Fundamentos del Control de Calidad en la Producción Industrial

Introducción

La finalidad de todo proceso industrial es la reproducción del prototipo de un producto. Cuando el producto está bien diseñado y se fabrica cumpliendo las normas establecidas, el mismo llenará las expectativas para el cual fue elaborado y para el usuario. En consecuencia, se hace necesario que todos los productos se fabriquen ajustados a las normas, el control de calidad interviene para asegurar el fiel cumplimiento de estas normas por el producto.

Lógicamente no hay dos productos iguales, por lo que la calidad varía continuamente, dependiendo del nivel de refinamiento técnico alcanzado.

Puesto que la calidad es variable, va en contraposición a la uniformidad y en la práctica esta situación se obvia llegando a la transacción entre ambos, estableciendo límites para definir las variaciones con respecto a las especificaciones cualitativas permisibles y tolerables en el producto final, sin desmedro del principio de normalización.

Sin embargo, existen elementos perturbadores que impiden que la producción se ajuste lo mejor posible a las especificaciones cualitativas, tales como:

1.- Irregularidad en las máquinas 2.- Imprecisiones humanas

3.- Errores de los instrumentos de control 4.- Condiciones ambientales

5.- Otros

La desviación cualitativa del producto representa un aumento de los costos puesto que implica un gasto extra de materia prima o de tiempo y trabajos para realizar las correcciones de los defectos del producto acabado.

Este aumento de los costos de producción sumados a los retrasos de la producción, la disminución del prestigio de la empresa, etc. son hechos graves como para no estudiarlos atentamente y buscar las medidas correctivas necesarias.

El diseño de este trabajo bibliográfico va orientado a proporcionar los conocimientos mínimos necesarios que permitan comprender las técnicas estadísticas, metodología e interpretación y análisis de resultados. Para ello es necesario basarse en fundamentos de estadísticas matemáticas, así como en matemáticas avanzadas; sin embargo, la mayoría de las aplicaciones descritas sólo requieren de conocimientos aritméticos.

Concepto de Calidad

Calidad es la aptitud de un producto para satisfacer una necesidad al menor costo posible.

La calidad de un producto implica dos aspectos fundamentales:

Calidad del Diseño

Es el grado de concordancia entre el diseño y el fin para el cual fue creado; en la medida que las características previstas, los materiales y las formas concebidas por el diseñador cumplen con las necesidades del usuario.

Calidad del Producto

Es el grado de concordancia entre el producto y sus especificaciones. Siendo el grado en el que el proceso de manufactura y mano de obra han reproducido el producto lo más cercano del diseño original.

Control de Calidad

Es el proceso mediante el cual se miden las características de un producto, se comparan los valores con las normas establecidas y se adoptan las medidas correctivas convenientes cuando no se ajustan a las normas.

La definición previa de Calidad tiene varias implicaciones y una de ellas es que con el sólo control estadístico no es posible alcanzar la satisfacción del consumidor, por lo tanto para alcanzar esta calidad se requiere además:

1. Una adecuada investigación de mercado (calidad de investigación del mercado).
   1. Un producto con un diseño acorde (calidad de diseño).

1. Un producto fiel al diseño del prototipo (calidad de fabricación o concordancia).
   1. Un producto al alcance del consumidor oportunamente (calidad de distribución).

1. Un producto con adecuados componentes de reemplazo (calidad de servicio).

De esta forma la calidad es una resultante de todos estos elementos mencionados, que para ser alcanzada requiere de un control total de la calidad. Entre estos controles se pueden establecer (ver figura 1):

Control Dinámico de la Calidad:

Realizado estrictamente sobre el proceso de fabricación.

Control Estático de la Calidad:

Aplicado a los productos semi-elaborados y productos terminados.

ENTRADA

MATERIA PRIMA

PROCESO DE FABRICACION

PRODUCTO FINAL

CONTROL DINAMICO

CONTROL ESTATICO

FIGURA 1.

