Gage R&R e análise dos sistemas de medição (MSA), explicados

O que é a análise dos sistemas de medição

O sistema de medição não é só o instrumento. É o instrumento, a pessoa que o usa, o método, o dispositivo de fixação e o ambiente, tudo funcionando junto para produzir uma leitura. A análise dos sistemas de medição é um conjunto de estudos que mostra quanto da variação que você vê vem das próprias peças e quanto é ruído acrescentado por esse sistema.

Isso importa porque você toma decisões a partir de medições. Você aceita ou rejeita peças, ajusta um processo ou avalia se um instrumento ainda indica corretamente. Se boa parte da variação medida vem do sistema de medição, e não das peças, essas decisões se apoiam em ruído. A MSA dá uma resposta numérica e defensável a uma pergunta simples: dá para confiar nos números que esse sistema produz?

A MSA está mais associada ao mundo da qualidade automotiva, em que o manual de referência Measurement Systems Analysis da AIAG define os métodos padronizados e os planos de controle da IATF 16949 costumam exigi-la. Mas as ideias valem para qualquer lugar em que você mede para tomar uma decisão.

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As três famílias de estudos de MSA

Muita gente diz MSA quando quer dizer Gage R&R, mas o Gage R&R é só uma parte do quadro. A MSA é uma família de estudos, e cada um responde a uma pergunta diferente. Saber qual é qual é a diferença entre fazer o estudo certo e perder uma manhã com o errado. As três famílias abaixo cobrem quase tudo de que você vai precisar.

• O Gage R&R (repetibilidade e reprodutibilidade) mede a precisão. Ele mostra quanta variação o sistema de medição acrescenta quando pessoas diferentes medem as mesmas peças mais de uma vez. Ele não diz nada sobre se as leituras estão corretas, apenas se são consistentes.
• Tendência e linearidade, junto com a estabilidade, medem a exatidão. Elas comparam as leituras do sistema com um valor de referência conhecido. A tendência é o desvio em um ponto, a linearidade é como esse desvio muda ao longo da faixa, e a estabilidade é como ele deriva com o tempo.
• A análise de concordância por atributos cobre julgamentos que não são números: aprovado ou reprovado, passa ou não passa, aceitar ou rejeitar, ou uma classificação visual. Ela mede se os avaliadores concordam entre si, consigo mesmos e com a resposta correta.

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Gage R&R: repetibilidade e reprodutibilidade explicadas

O Gage R&R é o carro-chefe da MSA. Os dois Rs são repetibilidade e reprodutibilidade, e eles capturam duas fontes diferentes de variação de medição.

A repetibilidade é a variação que aparece quando uma pessoa mede a mesma peça, com o mesmo instrumento, várias vezes. Às vezes ela é chamada de variação do equipamento, porque reflete o instrumento e a própria medição. Se um paquímetro dá três leituras diferentes no mesmo bloco, essa dispersão é repetibilidade.

A reprodutibilidade é a variação que aparece quando pessoas diferentes medem as mesmas peças. Às vezes ela é chamada de variação do avaliador, porque reflete diferenças na forma como as pessoas usam o instrumento, posicionam a peça ou leem a escala. Se dois inspetores discordam sistematicamente sobre as mesmas peças, essa diferença é reprodutibilidade.

Um estudo típico combina as duas em uma única medida da variação do sistema de medição, normalmente escrita como GRR. O desenho de estudo abaixo é o mais comum, e segui-lo é o que torna o resultado confiável.

• Escolha cerca de 10 peças que representem a faixa real de variação do processo, e não 10 peças boas.
• Use de 2 a 3 avaliadores que normalmente fazem essa medição.
• Faça cada avaliador medir cada peça de 2 a 3 vezes, em ordem aleatória, sem ver as próprias leituras anteriores.
• Mantenha o instrumento, o método e as condições iguais aos do uso real na produção.

