Gage R&R y análisis del sistema de medición (MSA), explicados

Qué es el análisis del sistema de medición

El sistema de medición no es solo el instrumento. Es el instrumento, la persona que lo usa, el método, el utillaje y el entorno, todo trabajando a la vez para producir una lectura. El análisis del sistema de medición es un conjunto de estudios que te dicen qué parte de la variación que ves procede de las propias piezas y qué parte es ruido añadido por ese sistema.

Esto importa porque tomas decisiones a partir de mediciones. Aceptas o rechazas piezas, ajustas un proceso o juzgas si un instrumento sigue leyendo bien. Si una parte importante de la variación medida procede del sistema de medición y no de las piezas, esas decisiones descansan sobre ruido. El MSA te da una respuesta numérica y defendible a una pregunta sencilla: ¿puedes fiarte de los números que produce este sistema?

El MSA se asocia sobre todo al mundo de la calidad en automoción, donde el manual de referencia Measurement Systems Analysis de AIAG define los métodos estándar y los planes de control de IATF 16949 lo exigen de forma habitual. Pero las ideas valen en cualquier sitio donde midas para tomar una decisión.

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Las tres familias de estudios MSA

Mucha gente dice MSA cuando quiere decir Gage R&R, pero el Gage R&R es solo una parte del cuadro. El MSA es una familia de estudios, y cada uno responde a una pregunta distinta. Saber cuál es cuál marca la diferencia entre hacer el estudio correcto y perder una mañana con el equivocado. Las tres familias que siguen cubren casi todo lo que vas a necesitar.

• El Gage R&R (repetibilidad y reproducibilidad) mide la precisión. Te dice cuánta variación añade el sistema de medición cuando distintas personas miden las mismas piezas más de una vez. No dice nada sobre si las lecturas son correctas, solo sobre si son coherentes.
• El sesgo y la linealidad, junto con la estabilidad, miden la exactitud. Comparan las lecturas del sistema con un valor de referencia conocido. El sesgo es la desviación en un punto, la linealidad es cómo cambia esa desviación a lo largo del intervalo y la estabilidad es cómo deriva con el tiempo.
• El análisis de concordancia por atributos cubre los juicios que no son números: apto o no apto, pasa o no pasa, aceptar o rechazar, o un grado visual. Mide si los evaluadores coinciden entre sí, consigo mismos y con la respuesta correcta.

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Gage R&R: repetibilidad y reproducibilidad explicadas

El Gage R&R es el caballo de batalla del MSA. Las dos R son la repetibilidad y la reproducibilidad, y recogen dos fuentes distintas de variación de la medición.

La repetibilidad es la variación que obtienes cuando una persona mide la misma pieza, con el mismo instrumento, varias veces. A veces se llama variación del equipo, porque refleja el instrumento y la propia medición. Si un calibrador te da tres lecturas distintas sobre el mismo bloque, esa dispersión es la repetibilidad.

La reproducibilidad es la variación que obtienes cuando distintas personas miden las mismas piezas. A veces se llama variación del evaluador, porque refleja las diferencias en cómo usa cada persona el instrumento, cómo asienta la pieza o cómo lee la escala. Si dos inspectores discrepan de forma sistemática sobre las mismas piezas, esa diferencia es la reproducibilidad.

Un estudio típico combina ambas en una sola medida de la variación del sistema de medición, que suele escribirse GRR. El diseño de estudio que sigue es el habitual, y ceñirse a él es lo que hace que el resultado sea fiable.

• Elige unas 10 piezas que representen el rango real de variación del proceso, no 10 piezas buenas.
• Usa de 2 a 3 evaluadores que hagan normalmente esa medición.
• Haz que cada evaluador mida cada pieza de 2 a 3 veces, en orden aleatorio y sin ver sus lecturas anteriores.
• Mantén el instrumento, el método y las condiciones iguales que en el uso real de producción.

