LIBRO CONTROL ESTADISTICO DE CALIDAD COMPLETO.pdf - SEP...

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Unformatted text preview: SEP DGEST INSTITUTO TECNOLOGICO DE MERIDA Control estadístico de calidad Andrés M. Pereyra Chan 1 Índice Control Estadístico de Calidad Página Introducción i Capítulo I Teoría general de la calidad y herramientas Básicas 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 Evolución Conceptos e importancia de la calidad Costos de calidad Cadena cliente-proveedor Recolección de datos Hojas de inspección Diagrama de Pareto Diagrama causa-efecto Histograma Dispersión Estratificación Habilidad y capacidad del proceso 1 7 24 31 36 49 54 57 63 68 74 77 Capítulo II Gráficas de control 2.1 Conceptos y principios del CEP 2.1.1 Tamaño y frecuencia del muestreo 2.1.2 Patrones de comportamiento 2.1.3 Precontrol 2.2 El plan de control (control plan)gráficos de variables 2.2.1 Gráfico x-R 2.2.2 Gráfico X-s 2.2.3 Gráfico de individuales 2.2.4 Capacidad del proceso 2.3 Gráficos de atributos 2.3.1 Gráfico p 2.3.2 Gráfico np 2.3.3 Gráfico u 85 107 107 111 113 115 131 134 139 152 153 160 165 2 2.3.4 Gráfico c 2.3.5 Capacidad del proceso 168 175 Capítulo III Plan de muestreo de aceptación 3.1Conceptos básicos del muestreo 3.1.1 Nivel aceptable de calidad 3.1.2 Límite tolerado del porcentaje defectuosos 3.1.3 Límite de calidad promedio de salida 3.1.4 Número esperado de piezas inspeccionadas 3.2 Plan de muestreo de aceptación por atributos 3.2.1 Aceptación de lotes con nivel aceptable de calidad 3.2.2 Uso e interpretación del militar standard 105 E en el muestreo 3.2.3 Simple 3.2.4 Doble 3.2.5 Múltiple 3.3 Plan de muestreo de aceptación por variables 3.3.1 Aceptación de lotes con nivel aceptable de calidad 3.3.2 Uso e interpretación del militar standard 414 3.3.3 Uno y dos límites 177 182 184 187 188 191 192 194 206 210 213 216 217 217 Bibliografía 3 Introducción Todos los procesos de manufactura, por buenos que sean, están caracterizados por cierta cantidad de variación aleatoria que no puede eliminarse por completo. Cuando esta variabilidad está limitada solamente a variación aleatoria, se dice que el proceso se encuentra en un estado de control estadístico. Sin embargo, puede existir alguna otra situación en la cual la variabilidad del proceso se vea afectada también por alguna causa determinable, tal como un ajuste defectuoso de la máquina, error del operador, materia prima inadecuada, componentes desgastados en las máquinas y así sucesivamente. Por lo general, estas causas determinables de variación tienen un efecto adverso en la calidad del producto, de manera que resulta importante disponer de alguna técnica sistemática para detectar desviaciones importantes del estado de control estadístico, tan pronto como sea posible después de que ocurren. El control estadístico de procesos (CEP) o control estadístico de calidad se define como la aplicación de los métodos estadísticos a la medición y análisis de la variación en cualquier proceso. Es evidente que estas técnicas fascinantes pueden hacer una importante contribución al logro de los objetivos de calidad. Para la mayor parte de las organizaciones, estas técnicas son esenciales. Se distingue entre gráficas de control para variables y gráficas de control para atributos, dependiendo de que las observaciones acerca de la característica de calidad sea mediciones o enumeraciones de datos. Generalmente la capacidad para interpretar con precisión las gráficas de control de control se adquiere con la experiencia. Resulta necesario que el usuario esté por completo familiarizado tanto con la base estadística de las gráficas de control como con la naturaleza del proceso mismo de producción. 