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Como ler os resultados do Gage R&R: %GRR e NDC

O número bruto do GRR não significa muito sozinho. Você o compara com alguma coisa: ou com a variação total observada no estudo, ou com a sua tolerância. Expresso em percentual, isso é o %GRR. A base escolhida faz diferença. O percentual da variação do estudo mostra como o sistema se comporta diante da dispersão real do seu processo. O percentual da tolerância mostra como ele se comporta diante da especificação que você precisa cumprir. Os dois podem dar respostas diferentes, então sempre informe qual você usou.

Os limites de %GRR da AIAG, amplamente usados, são fáceis de lembrar, mas trate-os como orientação, não como lei. O limite certo depende de para que serve a medição e de quanto custa uma decisão errada.

• Abaixo de 10%: o sistema de medição costuma ser considerado aceitável.
• De 10% a 30%: pode ser aceitável, dependendo da importância da aplicação, do custo do instrumento e do custo de errar a decisão.
• Acima de 30%: o sistema costuma ser considerado inaceitável e precisa ser melhorado antes que você confie nele.
• NDC (número de categorias distintas): quantos grupos distintos o sistema consegue distinguir com confiança ao longo da faixa do seu processo. Um valor de 5 ou mais é a meta usual. Abaixo disso, o sistema tem dificuldade para resolver diferenças reais entre as peças.

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Tendência e linearidade: o lado da exatidão na MSA

O Gage R&R diz se um sistema é consistente. Ele não consegue dizer se o sistema está correto. Um instrumento pode repetir o mesmo número errado o dia inteiro. É para isso que servem os estudos de exatidão, e todos eles comparam as suas leituras com um valor de referência conhecido, normalmente um padrão mestre ou padrão de referência com valor calibrado e rastreável.

A tendência é a diferença entre a média das suas medições e o valor de referência em um ponto. É um desvio sistemático. Se um bloco de referência tem valor conhecido de 25,000 mm e o seu instrumento dá em média 25,014 mm, a tendência é de 0,014 mm. A tendência é o mesmo tipo de erro de que a calibração trata, e é por isso que as duas estão tão ligadas.

A linearidade pergunta se essa tendência se mantém igual ao longo da faixa de medição ou se muda. Um instrumento pode indicar quase perfeitamente perto do início da faixa e derivar para mais perto do topo. Você mede a linearidade verificando a tendência em vários valores de referência ao longo da faixa e vendo se ela cresce ou diminui de forma sistemática.

A estabilidade, às vezes agrupada com essas duas, é como a tendência se comporta ao longo do tempo. Você mede a mesma referência repetidamente por dias ou semanas e observa se há deriva, muitas vezes em uma carta de controle. A estabilidade está diretamente ligada à forma como você define os intervalos de calibração.

• Calculadora de tendência e linearidade
• Como definir intervalos de calibração

Análise de concordância por atributos

Nem toda medição é um número. Boa parte da inspeção real é um julgamento: aprovado ou reprovado, passa ou não passa, aceitar ou rejeitar, ou uma classificação visual como riscado ou sem risco. Não dá para fazer um Gage R&R numérico sobre uma decisão, então esses julgamentos precisam de um estudo próprio, normalmente chamado de análise de concordância por atributos ou Gage R&R por atributos.

O estudo funciona assim: os avaliadores julgam, mais de uma vez e sem ver as decisões anteriores, um conjunto de peças cuja resposta correta já é conhecida. Com isso você descobre três coisas: se cada avaliador concorda consigo mesmo, se os avaliadores concordam entre si e, o mais importante, se eles concordam com a resposta correta conhecida.

A concordância costuma ser resumida por uma estatística kappa, que mede a concordância além do que se esperaria apenas pelo acaso. Quanto maior, melhor. Você também olha as taxas de erro na prática. Uma peça ruim que passa costuma ser o erro mais caro, então acompanhe de perto a taxa de falha na detecção.