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Cómo leer los resultados del Gage R&R: %GRR y NDC

El número GRR en bruto no significa nada por sí solo. Lo comparas con algo: con la variación total que observaste en el estudio o con tu tolerancia. Expresado como porcentaje, eso es el %GRR. La base que uses importa. El porcentaje de la variación del estudio te dice cómo se comporta el sistema frente a la dispersión real de tu proceso. El porcentaje de la tolerancia te dice cómo se comporta frente a la especificación que tienes que cumplir. Pueden dar respuestas distintas, así que indica siempre cuál usaste.

Las pautas de AIAG para el %GRR, muy extendidas, son fáciles de recordar, pero trátalas como pautas y no como ley. El umbral adecuado depende de para qué sirve la medición y de lo que cuesta una decisión equivocada.

• Por debajo del 10 %: el sistema de medición se considera en general aceptable.
• Del 10 al 30 %: puede ser aceptable según la importancia de la aplicación, el coste del instrumento y el coste de equivocarse en la decisión.
• Por encima del 30 %: el sistema se considera en general inaceptable y necesita mejoras antes de que confíes en él.
• NDC (número de categorías distintas): cuántos grupos distintos puede diferenciar el sistema de forma fiable a lo largo del rango de tu proceso. Un valor de 5 o más es el objetivo habitual. Por debajo de eso, al sistema le cuesta resolver diferencias reales entre piezas.

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Sesgo y linealidad: la parte de exactitud del MSA

El Gage R&R te dice si un sistema es coherente. No puede decirte si es correcto. Un instrumento puede repetir el mismo número equivocado todo el día. Para eso están los estudios de exactitud, y todos comparan tus lecturas con un valor de referencia conocido, normalmente un patrón maestro o patrón de referencia con un valor calibrado y trazable.

El sesgo es la diferencia entre la media de tus mediciones y el valor de referencia en un punto. Es una desviación sistemática. Si se sabe que un bloque de referencia mide 25,000 mm y tu instrumento da una media de 25,014 mm, el sesgo es de 0,014 mm. El sesgo es el mismo tipo de error del que se ocupa la calibración, y por eso las dos cosas están tan relacionadas.

La linealidad pregunta si ese sesgo se mantiene igual a lo largo del intervalo de medida o cambia. Un instrumento puede leer casi perfecto cerca del extremo inferior y desviarse hacia arriba cerca del extremo superior de su intervalo. La linealidad se mide comprobando el sesgo en varios valores de referencia a lo largo del intervalo y viendo si sigue una tendencia.

La estabilidad, que a veces se agrupa con estos, es cómo se comporta el sesgo con el tiempo. Mides la misma referencia repetidamente durante días o semanas y vigilas la deriva, a menudo en un gráfico de control. La estabilidad está muy relacionada con la forma de fijar los intervalos de calibración.

• Calculadora de sesgo y linealidad
• Cómo fijar los intervalos de calibración

Análisis de concordancia por atributos

No toda medición es un número. Buena parte de la inspección real es un juicio: apto o no apto, pasa o no pasa, aceptar o rechazar, o un grado visual como con rayado o sin rayado. No puedes hacer un Gage R&R numérico sobre una decisión, así que estos juicios necesitan su propio estudio, que suele llamarse análisis de concordancia por atributos o Gage R&R por atributos.

El estudio consiste en que los evaluadores juzguen un conjunto de piezas cuya respuesta correcta ya se conoce, más de una vez y sin ver sus decisiones anteriores. De ahí sacas tres cosas: si cada evaluador coincide consigo mismo, si los evaluadores coinciden entre sí y, lo más importante, si coinciden con la respuesta correcta conocida.

La concordancia suele resumirse con un estadístico kappa, que mide la concordancia por encima de la que cabría esperar solo por azar. Cuanto más alto, mejor. También miras las tasas de error prácticas. Una pieza mala que se escapa suele ser el error más caro, así que vigila de cerca la tasa de no detección.