4 En este libro se presentan los conceptos del control estadístico de calidad, de manera básica, pero también completa. En todo momento la información que se ofrece es la más actualizada. Se encontrarán todos los elementos teóricos suficientes para garantizar al lector su comprensión de los principios fundamentales del tema. En el primer capítulo se aborda la teoría general de la calidad y sus herramientas básicas en el que se tratan temas de la evolución de la calidad, conceptos e importancia de ésta; los costos de la calidad; recolección de datos; y las principales herramientas estadísticas básicas, así como los principios de la habilidad y capacidad del proceso. En el capítulo dos se tratan de técnicas que permiten mejorar la calidad a través de los gráficos de control en el que se distinguen los gráficos por variables y los por atributos; y la capacidad del proceso. En el tercer capítulo se explica lo referente al muestreo de aceptación y los planes estándares de muestreo. Esta obra responde satisfactoriamente a las necesidades de información en el área de control estadístico de calidad de estudiantes tanto a nivel de licenciatura como de posgrado, como también para diversas organizaciones de profesionales y empresas de manufactura para la capacitación del personal de fabricación, calidad, inspección, etc. Mi agradecimiento a editores y autores por haber utilizado y reproducido sus gráficas, diagramas y tablas. Profesores, profesionales que han aportado su valiosa ayuda sobre temas que requerían de mayor claridad o sobre la necesidad de incorporar material adicional en esta obra. Un especial agradecimiento a La Dirección General de Educación Superior Tecnológica por darme la oportunidad de realizar este trabajo; así como al Instituto tecnológico de Mérida. Andrés M. Pereyra Chan 5 Capítulo I Teoría general de la calidad y herramientas básicas. 1.1. Evolución. Es probable que cualquier persona nacida en 1970, o después, considere como situación natural el hecho de que el consumidor demande productos y servicios de alta calidad, y la necesidad de que las compañías mejoren sus operaciones para hacer que la calidad sea una prioridad competitiva. Sin embargo, la calidad no siempre fue una prioridad máxima. En los mercados internacionales, la calidad de los productos procedentes de Japón, en la década de 1950 y 1960, era muy pobre a causa de la destrucción de la industria japonesa por los bombardeos de los Aliados durante la Segunda Guerra Mundial. Después de la guerra, Japón tuvo que reconstruir por completo su base industrial. A partir de la década de 1970, los fabricantes japoneses, con ayuda de consultores estadounidenses, como W. Edwards Deming y Joseph M. Juran, empezaron a hacer de la calidad una prioridad competitiva. La filosofía de Deming establece que la calidad es una responsabilidad de la gerencia, no del trabajador; y que la dirección debe fomentar un ambiente en el cual los problemas referentes a la calidad sean detectados y resueltos. Juran creía que el mejoramiento continuo, la administración dirigente y la capacitación son fundamentales para alcanzar la excelencia en la calidad. En esa época, los fabricantes estadounidenses de automóviles se burlaban de la habilidad de los pequeños vehículos japoneses, eficientes en el consumo de combustible, para competir contra sus grandes sedanes de lujo. No obstante, la crisis de los energéticos a mediados de los años 70 creó la demanda de la eficiencia en el consumo de combustible y, combinada con la creencia de los consumidores de que los autos japoneses eran de mejor calidad que los construidos en EUA, abrió la puerta para que los fabricantes japoneses ganaran una ventaja en el mercado. Las prácticas de calidad aplicadas en la industria automotriz se dispersaron hacia otras industrias de Japón. En los años 80, los fabricantes estadounidenses de autos comprendieron que debían escuchar al consumidor o resignarse a perder su participación en el mercado. En un breve periodo de 30 años, los fabricantes japoneses partieron de niveles de calidad que en un tiempo se consideraban risibles y los convirtieron en normas mundiales de excelencia. Hoy, la brecha de calidad entre los automóviles japoneses y los de otros fabricantes se está acortando en forma espectacular. Sin embargo, la lección aprendida por las empresas en todo el mundo está clara: la economía mundial de los años 90 y siguientes exige que las compañías brinden al consumidor un conjunto siempre expansivo de productos y servicios con altos niveles de calidad. Ya se identificó con anterioridad dos prioridades competitivas que se refieren a la calidad: el diseño de alto rendimiento y la calidad consistente. Estas prioridades caracterizan el impulso competitivo de una organización. Los planes estratégicos en los cuales se reconoce la calidad como una prioridad competitiva esencial, deben estar basados en alguna definición operacional de calidad. 