Ingenería de calidad y función de pérdida

INGENIERÍA DE CALIDAD LA INGENIERÍA DE CALIDAD Y LA FUNCIÓN DE PÉRDIDA Ing. Angel E. Flores Ramirez

"The enemy of mass production is variability. Success in reducing it will invariably simplify processes, reduce scrap, and lower costs” (Box and Bisgaard 1988)

Introducción El Dr. Genichi Taguchi ha venido desarrollando desde 1949 una metodología integral conocida como Ingeniería de Calidad, su propósito es combinar métodos de ingeniería y estadística para mejorar un rendimiento (yield) rápido de costo y calidad, utilizando diseño de productos y procesos de manufactura para optimizar los mismos.

La filosofía de calidad del Dr. Taguchi no representa nuevos conocimientos de estadística desde el punto de vista practico, su contribución se basan en contextos económicos, que pueden estar en conflicto con la tecnología tradicional y con el control de calidad. La manera de pensar de Taguchi resulta en diseños robustos de producción, de procesos con una perdida mínima del consumidor.

1.1. Problemas de Calidad y variabilidad Funcional

Para Taguchi la calidad de un producto esta en función de la mínima perdida causada a la sociedad en el momento en el que el producto se embarca. En este concepto Taguchi define la perdida de la calidad por medio de la producción de perdida en la que combina la perdida financiera con las especificaciones funcionales. Su mayor contribución se debe a los conceptos de perdida de calidad y la razón señalruido, que nos indica en que situación esta con respecto al desarrollo del producto y cuando es tiempo de las mejoras y que hay que hacer y la forma mas económica posible.

Taguchi enseña como mejorar en forma rápida el diseño de los productos y de los procesos, proporciona un enfoque y un lenguaje común para la integración del proceso del producto y de los procesos de manufactura.

Las actividades de ingeniería de calidad se incorporan en cada paso del desarrollo del producto y de la manufactura a fin de prevenir los efectos de los factores de ruido.

La secuencia de manufactura desde el desarrollo del prototipo y del producto hasta el servicio al cliente incluye las siguientes fases:

.

CONCEPTO DE INGENIERÍA DE CALIDAD Es un conjunto de conocimientos técnicos para la formulación de una política, así como planear, proyectar y analizar la calidad de un producto, a fin de establecer un sistema de calidad que pueda ser de satisfacción plena al consumidor a un costo mínimo. La ingeniería de calidad lleva a cabo actividades dirigidas a reducir las perdidas causadas por la variabilidad.

1.2 INGENIERÍA DE CALIDAD EN EL

DISEÑO DEL PRODUCTO, PROCESO DE PRODUCCIÓN Y SERVICIO AL CLIENTE CALIDAD EN EL DISEÑO:

PROCESO DE PRODUCCIÓN:

SERVICIO AL CLIENTE:

1.2 INGENIERÍA DE CALIDAD EN EL DISEÑO DEL PRODUCTO… ¿ Podemos reducir el tiempo de desarrollo de un producto a un tercio?

Consideraciones generales: - Series cada vez más cortas - Variedad creciente - Ciclos de vida más cortos - Mantener la competitividad

1.2 INGENIERÍA DE CALIDAD EN EL PROCESO DE PRODUCCIÓN… ¿Qué es la relación señal-ruido? ¿Qué es el desarrollo de la tecnología utilizando la relación señal ruido?

Consideración: Optimización de la robustes de la función básica de un producto o familia de productos.

1.2 INGENIERÍA DE CALIDAD EN EL SERVICIO AL CLIENTE… La calidad debe estar relacionada con las necesidades y expectativas del cliente ?Como se logra esa satisfacción? ?De que formas los ingenieros convierten la voz del cliente en características especificas de calidad? Calidad especificada.

QUALITY ON FOUR LEVELS Customer Quality Specified Quality Robust design Functional Quality.