• Concordancia dentro del evaluador: ¿toma cada persona la misma decisión sobre la misma pieza cada vez?
• Concordancia entre evaluadores: ¿toman distintas personas la misma decisión sobre la misma pieza?
• Concordancia con el estándar: ¿coinciden las decisiones con la respuesta correcta conocida?
• Tasa de no detección y tasa de falsa alarma: con qué frecuencia pasan piezas malas y con qué frecuencia se rechazan por error piezas buenas.

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Cuándo hacer cada estudio

No haces todos los estudios cada vez. Adapta el estudio a la pregunta que tienes delante y a lo que exige tu plan de calidad o tu cliente. En automoción, el MSA forma parte normalmente de la aprobación de piezas nuevas y figura en el plan de control, pero la misma lógica se aplica en cualquier sitio donde midas para decidir.

• Un instrumento nuevo o un proceso de medición nuevo que entra en servicio: haz un Gage R&R y comprueba el sesgo y la linealidad frente a una referencia.
• La medición es un juicio de apto o no apto, o un juicio visual: haz un análisis de concordancia por atributos en lugar de un Gage R&R numérico.
• Después de reparar o trasladar un instrumento, o de cambiar su método: repite el Gage R&R para confirmar que nada se ha desplazado.
• Sospechas que los resultados de un operario difieren de los de otro: la parte de reproducibilidad de un Gage R&R lo mostrará.
• Las lecturas parecen coherentes pero quizá desviadas: esa es una pregunta de sesgo y linealidad, no de Gage R&R.
• Según un calendario fijado por tu plan de control o tu cliente: haz lo que especifique el plan, con la periodicidad indicada.

• Requisitos de calibración por norma ISO

Cómo se relaciona el MSA con la calibración, y dónde encaja Axiospec

La calibración y el MSA se confunden a menudo, porque ambos tratan de poder fiarse de las mediciones, pero responden a preguntas distintas y necesitas los dos. La calibración compara un instrumento con un patrón de referencia trazable para establecer su exactitud y, si hace falta, corregirla. Es el instrumento frente a una verdad conocida. El MSA evalúa todo el sistema de medición tal como se usa en realidad, incluidas las personas, el método y las piezas, y trata sobre todo de la variación en condiciones reales.

Los dos se solapan en la exactitud. La parte de sesgo y linealidad del MSA mide el mismo tipo de error que corrige la calibración, y por eso un MSA válido depende, para empezar, de una referencia bien calibrada. La calibración es un requisito previo, no un sustituto. Un instrumento calibrado puede no superar un Gage R&R por la variación del operario o del método, y un instrumento con un Gage R&R excelente puede seguir leyendo una desviación constante pero equivocada si nunca se calibró. Las reglas de decisión de la calibración, como la relación de incertidumbre de prueba (TUR) y la banda de guarda, conviven con todo esto y rigen cómo aceptas o rechazas el propio instrumento.

Axiospec es una herramienta de gestión de calibraciones e incluye un estudio Gage R&R de AIAG y presupuestos de incertidumbre por instrumento, así que el análisis de la medición vive junto al registro de calibración del mismo activo y no en una hoja de cálculo aparte. Cuando haces un estudio, los datos quedan vinculados al instrumento, junto a sus lecturas como se encontró y como se dejó, sus certificados y sus fechas de vencimiento. Axiospec organiza y pone a la vista estas pruebas y hace los cálculos de AIAG, pero no decide la conformidad. Si un sistema es aceptable, y si tu programa cumple una norma, es algo que juzgan tu equipo de calidad, tu cliente o tu evaluador.

Las herramientas gratuitas de abajo hacen en tu navegador los cálculos básicos de Gage R&R y de sesgo y linealidad, sin nada que instalar. Si quieres que los estudios queden guardados en el activo, el plan gratuito de Axiospec es la plataforma completa con un límite de 50 activos en uso y usuarios ilimitados, y cada espacio de trabajo nuevo empieza con 45 días en Professional, con 1500 instrumentos activos y sin tarjeta de crédito.

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