la práctica la Variabilidad Total (VT) no debería ser mayor al 10% de la tolerancia de la especificación de producto.

Si un sistema de medición es utilizado para el control de proceso, la variación total del instrumento mas la variación del proceso no debería ser superior a un valor que genere que el indicador de capacidad de proceso (Cp) diera por debajo de 1,33.