L A I NSPECCIÓN Y LA VARIABILIDAD EN FABRICACIÓN

La variabilidad es parte de todo el entorno y, por ello, duplicados exactos de cualquier cosa son imposibles. Los procesos de fabricación no están exentos de tal circunstancia y esto hace que den lugar a productos con características geométricas y dimensiones sujetas a cierta variabilidad.

La variabilidad inherente a los procesos de fabricación viene determinada por multitud de causas, las cuales se pueden agrupar fundamentalmente en dos tipos: causas comunes y causas asignables. Las primeras son de naturaleza aleatoria y, en muchos casos, de difícil y costosa eliminación. Por el contrario, las causas asignables se producen de forma esporádica, pudiéndose determinar y corregir las fuentes que las generan.

Esta variabilidad y la necesidad de controlarla es la que motiva el establecimiento y uso de las tolerancias, que limitan el rango de variabilidad admisible de las diferentes características del producto, garantizando así su funcionalidad y otras características de calidad exigidas.

La inspección tiene aquí su primera e importante contribución: determinar si el producto fabricado (y por tanto sujeto a variabilidad) se encuentra dentro de los márgenes de tolerancia establecidos, y así decidir sobre su conformidad o eventual rechazo. Fundamentalmente en torno a este objetivo de la inspección, pueden encontrarse en la bibliografía numerosas definiciones sobre el concepto de inspección en el contexto de una empresa de fabricación. A continuación se indican algunas de ellas según diferentes autores y ordenadas cronológicamente:

Las funciones básicas de la inspección en un sistema de fabricación son eliminar o reducir los productos no conformes (defectuosos), así como proporcionar la información para el diagnóstico del defecto de fabricación y la mejora del proceso [Tang, 1992].

La inspección es un proceso de medida, examen, ensayo, calibración u otro, en el que se compara la unidad con requisitos aplicables [Suntag, 1993].

En fabricación, la inspección se refiere a la recogida de información de los resultados y salidas de un proceso, para comparar lo que se ha producido con lo que era necesario o estaba especificado [Winchell, 1996].

La inspección es cualquier operación que permite la evaluación de la calidad de un producto o servicio, mediante la comparación con sus especificaciones [Pfeifer y Torres, 1999].

La inspección es una actividad de evaluación cuyo propósito principal es comparar el producto obtenido con especificaciones y estándares aplicables y determinar si el producto es o no conforme a los requerimientos [Griffith, 2000].

La inspección es un procedimiento en el cual se examina alguna característica de una parte o producto, tal como una dimensión, para determinar si se ciñe o no a la especificación del diseño [Groover, 2007].

La intención de la inspección es asegurar que lo que se está fabricando será conforme a las especificaciones del producto [Black y Kohser, 2008].

Puede apreciarse como el concepto de inspección no ha variado substancialmente en el tiempo. Todas las definiciones son similares en cuanto que dan a entender que la inspección es una actividad de evaluación de la calidad de un producto o pieza, o incluso de un servicio en un sentido más amplio. También, en todas las definiciones aparece la necesidad de un elemento de referencia utilizado para evaluar la calidad del producto o pieza mediante la comparación. Cabe destacar, sin embargo, que, a excepción de la primera, el resto de las definiciones tienen una acepción limitada de la inspección, ya que, además de asegurar la calidad del producto, la inspección tiene otra contribución muy importante en la identificación y evaluación de las variaciones del proceso, proporcionando la realimentación necesaria para tomar acciones correctivas y mejorar los procesos. Más aún, la realimentación no debe limitarse únicamente al propio proceso de fabricación, sino que también debe realizarse al proceso de diseño con el fin de poder lograr un diseño y fabricación a la primera, lo cual es especialmente relevante en empresas del tipo Empresa Virtual de Producción de Productos de Tipo Único.

El término inspección en el contexto de la fabricación y del presente trabajo se utiliza muy a menudo junto con los términos medición o verificación. En muchas ocasiones, estos términos son utilizados como sinónimos, en otras pueden interpretarse de forma diferente. Por ello, es conveniente recordar las definiciones de estos términos con el fin de

comprender la diferencia entre ellos. De acuerdo a la Real Academia Española [http://www.rae.es], inspeccionar, verificar y medir se definen como:

Inspeccionar. Examinar, reconocer atentamente. Verificar. Comprobar o examinar la verdad de algo.

Medir. Comparar una cantidad con su respectiva unidad, con el fin de averiguar cuántas veces la segunda está contenida en la primera.

Considerando alguna referencia más específica del campo de la metrología, en [AENOR, 1999], verificación y medición se definen como:

Verificación. Confirmación por examen y aporte de pruebas tangibles de que las exigencias especificadas han sido satisfechas.

Medición. Conjunto de operaciones que tienen por finalidad determinar un valor de una magnitud.

Y de acuerdo a [JCGM VIM, 2008], las definiciones de los dos términos anteriores son: Verificación. Aportación de evidencia objetiva de que un ítem dado cumple requisitos especificados.

Medición. Proceso de obtención experimental de uno o más valores de la magnitud que pueden razonablemente ser atribuidos a una magnitud.