LA CALIDAD DEL CLIENTE Y LA CALIDAD ESPECIFICADA La calidad del cliente es la calidad expresada por el cliente, en su propio lenguaje, tal como aspecto o "facilidad de conducir de un coche. El término Voz del Cliente" se usa frecuentemente para describir este nivel de calidad. Para satisfacer las necesidades de nuestros clientes, los ingenieros intentan a menudo convertir la Voz del Cliente en características específicas de calidad, es decir, la calidad especificada, tales como "piel de naranja", "espesor de la pintura", o "índice de facilidad de conducir", dado por el experto de la prueba de conducción. La calidad especificada se refiere a las especificaciones de los diseños de ingeniería. Son características de calidad, que constituyen objetivos para los ingenieros. Estas son las características a partir de las cuales se desarrollan los productos. Las siguientes características de calidad son frecuentemente usadas para el análisis de muestras: Pasa / no pasa Fracción defectuosa Número de defectos Producción Exactitud de una función Apariencia La calidad en PPM

LA CALIDAD FUNCIONAL Todos los productos tienen una función específica. La calidad funcional es la calidad de conseguir la función pretendida de un producto. La función del producto existe antes que la voz del cliente.

Es imprescindible que la función del producto sea optimizada antes de emitir los planos de ingeniería.

DESARROLLO DE LA TECNOLOGIA Nuestro procedimiento óptimo puede ser resumido de la siguiente forma: Maximizar la sensibilidad Maximizar la linealidad Minimizar la variabilidad

1.3 LA FUNCIÓN DE PÉRDIDAD = ÍNDICE CPM O ÍNDICE DE TAGUCHI La Función de Pérdida de Taguchi propuesta por el experto en calidad japones Genichi Taguchi establece que cualquier desviación con respecto al valor meta o especificación deseada produce una pérdida monetaria para la sociedad.

En este contexto el método de Taguchi se basa en la hipótesis de que mientras menor sea la variación con respecto a dicho valor objetivo (meta) mejor será la calidad del producto. Notar que el valor meta o especificación deseada es equidistante del Límite de Especificación Inferior (LEI) y el Límite de Especificación Superior (LES).



La función de perdida de la calidad de Taguchi La función de perdida nos ofrece una forma de calcular la “pérdida de calidad” en un proyecto, producto o servicio con respecto al objetivo de calidad que le hayamos fijado al mismo. Esto significa, que para una característica fijada en nuestro producto o proceso, la función de pérdida nos dirá cuándo nos estamos alejando de nuestro objetivo.

La pérdida para la sociedad por causa de las especiicaciones inferiores está compuesta por los costos en que se incurrió en la producción (desperdicio, reclamaciones y retrabajo), por los costos derivados del uso (reparaciones, pérdida de tiempo, reemplazos frecuentes) y por su destino inal (basura, mermas).

REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA FUNCIÓN DE PÉRDIDA

Por lo tanto, si para una característica analizada, el valor L es de cero, significará que la calidad obtenida es la calidad deseada (nuestro objetivo). Si L es mayor que cero, entonces significa que nos estamos alejando del objetivo.

Caso hipotético Un fabricante elabora película de polietileno con un espesor nominal de 1 mm para cubrir invernaderos agrícolas. Los clientes querían que fuera suficientemente grueso para resistir el viento, pero delgado para que dejara pasar la luz. Al fabricante le convenía que fuera delgado porque podía producir más metros cuadrados con la misma cantidad de plástico y, por lo tanto, a menor costo. En aquel momento la norma permitía que la película fuera de 1 ± 0.2 mm, es decir, entre 0.8 y 1.2 mm. Cierta empresa podía fabricarla consistentemente con un espesor de 0.8 ± 0.02 mm. La empresa tomó la decisión de producir su película con un espesor de 0.82 ± mm. Lo más delgado tendría 0.8 mm (dentro de la especificación) y lo más grueso tendría 0.84 mm, o sea, 0.16 mm más delgada que el promedio de la norma, para tener un buen ahorro en materiales. Esta táctica del fabricante no tomó en cuenta el costo para la sociedad, sino únicamente consideraba su propio costo porque el plástico estaba dentro de las especificaciones, pero era delgado y poco resistente al viento.

CONTINUACIÓN……

En efecto, algún tiempo después, una tormenta azotó una zona agrícola y los invernaderos cubiertos con la película hecha sobre el límite inferior de tolerancia perdieron la cubierta y sus contenidos. El costo para los clientes fue mucho mayor que el ahorro que tuvo el fabricante; en total, el costo para la sociedad fue mayor que si el plástico hubiera sido un poco más grueso, pero más resistente.

