Ingeniería de Calidad

Occidente

• Es considerada como una tarea separada del desarrollo, diseño y manufactura.
• La sociedad profesional de los expertos en calidad es la ASQC (American Society of Quality Control).

Japón

• La calidad es responsabilidad de todos los ingenieros y directores.
• No se tiene una sociedad propia de la calidad, en su lugar está la JUSE (Japanese Union of Scientists and Engineers).

Diseño Robusto

Un Producto Robusto

Un producto debe ser manufacturado de forma eficiente y ser insensible a la variación que se da tanto dentro del proceso de producción como en manos del consumidor. Reducir la variación se traduce en mayor confiabilidad y en un ahorro considerable de costos, tanto por parte del fabricante como del consumidor.

Ruido en el Diseño Robusto

Una vez que el consumidor comienza a usar el producto, su calidad puede variar por muchas razones. La causa de esta variabilidad es llamada factor de ruido.

Factores de Ruido

Los factores que causan que una característica funcional se desvíe de su valor objetivo se llaman factores de ruido. Los factores de ruido causan variación y pérdida de calidad. Esta pérdida de calidad constituye una pérdida, en términos de tiempo y dinero, tanto para los consumidores como para los fabricantes y, en último término, para la sociedad.

Tipos de Ruido

Pérdida a la sociedad

Desviación de las características con respecto al valor objetivo

Factores de ruido

Ruido externo

Ruido interno

Ruido entre productos

Ruido Externo

Se define como las fuentes de variabilidad que vienen de fuera del producto:

• La temperatura y la humedad en la cual el producto es usado.
• El error humano, incluyendo la ignorancia y el abuso intencional.
• El polvo en el medio ambiente.
• Variación del voltaje de entrada.
• Luces ultravioletas.

Ruido Entre Productos

Es el resultado de no poder fabricar dos o más productos idénticos.

• Dimensiones.
• Concentraciones químicas de lote a lote.
• Variaciones de espesor.
• Pesos.
• Resistencias.

Ruido Interno

Es la variación causada por el deterioro. Cambios internos del producto o proceso. Es común para ciertos productos que se deterioren durante su uso o su almacenamiento.

• Pérdida de masa en los filamentos de los focos.
• Deterioro de la pintura en una casa.
• Kilometraje del auto.
• Compresión del empaque en una llave.

Robustez

Existen dos maneras de minimizar la variabilidad:

• Eliminar la fuente actual de ruido.
• Eliminar la sensibilidad del producto a las fuentes de ruido.

Diseño Robusto

Se dice que un producto o proceso es robusto cuando es insensible a los efectos de las fuentes de variación, aún cuando estas no hayan sido eliminadas.

Confiabilidad del Producto e Ingeniería de Calidad

El resultado del ruido es caracterizado como un problema de confiabilidad. (La tina).

Actividad del Diseño Robusto

Diseño y Manufactura

Requisitos del cliente: Función deseada, medio ambiente de uso, costo de fallas.

Diseño del producto: Bajo costo, alta calidad.

Conocimiento científico: Entendimiento del fenómeno natural.

Conocimiento de ingeniería: Experiencia con diseños previos y procesos de manufactura.

Calidad

Hacerlo bien desde la primera vez, adecuación al uso, sentimiento de satisfacción.

Calidad Según Taguchi

La calidad de un producto es la (mínima) pérdida que el producto ocasiona a la sociedad desde que es embarcada.

Medición de la Calidad

Los ingenieros deben contabilizar la pérdida monetaria que los consumidores incurren cuando el producto se degrada en presencia del ruido. Contabilizar el efecto del ruido en la empresa no es suficiente.

Principios para la Descripción Cuantitativa de la Calidad

La desviación del valor objetivo resulta en una pérdida al consumidor, pérdida al productor y, finalmente, pérdida a la sociedad. Las pérdidas monetarias debidas a la desviación del valor objetivo forman la base para la descripción cuantitativa de la calidad.

