FM - Unidade III - Estabelecimento de Relacoes entre Medicao, Calibracao e Qualidade

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Profª: Janaina Torres
FUNDAMENTOS DA METROLOGIA
Estabelecimento de Relações entre 
Medição, Calibração e Qualidade
“A mente que se abre a uma nova idéia jamais 
voltará ao seu tamanho original.”
Albert Einstein
Introdução
 Medições realizadas em ambientes de produção
industrial ocorrem sob condições bem menos
controladas do que as existentes por ocasião da
calibração do sistema de medição em um laboratório
de metrologia.
 Instabilidades ambientais, diferenças entre
operadores, características do mensurando e outros
aspectos da produção são fatores fortes de
influência que podem levar a incerteza do processo
de medição para níveis muito acima dos encontrados
nas condições de calibração.
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Introdução
 No entanto, mesmo sob as condições mais severas,
sistemas de medição tem de ser capazes de fornecer
medições confiáveis ao longo do tempo, sem as quais
não é possível garantir a qualidade dos processos de
produção.
 Nesse contexto, é conveniente observar a medição
como um processo industrial, cujas características
podem se modificar com o tempo, mas devem ser
mantidas dentro de limites aceitáveis (Figura 1). Assim
como um processo de produção deve produzir bens de
qualidade, um processo de medição deve produzir
medições de qualidade, isto é, medições confiáveis.
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Figura 1 - A medição como um processo industrial.
Introdução
Introdução
 É possível verificar a confiabilidade das medições através
da análise da capacidade estatística realizada com base em
análises estatísticas das medições obtidas nas condições de
produção.
 O processo de medição pode ser analisado com conceitos
e ferramentas estatísticas já consagrados na área de
controle estatístico de processo de produção (CEP).
 Esse tipo de enfoque é frequentemente empregado na
área de metrologia dimensional em empresas que atuam
na cadeia produtiva da indústria automobilística.
Entretanto, os mesmos conceitos podem ser aplicados a
qualquer processo de medição que atue na produção
seriada.
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Introdução
 Os resultados obtidos nessas análises estatísticas são úteis:
- Como critério de aceitação de novos sistemas de medição.
- Para comparação entre sistemas de medição nas condições
de uso.
- Para investigação de um sistema de medição sob suspeita
de problema.
- Para comparar o desempenho do mesmo sistema de
medição antes e depois de uma ajustagem ou regulagem.
- Para avaliar os potenciais riscos de erros de classificação de
peças do sistema de medição.
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Recomendações de Normas de Garantia de 
Qualidade
 Várias normas de garantia da qualidade trazem
recomendações e definem os requisitos para verificar
a confiabilidade metrológica de sistemas de medição
que operam na produção.
 Algumas das normas são baseadas em análise de
balanços de incerteza do processo de medição. Em
outras, a confiabilidade metrológica é comprovada
através de análises da capacidade estatística do
processo de medição.
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Recomendações de Normas de Garantia de 
Qualidade
 A norma ISO 9001 define de forma abrangente que a
incerteza da medição nas atividades de inspeção e
testes deve ser conhecida e compatível com as
exigências de confiabilidade requeridas.
 A norma ISO 10012 traz a recomendação de que, ao
medir e utilizar resultados, devem ser levadas em
consideração todas as contribuições significativas na
incerteza do processo de medição, incluindo aquelas
atribuídas ao sistema e às influências dos operadores,
dos procedimentos e do ambiente.
ISO - International Organization for Standardization - Organização Internacional para
Padronização
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Recomendações de Normas de Garantia de 
Qualidade
 A norma ISO 14253-1 define que a incerteza do
processo de medição deve ser levada em consideração
quando é analisada a conformidade de um processo
ou de um produto diante da sua especificação. Essa
recomendação leva em conta a redução da faixa de
aceitação provocada pela presença da incerteza do
processo no controle da qualidade. A parte 2 dessa
norma (ISO 14253-2) define uma metodologia para
determinar a incerteza do sistema de medição na
calibração e a incerteza do processo em operação.