La función de pérdida calcula el valor de no alcanzar el objetivo de servicio planteado. Esta función permite encontrar el nivel de variabilidad de la calidad que minimice los costos de ajuste en los procesos y el costo de penalidad

Ejemplo: Suponga que tenemos una característica de calidad que tiene una especificación de 0.500 +- 0.020, y que si el valor de la característica de calidad difiere 0.02 del valor deseado de 0.500, es probable que el producto falle durante el período de garantía, y su reparación cuesta 50 dólares. Estos valores se pueden calcular analizando los registros de la compañía. Entonces:

Luego, si la desviación resultará ser sólo 0.010, la pérdida estimada al utilizar la Función de Pérdida de Taguchi sería:

Ejemplo Suponga que un servicio de paquetería promete entregar a las 10 de la mañana. Un retraso de mas de dos horas de la hora prometida es inaceptable para los clientes y por política de la empresa si 2 la hora de entrega no se cumple debe compensar al cliente con un abono de $10, dependiendo del retardo. La constante K en la función de pérdida es entonces:

Si la desviación es de 3 horas, ¿Cuál es la pérdida esperada?

En un proceso de torneado, la tolerancia de un diámetro externo es ± 0.010 mm. si cada pieza que se desperdicie tiene un costo de $40.00, ¿cuál es la función de pérdida por cada 100 piezas? Determine el costo promedio. Si una pieza es rechazada por exceder los límites anotados, el desperdicio tiene un costo de $40.00; sin embargo, este costo no es el total, es una cifra conservadora, porque conforme el producto se aproxima a sus límites, posiblemente ocurrirán otras fallas que aumentarán el costo total.

La función de costo sería entonces: L=Costo asociado con un diámetro particular. y=Desviación de la medida de la pieza desde el valor nominal o la media. m=Valor nominal o media de la especificación. k=Constante que depende del costo de la pieza dentro de especificaciones y del ancho de los límites. y=0.010 límite de tolerancia, porque es el valor a partir del que se incurre en desperdicio. m=0.00 porque es el valor nominal o media deseado (cero desviaciones).

Solución: L=k(y–m)2 $40.00=k(0.010mm–m)2 despejando, k=$40.00/(0.01mm–0)2 k=400,000$/mm2 k=$400 000 por cada mm2 que se desvíe la pieza de su límite de tolerancia. De esta manera se puede calcular el costo de cualquier desviación; por ejemplo, una pieza desviada +0.003 costaría: L=$400,000(0.003 – 0.0)2=$3.60

Desviación

Costo por pieza

Número de piezas

-0.005

0

-0.004

2

-0.003

4

-0.002

11

-0.001

20

0

26

0.001

20

0.002

11

0.003

4

0.004

2

0.005

0 Total

Costo por grupo

EJERCICIO 

TIPOS DE TOLERANCIAS

Usando el enfoque de la función de pérdida podemos evaluar el nivel de calidad para 3 tipos de tolerancias

Tipo N (LA NOMINAL ES LA MEJOR) Tipo S (LA MENOR ES LA MEJOR) Tipo L (LA MAYOR ES LA MEJOR)

Tipo N (La nominal es la mejor)

Tipo N (La nominal es la mejor) Este tipo de tolerancias es requerida para muchos productos, partes, elementos o componentes en las cuales es preferible una medida nominal.

Las dimensiones, cambio de presión o viscosidad son ejemplos de este tipo de características. Las tolerancias bilaterales son normalmente usadas en este tipo de aplicación.

Las tolerancias bilaterales se presentan en situaciones en las cuales las tolerancias ± son de igual cantidad así como cuando las cantidades ± son desiguales

Tipos de características de calidad. El primer paso en la ingeniería de calidad consiste en seleccionar las características de calidad apropiadas, esto implica tener conocimientos del producto y del proceso así como del diseño de experimentos.