Costos para Medir y Cuantificar la Calidad

Los costos pueden ser difíciles de cuantificar. Parte del trabajo de un ingeniero es minimizar el costo total del diseño.

• Costo de la unidad manufacturada.
• Costos del ciclo de vida.
• Costos de la pérdida de calidad (este último costo es más difícil de cuantificar que los otros, pero es importante que se tome en cuenta).

Costos de la Pérdida de Calidad

Este costo está directamente relacionado con la desviación del funcionamiento del producto y basado en las consecuencias económicas del grado de alejamiento de su valor objetivo.

• Pérdida del consumidor: Pérdidas debidas al mal funcionamiento del producto.
• Costo de la renta para el reemplazo del producto que está siendo reparado.
• Costos de servicio que no incluyen garantía.

• Pérdida del fabricante: Inspección, desperdicio y retrabajo.
• Costos de garantía.
• Costos de devolución.
• Pérdida de ventas y clientes.
• Demandas.

• Pérdida a la sociedad: Contaminación del medio ambiente.
• Lesiones personales o pérdida de vida.
• Interrupción de la comunicación y el transporte.

Fuera de la Línea

Actividades que toman lugar durante el desarrollo y el diseño del producto y proceso. Diseño del concepto, del parámetro y de tolerancias.

Dentro de la Línea

Se refiere a los procedimientos o actividades que toman lugar durante la producción.

Diseño del Concepto

Es la fase en la cual el equipo de desarrollo del producto define un sistema que funciona bajo un conjunto inicial de condiciones nominales.

• El sistema debe usar solamente la tecnología que ha mostrado ser robusta.
• El concepto puede ser un nuevo invento que sorprenda al consumidor y al competidor, como una respuesta directa de las necesidades del consumidor o un incremento a la oferta competitiva. QFD, DSN, DOE, BENCHMARKING.

Diseño del Parámetro

Es la fase en la cual el equipo del desarrollo del producto optimiza el concepto de diseño identificando los niveles de los factores de control que hacen al sistema menos sensible al ruido.

Factores de ruido

Factor señal ——- diagrama p —– características de calidad

Factores de control

Diseño de Tolerancias

Es la fase en la cual el equipo del diseño del producto especifica las desviaciones permitidas en los valores del parámetro.

• Durante esta fase se establecen las especificaciones, tomando en cuenta a los factores de ruido externos.
• Aquí la meta es volver a optimizar los costos de manufactura, de ciclo de vida y los de la pérdida de calidad. (Función pérdida, ANOVA, DOE).

Ingeniería de Calidad Dentro de la Línea

Mantener la consistencia dentro de la producción y el ensamble para minimizar la variación entre unidades.

• Mantener los bajos costos y la alta calidad simultáneamente. (SPC, SSN, función pérdida basada en el control del proceso).

Recordar que:

• Conformarse con los límites de especificación es un indicador inadecuado de la calidad o pérdida debida a la mala calidad.
• La pérdida de calidad es causada por la insatisfacción del consumidor.
• La pérdida de calidad puede relacionarse con las características del producto.
• La pérdida de calidad es una pérdida financiera.
• La función de pérdida es una herramienta excelente para evaluar la pérdida en la etapa inicial del desarrollo del producto/proceso.

Características de Calidad

• Características cuantificables, que son las que se pueden medir en una escala continua.
• Nominal es mejor: Es una característica con un valor objetivo.
• Menor es mejor: Es una característica cuyo mejor valor es cero.
• Mayor es mejor: Es una característica cuyo mejor valor es infinito.
• Características por atributos, que son las que no se pueden medir en una escala continua, pero que pueden ser clasificadas en una escala graduada discreta.

Coeficiente de Pérdida de Calidad (K)

Este es determinado al encontrar los límites funcionales o las tolerancias del consumidor que son puntos en el cual el producto tendrá un comportamiento inaceptable en aproximadamente el 50% de los consumidores.