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Recomendações de Normas de Garantia de 
Qualidade
 A ISO/TS (Technical Specification) 16949 é uma norma de
garantia de qualidade do setor automotivo criada
pelas grandes montadoras americanas. Ao contrário
das normas da série ISO que trazem os requisitos de
confiabilidade através da análise de incerteza de
medição, a ISO/TS 16949 define os requisitos de
confiabilidade metrológica através de análises da
capacidade estatística do processo de medição. A
confiabilidade do processo deve ser evidenciada
através de análises estatísticas considerando a
variabilidade dos resultados de cada sistema e de cada
tipo de medição.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 Se existissem processos de produção perfeitos, as
características dos produtos seriam exatamente iguais às
especificadas no projeto. Não existiriam erros dos processos,
das máquinas, dos operadores ou de qualquer outra
influência.
 Infelizmente, processos perfeitos não existem. Todo e
qualquer processo de produção sofre a influência de vários
fatores e, como resultado, os parâmetros que caracterizam os
produtos apresentam desvio em relação ao valor alvo.
 Os desvios normalmente possuem uma componente
sistemática e outra aleatória, que podem ser estáveis ou não
ao longo do tempo (Figura 2).
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Figura 2 - Variabilidade do Processo Produtivo.
Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 O comportamento do processo pode ser analisado através de
técnicas de controle estatístico de processos (CEP). Um
processo é dito sob controle estatístico quando suas
variações naturais são estáveis e situam-se dentro de limites
previsíveis.
 A operação nessas condições leva a produtos com qualidade
previsível em relação às tolerâncias.
 A fuga do processo das condições de controle é um problema
que pode levar à produção de quantidades inaceitáveis de
itens fora das especificações.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 As ferramentas estatísticas utilizadas no CEP denunciam a
fuga das condições de controle e a necessidade de aplicar
medidas corretivas para trazer novamente o processo para a
condição desejada de controle.
 Essas técnicas são aplicadas para garantir a qualidade dos
produtos mediante monitoramento contínuo e ações
corretivas sobre os processos.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
“ Um processo está sob controle estatístico quando suas
variações naturais são estáveis e se situam dentro de
limites previsíveis”.
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Variabilidades de Processode Produção e de 
Medição
 Um processo está sob controle estatístico quando apresenta
comportamento previsível.
 É dito capaz quando, além de ser previsível, produz dentro
das especificações de projeto.
 A Figura 3 ilustra essas possibilidades. É necessário, então,
desenvolver o processo de produção para reduzir a sua
tendência e variância, e manter suas propriedades ao longo
do tempo.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
Figura 3 - Estabilidade e capacidade de processos.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
“ Um processo é dito capaz quando está sob controle
estatístico e produz dentro das tolerâncias de projeto”.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 Quando um processo está sob controle estatístico, as
variações existentes devem-se somente a causas comuns (ou
naturais) e não a causas especiais.
 As causas comuns são aquelas que ocorrem inevitavelmente
e de forma aleatória nos processos, pois fazem parte
intrínseca deles, e afetam todos os produtos. Por exemplo, as
oscilações normais da temperatura ambiente em uma
unidade fabril são causas comuns de variação pois fazem
parte do processo.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 Já as causas especiais são fatores de influência que não fazem
parte do processo e que provocam mudanças indesejáveis no
seu comportamento. Por exemplo, na fabricação de peças
por usinagem, o desgaste excessivo da ferramenta de corte
provoca alterações que evoluem progressivamente nas
dimensões das peças produzidas à medida que o desgaste se
intensifica (Figura 4). As causas especiais devem ser
determinadas e corrigidas.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
Figura 4 - Identificação de causas especiais com o 
controle estatístico de processo.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 Os processos de medição também apresentam
comportamentos semelhantes a esse, descrito para o
processo de produção. Variações estão presentes nos
processos, uma vez que não existem sistemas de medição
perfeitos, operadores perfeitos, ambientes de medição ideais
e nem mensurando perfeitamente definido e estável (Figura
5). Os vários fatores de influência geram instabilidades,
provocando erros e incertezas de medição, que podem ser
estáveis ou não ao longo do tempo.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
Figura 5 - Variabilidade do processo de medição.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 No ambiente da indústria, os dois processos coexistem: o
produtivo e o de medição.