6 Cronología de los métodos de calidad. Montgomery (2004) describe la cronología de los métodos de calidad de la siguiente manera: 1700-1900 La calidad se determina en gran medida por los esfuerzos de los artesanos individuales. Eli Whitney introduce las partes estandarizadas intercambiables para simplificar el ensamblaje 1875 Frederick W. Taylor introduce los principios de la ―Administración Científica‖ para dividir el trabajo en unidades más pequeñas que pueden llevarse a cabo con mayor facilidad (el primer enfoque para abordar los productos y procesos más complejos). El interés se centraba en la productividad. Gilbreth y Gantt hicieron aportaciones posteriores. 1900-1930 Henry Ford introduce, con la línea de ensamblaje, un refinamiento adicional en los métodos de trabajo a fin de mejorar la productividad y la calidad; Ford desarrolló conceptos de ensamblaje a prueba de errores, la auto-verificación y la inspección dentro del proceso. 1901 Se establecen en Gran Bretaña los primeros laboratorios de estándares. 1907-1908 AT&T inicia la inspección y prueba sistemática de productos y materiales. 1908 W. S. Gosset (bajo el seudónimo ―Student) introduce la distribución t, resultado de su trabajo en el control de calidad en la Cervecería Guiness. 1915-1919 El gobierno británico inicia un programa de certificación de proveedores. 1919 Se funda en Inglaterra la Asociación de Inspección Técnica; posteriormente se convierte en el Instituto de Aseguramiento de Calidad. 1920 Los Laboratorios BeIl de AT&T forman un departamento de calidad, centrándose en la calidad, la inspección y las pruebas, y en la confiabilidad del producto. B. P. Dudding emplea métodos estadísticos en General Electric de Inglaterra para controlar la calidad de las bombillas eléctricas. 1922-1923 R. A. Fisher publica una serie de escritos fundamentales sobre experimentos diseñados y su aplicación en las ciencias agrícolas. 1924 W. A. Shewhart introduce el concepto de carta de control en un memorando técnico de los Laboratorios Bell. 7 1928 H. F. Dodge y H. G. Romig desarrollan y perfeccionan la metodología del muestreo de aceptación en los Laboratorios Bell. 1931 W. A. Shewhart publica Economic Control of Quality of Manufactured Product, donde se describen métodos estadísticos para usarlos con los métodos de cartas de producción y control. 1932 W. A. Shewhart dicta conferencias sobre métodos estadísticos de cartas de producción y control en la Universidad de Londres. 1932-1933 La industria textil y de la lana en Gran Bretaña y la industria química en Alemania inician el uso de experimentos diseñados para el desarrollo de productos y procesos. 1933 La Real Sociedad de Estadística instituye la Sección de Investigación Industrial y Agrícola. 1938 W. E. Deming invita a Shewhart a presentar seminarios sobre las cartas de control en la Escuela de Graduados del Departamento de Agricultura de Estados Unidos. 1940 El Departamento de Guerra de Estados Unidos publica una guía para usar cartas de control en el análisis de datos de procesos. 1940-1943 Los Laboratorios BeIl desarrollan los precursores de los planes de muestreo ―military standards‖ para el ejército estadounidense. 1942 Se funda en Gran Bretaña el Ministerio de Servicios de Asesoría en Métodos Estadísticos y Control de Calidad para Suministros. 1942-1946 Se imparten en la industria cursos de capacitación sobre control estadístico de calidad. 1944 Inicia sus publicaciones Industrial Qualiiy Control. 