• Concordância dentro do avaliador: cada pessoa toma sempre a mesma decisão sobre a mesma peça?
• Concordância entre avaliadores: pessoas diferentes tomam a mesma decisão sobre a mesma peça?
• Concordância com o padrão: as decisões batem com a resposta correta conhecida?
• Taxa de falha na detecção e taxa de falso alarme: com que frequência peças ruins passam, e com que frequência peças boas são rejeitadas por engano.

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Quando fazer cada estudo

Você não faz todos os estudos toda vez. Escolha o estudo de acordo com a pergunta que tem diante de si e com o que o seu plano da qualidade ou o seu cliente exige. No setor automotivo, a MSA normalmente faz parte da aprovação de peça nova e consta do plano de controle, mas a mesma lógica vale para qualquer lugar em que você mede para decidir.

• Instrumento novo ou novo processo de medição entrando em uso: faça o Gage R&R e verifique a tendência e a linearidade em relação a uma referência.
• A medição é um julgamento de aprovado ou reprovado ou uma avaliação visual: faça uma análise de concordância por atributos em vez de um Gage R&R numérico.
• Depois que um instrumento é reparado, mudado de lugar ou tem o método alterado: refaça o Gage R&R para confirmar que nada mudou.
• Você suspeita que os resultados de um operador diferem dos de outro: a parte de reprodutibilidade de um Gage R&R vai mostrar isso.
• As leituras parecem consistentes, mas talvez deslocadas: essa é uma pergunta de tendência e linearidade, não de Gage R&R.
• Em uma periodicidade definida pelo seu plano de controle ou pelo cliente: faça o que o plano especificar, no intervalo indicado.

• Requisitos de calibração por norma ISO

Como a MSA se relaciona com a calibração, e onde o Axiospec entra

Calibração e MSA costumam ser confundidas, porque as duas tratam de confiar em medições, mas respondem a perguntas diferentes, e você precisa das duas. A calibração compara um instrumento com um padrão de referência rastreável para estabelecer, e se necessário corrigir, a sua exatidão. É o instrumento diante de uma verdade conhecida. A MSA avalia o sistema de medição inteiro como ele é de fato usado, incluindo as pessoas, o método e as peças, e trata principalmente da variação em condições reais.

As duas se sobrepõem na exatidão. O lado de tendência e linearidade da MSA mede o mesmo tipo de erro que a calibração corrige, e é por isso que uma MSA válida depende, antes de tudo, de uma referência devidamente calibrada. A calibração é um pré-requisito, não um substituto. Um instrumento calibrado ainda pode ser reprovado no Gage R&R por causa da variação do operador ou do método, e um instrumento com um ótimo Gage R&R ainda pode indicar um desvio consistente, porém errado, se nunca foi calibrado. As regras de decisão da calibração, como a razão de incerteza de teste (TUR) e a banda de guarda, ficam ao lado de tudo isso e determinam como você aceita ou rejeita o próprio instrumento.

O Axiospec é uma ferramenta de gestão de calibração e inclui um estudo de Gage R&R segundo a AIAG e balanços de incertezas por instrumento, de modo que a análise de medição fica ao lado do registro de calibração do mesmo ativo, e não em uma planilha separada. Quando você faz um estudo, os dados ficam vinculados ao instrumento, junto com as leituras antes do ajuste e após o ajuste, os certificados e as datas de vencimento. O Axiospec organiza e expõe essas evidências e faz as contas da AIAG, mas não decide a conformidade. Se um sistema é aceitável, e se o seu programa atende a uma norma, é um julgamento da sua equipe da qualidade, do seu cliente ou do seu avaliador.

As ferramentas gratuitas abaixo fazem as contas centrais de Gage R&R e de tendência e linearidade no seu navegador, sem nada para instalar. Se você quer os estudos guardados no ativo, o plano gratuito do Axiospec é a plataforma completa, limitada a 50 instrumentos ativos, com usuários ilimitados, e todo espaço de trabalho novo começa com 45 dias no Professional, 1.500 instrumentos ativos e sem cartão de crédito.

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