 Se o processo de medição fosse perfeito, a análise estatística
das medições levaria a formação de um retrato fiel das
características do processo produtivo.
 Quando as variabilidades de processos de medição
imperfeitos estão presentes, análise estatística das medições
obtidas revela características que são resultantes da
combinação das variações dos dois processos.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 Se as variações dos processos de medição são excessivas,
podem ocorrer problemas de diagnósticos errados acerca da
qualidade dos produtos e tomadas de ações incorretas para o
controle dos processos (Figura 6). O processo produtivo real é
enxergado de forma errada e essa informação aparente não
possibilita melhorias de qualidade nos produtos.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
Figura 6 - Influência da incerteza de medição excessivamente grande 
na capacidade do processo.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 Dada a importância da medição para o controle dos
processos produtivos, é necessário que o comportamento do
processo de medição seja bem conhecido e atendas às
necessidades de controle do processo produtivo. Em outras
palavras, é necessário que o próprio processo de medição
esteja sob controle estatístico para que seja capaz de
controlar o processo produtivo.
 A tendência e a incerteza do processo de medição precisam
ser pequenos o suficiente quando comparados com a
variabilidade dos processos de produção, e suas
características devem permanecer estáveis ao longo do
tempo.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 Para investigar as propriedades do processo de medição e
torná-lo confiável, é necessário realizar alguns testes e
analisar as medições obtidas, no intuito de identificar e
corrigir causas especiais de variação.
 A confiabilidade do sistema de medição é concluída por
análises estatísticas das indicações que ele produz em
condições controladas.
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
 A análise das medições obtidas deve revelar algumas
condições básicas para que o processo de medição possa ser
considerado adequado para o monitoramento e controle dos
processos e produtos:
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Variabilidades de Processo de Produção e de 
Medição
- o processo de medição deve ser capaz de identificar
pequenas variações nas características medidas nos
produtos;
- a variabilidade do processo de medição (erros) deve ser
pequena quando comparada com a variabilidade do processo
produtivo e com os limites de especificação das tolerâncias
do produto;
- o processo de medição deve estar sob controle estatístico, o
que significa que as variações do processo de medição são
devidas somente às causas comuns e não às causas especiais.
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
 Algumas características de um processo de medição podem
ser quantificadas por parâmetros estatísticos relacionados ao
valor médio e à dispersão.
 Para caracterizar o comportamento do valor médio do
sistema de medição são utilizadas a tendência, a estabilidade
e o desvio linear da tendência. Para caracterizar a sua
dispersão, são utilizados os parâmetros repetitividade e
reprodutibilidade.
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
 Tendência:
A tendência corresponde à diferença entre a média das
indicações obtidas de um processo de medição e um valor de
referência .
O valor de referência pode se originar de um padrão ou de
um exemplar do próprio produto a medir que tenha sido
previamente medido por outro processo de medição que
resulte em incerteza dez vezes melhor (Figura 7).
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
Figura 7 - Tendência.
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Processos de Medição
 Estabilidade:
O parâmetro estabilidade está associado à capacidade do
sistema de medição em manter suas características
estatísticas ao longo do tempo.
De modo prático, corresponde à faixa de variação ao longo
do tempo (Figura 10).
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
Figura 10 - Estabilidade.
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
 Desvio linear da tendência:
Idealmente, a tendência de um processo de medição deveria
ser nula. Há casos nos quais a tendência não é nula, mas é
praticamente a mesma para toda a faixa de medição.
Há outros casos em que o valor da tendência cresce ou
decresce em função do valor da indicação. O desvio linear da
tendência está associado à forma como varia a tendência em
função do valor da indicação (Figura 11).
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
Figura 11 - Desvio linear da tendência.
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
 Repetitividade:
A repetitividade corresponde à faixa dentro da qual as
indicações do processo de medição são esperadas quando é
envolvido um mesmo operador, medindo uma mesma
característica do produto e em condições operacionais
idênticas (Figura 8).
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
Figura 8 - Repetitividade.
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
 Reprodutibilidade:
A reprodutibilidade corresponde à faixa dentro da qual as
indicações do processo de medição são esperadas quando
são envolvidos diferentes operadores, medindo uma mesma
característica do produto nas condições naturais do processo
de medição (Figura 9).