1946 Se funda la Sociedad Americana de Control de Calidad (ASQC, por sus siglas en inglés) como una fusión de diferentes sociedades de calidad. Deming es invitado a Japón por la Sección de Servicios Económicos y Científicos del Departamento de Guerra de Estados Unidos para ayudar a las fuerzas de ocupación a reconstruir la industria japonesa. Se funda la Unión Japonesa de Científicos e Ingenieros (JUSE, por sus siglas en inglés). 1946-1949 Deming es invitado a dar seminarios de control estadístico de calidad en la industria japonesa. 1948 El profesor G. Taguchi inicia el estudio y aplicación del diseño experimental. 8 1950 Deming inicia la educación de administradores industriales japoneses; se inicia la enseñanza generalizada de los métodos de control estadístico de calidad en Japón. El profesor K. Ishikawa introduce el diagrama de causa y efecto. En los años 50s se publican los textos clásicos de control estadístico de calidad de Eugene Grant y A. J. Duncan. 1951 El Dr. A. V. Feigenbaum publica la primera edición de su libro Total Quality Control. La JUSE establece el ―Premio Deming‖ para los logros importantes en el control de calidad y en la metodología de calidad. En 1954 El Dr. Joseph M. Juran es invitado por los japoneses a dictar algunas conferencias sobre administración y mejoramiento de calidad. El especialista en estadística británico E. S. Page introduce la carta de control de suma acumulada. 1957 Se publica la primera edición de Quality Control Handbook de J. M. Juran y F. M. Gryna. 1959 Se funda Technometrics (una revista de estadística para las ciencias físicas, químicas y de ingeniería); J. Stuart Hunter es el editor fundador. El programa de vuelos espaciales tripulados de Estados Unidos hace consciente a la industria de la necesidad de productos confiables; este es el punto de partida para el desarrollo del campo de la ingeniería de confiabilidad. 1960 6. E. E Box y J. S. Hunter escriben trabajos fundamentales sobre los diseños factoriales 2k – El concepto de círculo de control de calidad es introducido en Japón por K. Ishikawa. 1961 Se funda en Gran Bretaña el Consejo Nacional de Calidad y Productividad como parte del Consejo Británico de Productividad. En los años 60s los cursos de control estadístico de calidad se generalizan en los programas académicos de Ingeniería Industrial. Se introducen estadounidenses. programas de cero defectos en algunas industrias 1969 Deja de publicarse industrial Quality Control; es reemplazada por Quality Progress y Journal of Quality Technology En los años 70s en Gran Bretaña se fusionan el NCQP y el Instituto de Aseguramiento de Calidad para formar la Asociación Británica de Calidad. 9 1975-1978 Empiezan a aparecer libros sobre experimentos diseñados dirigidos a ingenieros y científicos. Empieza el interés por los círculos de calidad en Norteamérica, el cual crece hasta formar el movimiento de la administración de calidad total (TQM, por sus siglas en inglés). En los años 80s se introducen y son adoptados los métodos del diseño experimental en un grupo más amplio de organizaciones, incluyendo las industrias electrónica, aeroespacial, de semiconductores y automotriz. Se publican por primera vez en Estados Unidos los trabajos del profesor G. Taguchi sobre experimentos diseñados. 1984 La Asociación Americana de Estadística (ASA, por sus siglas en inglés) establece el Comité Ad Hoc sobre Calidad y Productividad; este comité se convierte más tarde en una Sección completa de la ASA. 1986 Box y otros especialistas visitan Japón, donde observan el uso generalizado de los experimentos diseñados y otros métodos estadísticos. 1988 El Congreso de Estados Unidos establece el Premio Nacional de Calidad Malcolm Baldrige. 1989 Aparece la revista Quality Engineering. Nace la iniciativa seis sigma de Motorola. En los años 90s se incrementan las actividades de certificación ISO 9000 en la industria estadounidense; los candidatos para el premio Baidrige aumentan de manera sostenida; muchos estados patrocinan premios de calidad basados en los criterios del premio Baldrige. 