Por lo tanto, en el presente trabajo, la inspección de una característica dimensional o geométrica de una pieza o producto es examinar o reconocer atentamente dicha característica, utilizando los procedimientos de medición adecuados, con el fin de obtener la información necesaria que permita su verificación mediante la comparación con una especificación establecida previamente. Esta inspección tiene como objetivo, no solo determinar la aceptación o rechazo de la pieza, sino también evaluar el desempeño del proceso de fabricación con el fin de realimentar tanto al propio proceso de fabricación como al proceso de diseño para tomar las decisiones y acciones correctivas necesarias para un diseño y fabricación a la primera.

Una vez establecido el concepto de inspección y sus principales objetivos, es importante prestar atención a algunos aspectos relevantes a tener en cuenta acerca del contexto concreto en el que se desarrollará dicha inspección y que influyen en gran medida en la toma de decisiones y, también, en los resultados obtenidos.

La primera consideración a tener en cuenta para el desarrollo de la inspección es la tipología del sistema de fabricación. El sistema de fabricación se entenderá en su sentido amplio, es decir, incluyendo tanto a los recursos de fabricación (conformado) como a los de inspección. De esta forma, las operaciones de inspección pueden integrarse como etapas adicionales necesarias para la obtención del producto final. La tipología del sistema de fabricación, tal y como se va a considerar, no se refiere a la naturaleza del propio proceso de fabricación, esto es, si se trata de un proceso de moldeo o de mecanizado, por ejemplo. Este aspecto, aunque también influye en la inspección por la influencia que las capacidades de los distintos procesos tienen a la hora de determinar las especificaciones de inspección y los errores que se puedan producir, no es el que va a ser considerada. Las principales características que afectan a la inspección y que se consideran son:

 Sistema de fabricación uni-etapa o multi-etapa. El primer caso, sistemas de fabricación uni-etapa, se refiere al caso de productos que se obtienen en una sola etapa de fabricación y en los que solo se considera inspección final del producto. Es decir, se integran todas las operaciones realizadas con anterioridad a la inspección como si de una sola etapa se tratara. En este caso, el problema de la localización de la inspección (cuándo realizar la inspección) se simplifica, resultando obvio que es una inspección final. El segundo caso, sistemas de fabricación multi-etapa, se refiere al caso en el que los productos se obtienen en

más de una etapa. En este caso, la inspección y, en concreto su localización (eventualmente entre las diferentes etapas), resultan más complejas.

 Sistema de fabricación serial o no serial. En un sistema de fabricación serial, cada etapa de fabricación tiene una única etapa inmediatamente predecesora (excepto el caso de la primera etapa) y una única etapa inmediatamente sucesora (excepto el caso de la última etapa). Un ejemplo sería el caso de la fabricación de un alojamiento de motor (moldeo, taladrado, fresado y recubrimiento). En un sistema de fabricación no serial, algunas etapas de fabricación pueden suponer la unión del resultado de etapas anteriores. El ejemplo más claro son las líneas de ensamble. Este hecho puede influir a la hora de determinar la localización de la inspección.

 Sistema de fabricación con secuencia de operaciones fija o no. Plantea la situación de que la secuencia de operaciones a realizar sobre el producto (las estaciones que debe visitar) sea fija (debido a limitaciones tecnológicas o de distribución en planta) o que, por el contrario, no sea fija, permitiéndose rutas diferentes. Obviamente, el segundo caso, abre un mayor abanico de alternativas a la hora de realizar la inspección, y en concreto sobre su localización, ya que hay que tener presente las posibles diferentes rutas a seguir por el producto.

La segunda consideración a tener en cuenta para el desarrollo de la inspección es el tipo de estrategia de inspección. Se pueden identificar dos grandes tipos de estrategias de inspección: inspección en línea (in line inspection u on line inspection) e inspección fuera de línea (off line inspection).

La inspección fuera de línea (Figura 2.1) es aquella que se lleva a cabo una vez ha finalizado el proceso de fabricación, con el único fin de establecer el estado de la pieza y proceder a su rechazo, aceptación u otras consideraciones, como la posibilidad de reprocesado o venta a terceros. La principal desventaja de la inspección fuera de línea proviene del hecho de que la información se obtiene con un retraso significativo en el tiempo respecto al proceso de fabricación y cuando este ha finalizado por completo, por lo que la eventual realimentación al mismo se produciría demasiado tarde.

Bruto o preforma Pieza acabada o semiacabada Inspección Proceso de fabricación Decisión de aceptar o rechazar

INSPECCIÓN FUERA DE LÍNEA

Figura 2.1 Inspección fuera de línea (off line inspection).

La inspección en línea, por el contrario, es aquella que se realiza durante o inmediatamente después de operaciones de fabricación, pudiendo intercalar operaciones de medición y toma de datos entre las etapas de fabricación, con el fin de obtener información tanto sobre la conformidad de la pieza, como también sobre el estado del proceso de fabricación, realimentando al mismo para poder tomar las acciones correctivas oportunas.