Método Taguchi

• Es más bien de carácter técnico que teórico.
• Está orientada a la productividad y a la reducción de costos, y no tanto a responder al rigor estadístico.
• Los conceptos fundamentales de su filosofía y metodología se basan en la relación que existe entre variación, costo y ahorro.

Razón Señal Ruido

Usos de la Función Pérdida

• Cuantificar la calidad en la etapa de diseño.
• Comparar los costos de calidad esperados con los costos de manufactura.
• Determinar tolerancias.

La función pérdida no es independiente de los ajustes de la media después de reducir la variabilidad. Esto es, si el sistema es estable en la presencia de ruido, pero no está en el valor objetivo, la pérdida de calidad es alta. Cualquier ajuste puede poner al sistema en el objetivo, resultando una pérdida baja. Es por esto que la función pérdida no es una medición buena para la optimización del diseño de parámetros en donde es útil reducir la variabilidad independientemente de poner al sistema en el valor objetivo.

Propiedades de la Razón Señal Ruido (S/N)

• Refleja la variabilidad en la respuesta del sistema causada por los factores de ruido.
• Es independiente del ajuste de la media. Predice la calidad aún cuando el valor del objetivo deba ser cambiado.
• Mide la calidad relativa, porque se puede usar para propósitos de comparación.
• No induce a complicaciones innecesarias, tal como las interacciones de los factores, cuando la influencia de varios factores en la calidad del producto son analizadas.

Para Crear la Razón Señal Ruido (S/N)

• Se utiliza como base a la desviación cuadrada media (MSD) de la función pérdida.
• La MSD se modifica para hacer a la razón señal ruido independiente de los ajustes de la media hacia el objetivo.
• La expresión resultante es transformada matemáticamente a decibeles por el uso del logaritmo. Esto hace que la razón S/N sea una medida de calidad relativa y ayuda a reducir los efectos de las interacciones entre los factores de control.

Identificación del Factor de Escala

Se puede maximizar h con la media y la desviación observadas sin saber cuál es el factor escala. También la operación de escala no cambia los valores de h.

Es por esto que el proceso de descubrir al factor escala y a los niveles óptimos de varios factores de control es simple.

Consiste en determinar los efectos de cada factor de control sobre h y la media, y luego clasificar esos factores.

Clasificación de los Factores para Determinar el Factor de Ajuste

Factores que Tienen Efecto Significativo sobre h y Poca Influencia sobre la Media

Estos no son factores de escala, representan una oportunidad substancial de reducir la variabilidad. Para estos factores se debe seleccionar los niveles en donde sea máximo h.

Factores que Tienen Efecto Significativo sobre la Media y Poca Influencia sobre h

Estos son factores de escala. Se pueden usar para ajustar la media al valor objetivo.

Factores que no Tienen Efecto Significativo sobre la Media y Tampoco sobre h

Estos son factores neutrales, y se puede seleccionar sus mejores niveles para otras consideraciones, tales como el fácil manejo de operación y el costo.

Grados de Libertad

El primer paso para construir un arreglo ortogonal es contar los grados de libertad totales que nos dicen el mínimo número de experimentos que deben ser llevados a cabo para el estudio.

Para comenzar se tiene un grado de libertad asociado con la media general, sin tener en cuenta el número de factores de control que serán estudiados.

En general, el número de grados de libertad asociados con un factor es igual al número de niveles de ese factor menos uno.

Arreglo Ortogonal

El nombre del arreglo ortogonal indica el número de renglones y columnas que tiene, así como el número de niveles en cada columna.

Por ejemplo, el arreglo L₄ (2³) tiene cuatro renglones y tres columnas de 2 niveles. El arreglo L₁₈ (2¹3⁷) tiene 18 renglones; una columna de 2 niveles y 7 de tres columnas.

Cuando existen 2 arreglos con el mismo número de renglones, el segundo arreglo se le identifica con una comilla.

El número de renglones de un arreglo ortogonal representa el número de experimentos. El número de renglones debe ser por lo menos igual a los grados de libertad requeridos en el estudio.

El número de columnas de un arreglo representa el número máximo de factores que se estudiarán en el experimento.