1995 Muchos programas de posgrado en ingeniería exigen cursos formales en técnicas estadísticas, enfocándose en los métodos básicos para la caracterización y mejoramiento de procesos. 1997 El enfoque seis sigma de Motorola se extiende a otras industrias. 1998 La Sociedad Americana de Control de Calidad se convierte en la Sociedad Americana de Calidad, en un intento por señalar los aspectos más amplios del campo del mejoramiento de calidad. A lo largo de la historia el término calidad ha sufrido numerosos cambios que conviene reflejar en cuanto a su evolución histórica. Para ello, se describen cada una de las etapas el concepto que se tenía de la calidad y cuáles eran los objetivos a perseguir. (Ver cuadro 1 de la página siguiente) 10 Cuadro 1. Evolución histórica de la calidad Etapa Concepto Finalidad Hacer las cosas bien independientemente del costo o esfuerzo necesario para ello. Artesanal Revolución Industrial Hacer muchas cosas no importando que sean de calidad (Se identifica Producción con Calidad). Satisfacer una gran demanda de bienes. Obtener beneficios. Garantizar la disponibilidad Asegurar la eficacia del armamento sin importar de un armamento eficaz en el costo, con la mayor y más rápida producción la cantidad y el momento (Eficacia + Plazo = Calidad) preciso. Segunda Guerra Mundial Posguerra (Japón) Hacer las cosas bien a la primera Postguerra (Resto del Producir, cuanto más mejor mundo) Control Calidad Satisfacer al cliente. Satisfacer al artesano, por el trabajo bien hecho Crear un producto único. Minimizar costes mediante la Calidad Satisfacer al cliente Ser competitivo Satisfacer la gran demanda de bienes causada por la guerra de Técnicas de inspección en Producción para Satisfacer las necesidades evitar la salida de bienes defectuosos. técnicas del producto. Sistemas y Procedimientos de la organización Aseguramiento para evitar que se produzcan bienes de la Calidad defectuosos. Calidad Total Teoría de la administración empresarial centrada en la permanente satisfacción de las expectativas del cliente. Satisfacer al cliente. Prevenir errores. Reducir costes. Ser competitivo. Satisfacer tanto al cliente externo como interno. Ser altamente competitivo. Mejora Continua. . Fuente: (2005) Esta evolución nos ayuda a comprender de dónde proviene la necesidad de ofrecer una mayor calidad del producto o servicio que se proporciona al cliente y, en definitiva, a la sociedad, y cómo poco a poco se ha ido involucrando toda la organización en la consecución de este fin. La calidad no se ha convertido 11 únicamente en uno de los requisitos esenciales del producto sino que en la actualidad es un factor estratégico clave del que dependen la mayor parte de las organizaciones, no sólo para mantener su posición en el mercado sino incluso para asegurar su supervivencia. 1.2. Conceptos e importancia de la calidad. El concepto de calidad que se forma la mayoría de las personas, se relaciona con una o más características deseables que debería poseer un producto o servicio. Aún cuando esta comprensión conceptual es ciertamente un buen punto de partida, se dará una definición más precisa y útil. La calidad se ha convertido en uno de los factores de decisión más importantes de los consumidores para elegir entre productos y servicios que compiten. El fenómeno es generalizado, sin importar si el consumidor es un individuo, una organización industrial, una tienda minorista o un programa de defensa militar. Por consiguiente, entender y mejorar la calidad es un factor clave que lleva al éxito de los negocios, al crecimiento y a una posición competitiva fortalecida. La calidad mejorada y la utilización exitosa de la calidad como una parte integral de la estrategia de negocios global redundan en un retorno sobre la inversión sustancial. Todo producto posee varios elementos que describen en conjunto la idea que se forma el usuario o consumidor de la calidad. Es común llama...
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