Problema de aplicación: Tipo N, tolerancias bilaterales iguales 

Diámetro 0.3

0.0

-0.1

0.0

0.3

0.2

0.1

-0.2

0.6

0.4

-0.2

0.1

0.0

-0.4

0.5

0.4

-0.2

0.0

0.0

0.2

-1.0

-1.6

-0.4

-1.0

-0.6

0.4

-1.2

-1.3

-0.2

-0.4

-0.4

0.5

-0.3

0.6

0.6

-0.9

-0.7

-0.9

-0.7

-1.3

Dureza

Determine la pérdida total de incurrir en desviaciones dada la producción de 80,000 piezas

Problema de aplicación: Tipo N, tolerancias bilaterales iguales Practical Example of Taguchi Loss Function A shaft designer and manufacturer has manufactured a lot of 30 shafts.

USL, LSL and nominal diameter of the shaft should be 0.55 mm, 0.45mm and 0.5mm respectively. Diameters of all the 30 shafts are as below: 0.469 0.488 0.496 0.511 0.521 0.537 0.463 0.484 0.496 0.502 0.517 0.533 0.468 0.499 0.496 0.512 0.522 0.533 0.475 0.492 0.499 0.515 0.534 0.534 0.477 0.493 0.51 0.519 0.537 0.546 Cost of rework for a shaft with diameter 0.511 is $0.03.

You have to find out the total loss occurred for the whole set of 30 shafts.

Problema de aplicación: Tipo N Solution For the above set of data, Mean, m = 0.505 Standard deviation, d = 0.0231 Target, t = 0.5 L(x) =$0.03 when, x=0.511 Now, using the Eqn.1.1, we can find out, Taguchi loss coefficient for the process, C = 0.03/ (0.511- 0.5) ^2 = 247.9339 Now, using Eqn.1.2, we can find out the average loss for each part of the whole set (30 numbers) as: L = $0.13 So, Total loss for all the 30 shafts = 30*0.13 = $4.15

La pérdida esperada L se obtiene: 

o igual

Problema de aplicación 

MES 1:

-2

3

-2

3

-3

DATOS: 0

4

5

-2

0

-1

-1

0

4

3

-2

0

1

0

5

6

2

-1

MES 2:

3

2

0

1

-1

-1

0

-2

3

0

6

-2

4

3

0

-2

0

-1

2

4

Reactivos: 1. ¿Cuáles son los niveles de calidad durante estos dos meses?

2. ¿Cuál es el mejoramiento, si es que hubo alguna, del nivel de calidad?

3. ¿Cuál será la pérdida total por mes?

LA MENOR ES LA MEJOR Es una característica cuyo valor es cero.

Ejemplos: Desgaste, encogimiento, deterioro, nivel de ruido, etc.

Tolerancia tipo S: la menor es la mejor 

Ejercicio de aplicación 

DATOS M1 0

5

4

2

3

1

7

6

8

4

6

0

3

10

4

5

3

2

0

7

M2 5

4

0

4

2

1

0

2

5

3

2

1

3

0

2

4

1

6

2

1

Compare el nivel de calidad de las dos máquinas herramienta

Resultados: 

LA MAYOR ES LA MEJOR Es una característica cuyo mejor valor es el infinito.

Ejemplos: Tensión, duración, eficiencia del combustible

Tolerancia tipo L: La mayor es la mejor 

Formula: 

Ejercicio de aplicación 

Datos

Breaking force

S1 10.2

5.8

4.9

16.1

15.0

9.4

4.8

10.1

14.6

19.7

5.0

4.7

16.8

4.5

4.0

16.5

7.6

13.7

7.0

12.8

11.8

13.7

14.8

10.4

7.0

10.1

6.8

10.0

8.6

11.2

8.3

10.6

S2

Compare los niveles de calidad

Resultados 

Ingeniería de calidad fuera de línea.

Ingeniería de calidad fuera de línea.

Se encarga de la optimización del diseño del producto y los procesos, una de las herramientas es el diseño de experimentos

Qué es pérdida y quien paga por ella. Generalmente pensamos que es un costo de manufactura inherente al producto. Sin embargo, es un costo entre Fabricante-consumidor.

Costos en que incurre el fabricante por una reacción negativa del consumidor. . Devoluciones. Costos de garantía. Consumidor insatisfecho. Tiempo y dinero gastado por los consumidores. Perdida eventual de participación en el mercado.

Las consideraciones de variabilidad pueden ser aplicadas al producto y también al servicio.