Técnica del Nivel Ficticio

Esta técnica nos permite asignar un factor con m niveles a la columna que tiene n niveles, donde n es mayor que m.

Método del Factor Combinado

Este método permite estudiar más factores de los que tiene un arreglo ortogonal en sus columnas. Se puede utilizar para asignar 2 factores a 2 niveles en la columna de 3 niveles de la manera siguiente:

Sean A y E los factores de dos niveles. Existe un total de 4 combinaciones que son A₁E₁, A₂E₁, A₁E₂ y A₂E₂. Se seleccionan tres de los niveles de más importancia y se les asigna como nivel 1, 2 y 3 como sigue: (AE)₁ = A₁E₁, (AE)₂ = A₁E₂ y (AE)₃ = A₂E₁.

Para calcular los efectos de A y E se procede a obtener la diferencia entre (AE)₁ y (AE)₂, esta nos indica el efecto del cambio de E₁ a E₂. De igual forma, la diferencia entre (AE)₁ y (AE)₃ indica el efecto del cambio de A₁ a A₂.

¿Cómo Utilizar las Gráficas Lineales?

• Los factores se asignan a los puntos.
• Se asigna una interacción entre dos factores al segmento de línea que conecta los dos puntos correspondientes.
• Si una interacción entre dos factores se considera irrelevante, entonces puede asignarse un factor al segmento de línea correspondiente.

Diseño de Experimentos Utilizando un Arreglo Ortogonal

Paso 1: Se selecciona el arreglo ortogonal apropiado.

• Se cuenta el número total de grados de libertad que se necesitan.
• Un arreglo ortogonal de dos niveles con m columnas tiene m grados de libertad. Se selecciona un arreglo ortogonal que cubra su total.

Paso 2: Se dibuja la gráfica lineal requerida.

Paso 3: Se selecciona la gráfica lineal estándar apropiada. Puede haber varias opciones. Hay que decidir por una de ellas.

Paso 4: Se ajusta la gráfica lineal requerida a una de las gráficas lineales estándar del arreglo ortogonal que se seleccionó.

Paso 5: Se asigna cada efecto principal y cada interacción a la columna apropiada.

Gráficas Lineales

Una de las contribuciones que el Dr. Taguchi ha hecho para el uso de arreglos ortogonales en el diseño de experimentos es el concepto de gráficas lineales.

Estas representan gráficos equivalentes de las matrices triangulares que facilitan la asignación complicada de factores e interacciones a un arreglo ortogonal.

Preguntas y Respuestas

Causan el desvío de una característica: factores de ruido.

Temperatura, humedad, error humano e ignorancia: ruido externo.

Producto insensible a las fuentes de variación: diseño robusto.

Pérdida del consumidor, fabricante, de la sociedad: costos de la pérdida de calidad.

QFD, casa de la calidad, DOE y Benchmarking: diseño del concepto.

Mantener bajos costos y alta calidad: diseño de tolerancia.

Diagrama p: diseño del parámetro.

Es la pérdida que el producto ocasiona a la sociedad desde que se embarca: calidad según Taguchi.

Actividades que toman lugar durante el desarrollo y diseño de producto: ingeniería fuera de línea.

Se establecen las especificaciones: razón señal ruido.

Identifica los niveles de los factores de control para que el producto sea menos sensible al ruido: diseño del parámetro.

Explique por qué se utiliza la razón señal ruido, en lugar de la función pérdida: Es independiente del ajuste de la media la señal ruido, si se quiere optimizar al proceso la función pérdida no es una buena medición, ya que no reduce variabilidad.

Mencione 3 propiedades de la razón ruido: La señal ruido se utiliza ya que es mejor, ya que refleja la variabilidad en la respuesta del sistema causada por el ruido. Es independiente del ajuste de la media, mide la calidad relativa, predice la calidad aún cuando el valor objetivo cambie.

