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

O que é a análise de 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, todos a trabalhar em conjunto para produzir uma leitura. A análise de sistemas de medição é um conjunto de estudos que lhe dizem quanta da variação que vê vem das próprias peças e quanta é ruído acrescentado por esse sistema.

Isto importa porque toma decisões a partir de medições. Aceita ou rejeita peças, ajusta um processo ou avalia se um instrumento ainda lê corretamente. Se uma grande parte da variação medida vier do sistema de medição e não das peças, essas decisões assentam em ruído. A MSA dá-lhe uma resposta numérica e defensável a uma pergunta simples: pode confiar nos números que este sistema produz?

A MSA está sobretudo associada ao mundo da qualidade do setor automóvel, onde o manual de referência Measurement Systems Analysis da AIAG define os métodos normalizados e os planos de controlo da IATF 16949 a pedem com regularidade. Mas as ideias aplicam-se a qualquer sítio onde se mede para tomar uma decisão.

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As três famílias de estudos de MSA

É frequente dizer-se MSA quando se quer dizer Gage R&R, mas o Gage R&R é apenas uma parte do quadro. A MSA é uma família de estudos, e cada um responde a uma pergunta diferente. Saber distinguir uns dos outros é a diferença entre fazer o estudo certo e perder uma manhã com o estudo errado. As três famílias abaixo cobrem quase tudo aquilo de que vai precisar.

• O Gage R&R (repetibilidade e reprodutibilidade) mede a precisão. Diz-lhe quanta variação o sistema de medição acrescenta quando pessoas diferentes medem as mesmas peças mais de uma vez. Nada diz sobre se as leituras estão certas, apenas sobre se são consistentes.
• A tendência e a linearidade, juntamente com a estabilidade, medem a exatidão. Comparam as leituras do sistema com um valor de referência conhecido. A tendência é o desvio num ponto, a linearidade é a forma como esse desvio muda ao longo da gama, e a estabilidade é a forma como deriva ao longo do tempo.
• A análise de concordância por atributos abrange juízos que não são números: conforme ou não conforme, passa ou não passa, aceitar ou rejeitar, ou uma classificação visual. Mede se os avaliadores concordam uns com os outros, consigo próprios e com a resposta correta.

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Gage R&R: repetibilidade e reprodutibilidade explicadas

O Gage R&R é o cavalo de batalha da MSA. Os dois R são a repetibilidade e a reprodutibilidade, e captam duas fontes diferentes de variação da medição.

A repetibilidade é a variação que obtém quando uma pessoa mede a mesma peça, com o mesmo instrumento, várias vezes. Chama-se por vezes variação do equipamento, porque reflete o instrumento e a própria medição. Se um paquímetro lhe dá três leituras diferentes no mesmo bloco, essa dispersão é a repetibilidade.

A reprodutibilidade é a variação que obtém quando pessoas diferentes medem as mesmas peças. Chama-se por vezes variação do avaliador, porque reflete as 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 a reprodutibilidade.

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

• Escolha cerca de 10 peças que representem a gama real de variação do processo, e não 10 peças boas.
• Use 2 a 3 avaliadores que façam normalmente a medição.
• Peça a cada avaliador que meça cada peça 2 a 3 vezes, por ordem aleatória, sem ver as suas leituras anteriores.
• Mantenha o instrumento, o método e as condições iguais aos da utilização real em produção.

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Ler os resultados do Gage R&R: %GRR e NDC

O número GRR bruto não tem significado por si só. Compara-se com alguma coisa: ou com a variação total observada no estudo, ou com a sua tolerância. Expresso em percentagem, é o %GRR. A base que usa importa. A percentagem da variação do estudo diz-lhe como o sistema se comporta face à dispersão real do seu processo. A percentagem da tolerância diz-lhe como se comporta face à especificação que tem de cumprir. As duas podem dar respostas diferentes, por isso indique sempre qual usou.

As diretrizes da AIAG para o %GRR, muito usadas, são fáceis de memorizar, mas trate-as como diretrizes e não como lei. O limiar certo depende da finalidade da medição e do custo de uma decisão errada.

• Abaixo de 10 por cento: o sistema de medição é geralmente considerado aceitável.
• Entre 10 e 30 por cento: pode ser aceitável, consoante a importância da aplicação, o custo do instrumento e o custo de tomar a decisão errada.
• Acima de 30 por cento: o sistema é geralmente considerado inaceitável e precisa de ser melhorado antes de se confiar nele.
• NDC (número de categorias distintas): quantos grupos distintos o sistema consegue distinguir com fiabilidade ao longo da gama do seu processo. Um valor de 5 ou mais é o objetivo habitual. Abaixo disso, o sistema tem dificuldade em resolver diferenças reais entre peças.

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Tendência e linearidade: o lado da exatidão na MSA

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

A tendência é a diferença entre a média das suas medições e o valor de referência num ponto. É um desvio sistemático. Se se sabe que um bloco de referência mede 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 trata a calibração, e é por isso que as duas estão intimamente ligadas.

A linearidade pergunta se essa tendência se mantém igual ao longo da gama de medição ou se muda. Um instrumento pode ler quase na perfeição perto do limite inferior e ler por excesso perto do topo da gama. Mede-se a linearidade verificando a tendência em vários valores de referência ao longo da gama e vendo se ela aumenta ou diminui de forma regular.