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
Figura 9 - Reprodutibilidade.
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Parâmetros utilizados na Análise Estatística dos 
Processos de Medição
 No conjunto, esses cinco parâmetros (tendência,
estabilidade, desvio linear da tendência, repetitividade e
reprodutibilidade) são a base para a realização da análise da
confiabilidade de processos de medição.
 A análise é normalmente realizada em duas etapas:
(a) por meio de um ensaio de capacidade do processo de
medição é estatisticamente verificado se ele é capaz de
controlar a variável de interesse e;
(b) através da análise de repetitividade e reprodutibilidade
calculam-se índices que atestam a adequabilidade do
processo de medição em função das necessidades do
processo produtivo.
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
 O melhor local para avaliar o desempenho de medição
destinado a controlar um dado processo produtivo está no
próprio processo produtivo.
 As condições em que o sistema estará sendo usado, os
operadores típicos, os procedimentos e demais
peculiaridades do processo de medição estarão presentes e
de forma natural. Por meio de métodos estatísticos é possível
concluir várias características que espelham o desempenho
do processo de medição.
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
 Preparação dos ensaios
Para caracterizar de forma confiável os parâmetros que
avaliam o desempenho dos processos de medição, são
necessários ensaios objetivos e bem planejados.
A falta de planejamento adequado pode gerar retrabalho ou,
o que é pior, levar a conclusões erradas.
Devem ser observados alguns cuidados básicos:
a) planejamento dos experimentos;
b) seleção das amostras;
c) medição e registro.
Vejamos a seguir cada um deles:
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
a) Planejamento dos experimentos
Devem ser definidos parâmetros que delimitam a
abrangência dos ensaios. São exemplos: o número de
operadores envolvidos, o número de amostras a serem
coletadas, o número de repetições dentro de cada amostra e
o período de coleta de dados.
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
b) Seleção dos materiais
Alguns ensaios devem ser realizados com amostras retiradas
da produção. As amostras devem ser aleatoriamente
selecionadas de forma que representem bem as
características naturais do processo produtivo.
Dessa forma, serão coletadas amostras com dimensões
dentro da faixa de variação que o processo normalmente
apresenta. Se o processo produz peças fora das tolerâncias,
na amostra possivelmente existirão também peças fora da
tolerância. Uma vez selecionadas as amostras devem ser
numeradas.
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
c) Medição e registro
O processo de realização dos testes depende do parâmetro a
ser determinado. Alguns ensaios empregam somente um
operador medindo uma peça calibrada (padrão). Outros
ensaios são realizados com vários operadores medindo várias
peças não calibradas.
As medições realizadas nos ensaios devem ser conduzidas
segundo os mesmos procedimentos naturalmente
empregados durante as medições na produção. No caso de
medir amostras da produção, essas devem ser ordenadas de
forma aleatória e cada operador avaliado medirá o conjunto
de amostras em ordem diferente dos outros operadores.
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
 Avaliação da capacidade de processo de medição
Um processo de produção é dito capaz se tem condições de
naturalmente produzir sempre dentro dos limites de
tolerância.
Sempre que uma proporção significativa da produção resulta
fora dos limites estabelecidos pelas tolerâncias, diz-se que o
processo é incapaz.
A Figura 12 ilustra três situações quanto à capacidade do
processo produtivo.
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
Figura 12 - Diferentes níveis de capacidade de um 
processo produtivo.
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
 Quando é feito um paralelo entre o processo de medição e
um processo produtivo, é possível também classificar um
processo de medição como capaz ou incapaz.
Um processo é dito capaz se os erros de medição estão todos
dentro da incerteza de medição admissível para uma dada
aplicação. Quanto menores forem os erros de medição
comparativamente à incerteza admissível, melhor será a
capacidade do sistema, como ilustra a Figura 13. É comum
considerar a incerteza de medição admissível para valores
entre 1/10 e 1/20 do intervalo de tolerância.
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Avaliação Experimental de Processos de Medição
Figura 13 - Diferentes níveis de capacidade de umprocesso de medição.
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