Qué es un factor de escala y cómo se identifica: Un factor de escala incrementa la respuesta proporcionalmente y se identifica cuando se tiene efecto significativo sobre la media y poca influencia en razón ruido.

Por qué se le aplica logaritmo a la relación señal ruido: El logaritmo se aplica en señal ruido para mejorar la aditividad de los efectos de los factores de control y expresar la señal ruido en decibeles.

Qué entiendes por ingeniería de calidad: Es considerada como una tarea separada del desarrollo y manufactura.

Qué significa el diseño del parámetro: Da varianza se minimiza con señal ruido encontrando el factor de escala ajustándolo a la media para disminuir la variación.

A qué se le llama factor de escala y para qué sirve: El diseño de parámetro es la fase en la que se optimiza el diseño, aquí se determinan los niveles de los factores, los cuales hacen menos sensibles al ruido.

Cuál es la ventaja de la razón señal ruido sobre la función pérdida de calidad: La razón señal ruido es independiente de la media, por lo tanto, predice la calidad aún cuando el valor objetivo deba ser cambiado.

Cómo determinaría el valor de los límites de tolerancia en un caso real: Encontrando los puntos en los cuales el producto tenga un comportamiento inaceptable en el 50% de los consumidores.

En el diseño de parámetros no se utiliza el diagrama p: Falso.

El diseño de tolerancias se refiere a identificar las especificaciones de manufactura: Verdadero.

El logaritmo se utiliza para crear la razón señal ruido: Falso.

La función señal ruido es independiente de los ajustes de la media después de reducir la variabilidad y es una medición buena para la optimización del diseño de parámetro: Verdadero.

A los factores que causan que una característica funcional se desvíe de su valor objetivo se le llaman factores ruido: Verdadero.

Dentro de las actividades de la ingeniería de calidad fuera de la línea se encuentra el diseño del parámetro: Verdadero.

SPC y SSN son algunas de las herramientas que se utilizan para la ingeniería de calidad fuera de la línea: Verdadero.

SPC: Statistics Process Control.

SSN: Static Signal Noise.

El ruido entre productos se define como una fuente de variabilidad que vienen de fuera del producto, como el error humano o la ignorancia: Falso.

Cuál es el motivo de utilizar dos columnas para cada interacción de dos factores cuando cada factor tiene 3 niveles: Porque cuando tenemos 3 niveles en cada factor las interacciones se descomponen en comportamiento cuadrático y lineal.

Qué significa las siglas ASQ: Asociación Americana de la Calidad.

Reducir la variación se traduce en: Mayor confiabilidad y ahorro de costos del fabricante.

Confiabilidad es: La probabilidad de que un producto funcione en las condiciones deseadas y en el tiempo requerido.

Se dice que un producto es robusto cuando: Es insensible a los factores del ruido o variabilidad.

La calidad según Taguchi: Que un producto tenga la mínima pérdida desde que se produce hasta que se embarca.

El objetivo de cualquier experimento: Minimizar la varianza manteniéndola media en el valor objetivo.

Los costos para medir y cuantificar la calidad son: Costos de unidad manufacturada, costos del ciclo de vida, costos de la pérdida de la calidad.

La ingeniería de calidad dentro de la línea se refiere: Todas las actividades que se hacen durante el proceso o creación de tu producto y utilizas el SSN y SPC.

Los factores neutrales son: Factores que no tienen efecto significativo sobre la media y sobre n.

Es la confiabilidad de un producto, las fallas finales de vida se deben al ruido: Interno.

Los componentes del diagrama p son el factor señal, factores de ruido, factores de control y características de calidad: Verdadero.

El diseño de tolerancias se refiere a identificar los niveles de los factores de control: Falso.

En una característica «menor es lo mejor», al calcular la razón señal ruido el objetivo es encontrar el menor valor de n: Falso.

Cuando se tiene un factor escala es una oportunidad para colocar a la media en su valor objetivo, mantener a la variación constante, es decir, como estaba antes del ajuste: Verdadero.

La desviación del valor objetivo resulta en una pérdida solo para el consumidor: Falso.