A estabilidade, por vezes agrupada com estas, é o comportamento da tendência ao longo do tempo. Mede a mesma referência repetidamente durante dias ou semanas e procura sinais de deriva, muitas vezes numa carta de controlo. A estabilidade está intimamente relacionada com a forma como define os intervalos de calibração.

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

Análise de concordância por atributos

Nem todas as medições são números. Grande parte da inspeção real é um juízo: conforme ou não conforme, passa ou não passa, aceitar ou rejeitar, ou uma classificação visual como riscado ou não riscado. Não é possível fazer um Gage R&R numérico sobre uma decisão, por isso estes juízos precisam do seu próprio estudo, normalmente chamado análise de concordância por atributos ou Gage R&R por atributos.

O estudo consiste em pedir aos avaliadores que julguem, mais de uma vez e sem verem as suas decisões anteriores, um conjunto de peças cuja resposta correta já é conhecida. Daí aprende três coisas: se cada avaliador concorda consigo próprio, se os avaliadores concordam entre si e, o mais importante, se concordam com a resposta correta conhecida.

A concordância é muitas vezes resumida com uma estatística kappa, que mede a concordância para além da que seria de esperar por mero acaso. Quanto mais alta, melhor. Também se olha para as taxas de erro práticas. Uma peça má que escapa é normalmente o erro mais caro, por isso acompanhe de perto a taxa de não deteção.

• Concordância do avaliador consigo próprio: 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 a referência: as decisões coincidem com a resposta correta conhecida?
• Taxa de não deteção e taxa de falsos alarmes: com que frequência as peças más passam e com que frequência as peças boas são rejeitadas por engano.

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Quando fazer cada estudo

Não faz todos os estudos de todas as vezes. Adeque o estudo à pergunta que tem pela frente e ao que o seu plano da qualidade ou o seu cliente exige. No setor automóvel, a MSA faz normalmente parte da aprovação de peças novas e consta do plano de controlo, mas a mesma lógica aplica-se a qualquer sítio onde se mede para decidir.

• Um instrumento novo ou um processo de medição novo a entrar em serviço: faça um Gage R&R e verifique a tendência e a linearidade face a uma referência.
• A medição é um juízo de conforme ou não conforme ou uma avaliação visual: faça uma análise de concordância por atributos em vez de um Gage R&R numérico.
• Depois de um instrumento ser reparado ou mudado de sítio, ou de o método mudar: repita o Gage R&R para confirmar que nada se alterou.
• Suspeita que os resultados de um operador diferem dos de outro: a parte de reprodutibilidade de um Gage R&R vai mostrá-lo.
• As leituras parecem consistentes mas possivelmente desviadas: é uma questão de tendência e linearidade, não de Gage R&R.
• Segundo um calendário definido pelo seu plano de controlo ou pelo seu cliente: faça o que o plano especificar, com a periodicidade indicada.

• Requisitos de calibração por norma ISO

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

A calibração e a MSA são muitas vezes confundidas, porque ambas tratam da confiança nas medições, mas respondem a perguntas diferentes e 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 face a uma verdade conhecida. A MSA avalia todo o sistema de medição tal como é realmente usado, incluindo as pessoas, o método e as peças, e trata sobretudo da variação em condições reais.

As duas sobrepõem-se na exatidão. O lado da tendência e da linearidade na MSA mede o mesmo tipo de erro que a calibração corrige, e é por isso que uma MSA válida depende, antes de mais, de uma referência devidamente calibrada. A calibração é um pré-requisito, não um substituto. Um instrumento calibrado pode ainda assim falhar o Gage R&R por causa da variação do operador ou do método, e um instrumento com um excelente Gage R&R pode ainda assim ler um desvio consistente mas errado se nunca tiver sido calibrado. As regras de decisão de calibração, como o TUR (rácio entre a tolerância e a incerteza) e a aplicação de bandas de segurança, juntam-se a tudo isto e determinam como aceita ou rejeita o próprio instrumento.

O Axiospec é uma ferramenta de gestão de calibração e inclui um estudo Gage R&R segundo a AIAG e orçamentos de incertezas por instrumento, para que a análise da medição fique junto do registo de calibração do mesmo ativo e não numa folha de cálculo à parte. Quando faz um estudo, os dados ficam associados ao instrumento, ao lado das suas leituras antes do ajuste e após o ajuste, dos seus certificados e das suas datas de vencimento. O Axiospec organiza e mostra estas provas e faz os cálculos da AIAG, mas não decide a conformidade. Se um sistema é aceitável, e se o seu programa cumpre uma norma, é um juízo que cabe à sua equipa da qualidade, ao seu cliente ou ao seu avaliador.

As ferramentas gratuitas abaixo fazem os cálculos essenciais do Gage R&R e da tendência e linearidade no seu navegador, sem nada para instalar. Se quiser os estudos guardados no ativo, o plano gratuito do Axiospec é a plataforma completa, limitada a 50 ativos em atividade e com utilizadores ilimitados, e cada espaço de trabalho novo começa com 45 dias no plano Professional, com 1.500 instrumentos ativos e sem cartão de crédito.

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