En el contexto de la definición de calidad, la perdida debe restringirse en dos categorías: La pérdida causada por la variabilidad de la función La pérdida causada por defectos dañinos

Un artículo con buena calidad realiza sus funciones sin variabilidad y causa pequeñas perdidas a través de los defectos del tipo dañino, incluso el costo de usarlo. Si el control del costo se preocupa por reducir las diferentes perdidas antes de que el producto salga al mercado, el control de calidad se preocupa por reducir los tipos de perdidas que puedan causar problemas a la sociedad. Si el control de calidad no se restringe a los problemas de perdida causados por la variabilidad funcional y a los defectos del tipo dañino no relacionados, se ignoraran y se consideraran fuera del dominio de la ingeniería.

Características por atributos. Son las que no se pueden medir en una escala continua, pero que pueden ser clasificadas en una escala graduada discreta, frecuentemente están basados en apreciaciones subjetivas tales como: bueno, mejor, el mejor, etc.

Atributos clasificados: Ejemplo: Apariencia, porosidad, grietas. Clasificados como bueno I malo. Grados

Características dinámicas.

Son las características funcionales de calidad de un sistema, que se determinan en la base a la entrada al sistema y a los resultados de salida.

Ejemplo: Fuerza de tracción de un automóvil.

1.- DISEÑO DE SISTEMAS: Consiste en el Desarrollo de un sistema que funcione bajo una condición normal. Requiere conocimientos técnicos en ciencia e ingeniería. Originalidad/inventiva/estrategias de mercadotecnia.

Objetivo. Diseñar un producto seleccionando las condiciones óptimas (parámetros), de tal manera que el producto sea menos sensible al ruido.

2.- Diseño de tolerancias. Cuando el diseño de parámetros no es suficiente para reducir la variación, es necesario utilizar el diseño de tolerancias. Especificaciones de rangos permitidos para la desviación con respecto a los valores de los parámetros, Involucra describir y eliminar las causas. Incrementa los costos de producción (se deben minimizar, haciendo experimentos que conduzcan a las tolerancias adecuadas sin afectar la calidad). El diseño de tolerancias es la aplicación del diseño de experimentos, para hacer cambios sistemáticos en las tolerancias, con el fin de determinar que factores son los que mas contribuyen a la variación del producto final.

Objetivo. Determinar los rangos de variación para los parámetros del producto/proceso una vez que se ha determinado los niveles óptimos.

Estrategias Como paso inicial, usar tolerancias amplias, materiales y componentes de bajo costo. Usando el mejor conjunto de condiciones que haya quedado determinado en el experimento del diseño de parámetros, establece la variación global de nuestras características de calidad. Si la variación esta dentro de nuestros requerimientos mantener las tolerancias amplias y los materiales y componentes de bajo costo. Si la variaron es excesiva, reducirla tomando tolerancias más cerradas y/o mejorando los materiales y componentes.

La función de pérdida. El control de calidad tiene como objetivo controlar la variación funcional. ¿Cómo podemos medir la calidad?

Cumpliendo con los requerimientos del cliente.

Utilizando la filosofía de cero defectos.

Verificando si se cumple con las especificaciones. El Dr. Taguchi propone una visión diferente y más amplia de la calidad, la relaciona con los costos y la perdida monetaria no únicamente del fabricante si no también para el consumidor.

Servicio al cliente La alta dirección es la responsable de que la organización entienda las necesidades y expectativas de los clientes, mercados y requisitos regulatorios. Algunos puntos clave que pueden ser útiles para determinar los requisitos de producto /servicio son: ◦ La voz del cliente. ◦ Planes de negocios. ◦ Especificaciones del producto. ◦ Ambiente de trabajo o servicio para el producto/servicio. ◦ Análisis de riesgos. ◦ Estudios de confiabilidad del producto.

¿Qué es pérdida y quien paga por ella?.

Generalmente pensamos que es un costo de manufactura inherente al producto.

Fabricante - consumidor.

Costos en que incurre el fabricante por una reacción negativa del consumidor. . Devoluciones. Costos de garantía. Consumidor insatisfecho. Tiempo y dinero gastado por los consumidores. Perdida eventual de participación en el mercado.