La inspección en línea constituye la base para obtener la información sobre el estado y resultados de los procesos de fabricación y, por tanto, para realizar el control estadístico

del proceso. Asimismo, proporciona la información necesaria para determinar la capacidad de los procesos, de interés para el diseñador. Adicionalmente, la inspección en línea también permite monitorizar el estado de las máquinas y equipos, información que es de utilidad para llevar a cabo el mantenimiento preventivo.

Dentro de la inspección en línea, a su vez se distinguen dos estrategias a seguir: inspección en proceso (in process inspection) o inspección post proceso (post process inspection).

La inspección en proceso (Figura 2.2) es aquella que se realiza durante una subfase de fabricación (misma máquina y sujeción de pieza), intercalando operaciones de medición y toma de datos entre las operaciones de fabricación (mecanizado), de manera que la información sobre el estado de la pieza y el proceso esté disponible casi en tiempo real y las correcciones sobre él se realicen de forma inmediata.

Bruto o preforma Pieza acabada o semiacabada Inspección Proceso de fabricación Realimentación de la inspección al proceso de fabricación

INSPECCIÓN EN LÍNEA Y EN PROCESO

Figura 2.2 Inspección en línea y en proceso (in line and in process inspection).

La inspección post proceso (Figura 2.3) es aquella que se realiza tras finalizar una fase de fabricación, acumulando todas las operaciones de medición y toma de datos al final de la fase de fabricación, de manera que la información sobre el estado de la pieza y el proceso se realimenta a la máquina u operario con un cierto retraso.

Bruto o preforma Pieza acabada o semiacabada (aceptadas) Inspección Proceso de fabricación Realimentación de la inspección al proceso de fabricación

INSPECCIÓN EN LÍNEA Y POST PROCESO

Piezas defectuosas

Selección de piezas

Figura 2.3 Inspección en línea y post proceso (in line and post process inspection).

Adicionalmente a las estrategias de inspección descritas, cabe mencionar la inspección conocida como inspección en máquina (on machine inspection). La inspección en máquina es aquella que se realiza utilizando los propios elementos de la máquina, equipo o estación de procesado para ejecutar las operaciones de medición y toma de datos. Este método de inspección no deja de ser un tipo de inspección en línea, bien en proceso o bien post proceso. El ejemplo más extendido de este tipo de inspección con máquina es la medición llevada a cabo con sondas integradas en la máquina que se montan en el propio husillo de la misma.

La medición y toma de datos para cualquiera de las estrategias de inspección, en línea en proceso, en línea post proceso o fuera de línea, puede realizarse haciendo uso de

diferentes tipos de instrumentos y equipos de medida, desde instrumentos de taller más sencillos, calibres pasa-no_pasa, sondas integradas en la máquina u otros métodos no convencionales.

No hay que olvidar que, al igual que la variabilidad es inherente a los procesos de fabricación, también lo es a los propios procesos de medición. Es decir, la inspección también es inherentemente variable, introduciendo siempre un cierto nivel de incertidumbre en los resultados obtenidos. Cabe recordar que esto provoca en la práctica una reducción de la zona de especificación a la hora de determinar el intervalo de aceptación [Weckenmann y Knauer, 1999].

Partiendo, por tanto, del hecho de que los procesos de fabricación son inherentemente variables y de que los de inspección también presentan un cierto nivel de variabilidad, conocida como incertidumbre, el diseñador del producto se encuentra ante el desafío de establecer límites a las especificaciones (tolerancias), teniendo en cuenta estas posibles variabilidades si se quiere realizar una asignación óptima. La determinación de las tolerancias en las especificaciones de diseño afectan en gran medida a las fases de fabricación e inspección, y a su vez estas últimas afectan también a la primera [Srinivasan, 1999]. La relación entre las especificaciones del producto, la fabricación y la inspección queda representada mediante el ciclo de control de calidad de Shewhart (Figura 2.4), que enfatiza el hecho de que la determinación de tolerancias de especificación no debería ser una actividad aislada.

Figura 2.4 Círculo de control de la calidad de especificación, fabricación e inspección de Shewhart.

Esto ha llevado a la necesidad de tener una visión global de la variabilidad y de la asignación de tolerancias. Es imprescindible una gestión global y un enfoque sistemático para la transmisión e interpretación de la información sobre las especificaciones de producto, tomando como pilares básicos la variabilidad y la incertidumbre y utilizando como herramienta básica la estadística, que es la que permite un tratamiento adecuado de estos aspectos.

A esta visión dan respuesta muchas propuestas como las realizadas para el tratamiento estadístico de las tolerancias durante la especificación (Figura 2.5). La idea básica consiste en aplicar métodos estadísticos, que tradicionalmente se han aplicado con éxito en la fabricación y en la inspección, a las especificaciones de producto, dando lugar a especificaciones del tipo [Srinivasan, 1999]:

Estas especificaciones, en las que se incorpora la información sobre las capacidades de los procesos, facilitan el uso de la inspección en línea y en proceso con el fin de reducir o eliminar la necesidad de inspección final.

t A-B ST Cp  c1 Cpk  c2 Cc  c3