GRAFICO DE LOS TIPOS DE CONTROL

PRINCIPIOS DEL CONTROL DE CALIDAD

1. Con el control de calidad no se obtiene calidad del producto; ésta es una característica inherente al producto mismo. Esto es evidente, para obtener un buen nivel de calidad hay que fabricarlo puesto que el control de calidad no agrega calidad a los productos.

1. El equipo productor es el responsable directo de la calidad del producto de acuerdo a las directrices que el control de calidad establece.

1. No resuelve problemas de fabricación, sólo da las razones para estudiarlos. Es muy importante que el equipo productor sepa qué problemas existen y en qué sentido se manifiestan para lograr un buen nivel de calidad en la fabricación.

1. Las decisiones deben tomarse sobre la base de datos reales, la confiabilidad de los datos registrados es el punto inicial para todo análisis e interpretación de resultado.

1. Los datos deben ser compatibles y estar dispuestos de manera tal, que permitan su análisis. Esto permitirá el empleo de algunas herramientas estadísticas de las cuales el control de calidad hace uso.

1. El control de calidad debe ser activo, debe prevenir la ocurrencia de errores o defectos, mantener regulados y bajo control los procesos, evitar el desperdicio, el reproceso, las devoluciones y tomar las medidas correctivas oportunamente.

FUNCIONES DEL CONTROL DE CALIDAD:

Antes de iniciar la fabricación de un producto, se requiere fijar las especificaciones de lo que se va a hacer. Después, viene la manufactura real de este producto y finalmente la comprobación para verificar si está de acuerdo con lo especificado. Al pensar en todos los puntos relacionados con la calidad es conveniente hacerlo en término de estas tres funciones: Especificación, fabricación e inspección.

El control de calidad estadístico debe ser considerado como un grupo de herramientas, que pueden influir en las decisiones relacionadas con estas funciones. Mientras más personas existan en cargos de supervisión de inspección, de supervisión de producción, de ingeniería de métodos, de ingeniería de diseño y de nivel gerencial, que comprendan los principios básicos de control de calidad estadístico, mayor será la probabilidad de emplear efectivamente estas técnicas en una organización.

Entre las funciones básicas del control de calidad relacionadas con las funciones de especificar, fabricar e inspeccionar un producto tenemos:

1. Intervenir en la estipulación de la calidad de diseño mediante la realización de normas de control, preparación de prescripciones etc. Esta no es una función exclusiva de control de calidad, pues intervienen otros departamentos, pero jamás debe realizarse un diseño sin la intervención del departamento de control de calidad.

1. Ejercer el control dinámico de la calidad mediante el control durante el proceso de fabricación, con el propósito de obtener productos de acuerdo al diseño, evitando la fabricación de piezas defectuosas.

1. Ejercer el control estático de la calidad mediante el establecimiento del control de entrada y de salida con el propósito de vigilar el producto terminado o la materia prima para otros sectores de la planta.

Tareas Específicas de un Programa de Control de Calidad

A continuación figuran tareas específicas que pueden cumplirse como parte de un programa de control de calidad.

1. Determinar las condiciones que deben cumplir los diseños, los proyectos y las especificaciones para satisfacer las normas de calidad y a su vez verificar que se cumplan los procedimientos establecidos.

1. Planificar las herramientas, los instrumentos de medición y el equipo de control necesario para medir las características del producto. Así mismo verificar que los instrumentos de medición estén calibrados.

1. Establecer procedimientos de control de calidad, basados en la estadística sobre las operaciones de fabricación, así como para las piezas, materiales y muestreos de recepción.

1. Crear un sistema para inscribir en un registro los defectos en materia de calidad y para inscribir datos sobre seguimiento de las medidas correctoras adoptadas, igualmente recoger las informaciones que puedan proporcionar mejoras al proceso de fabricación.

1. Proporcionar formación para el personal de inspección, de pruebas, etc.

1. Establecer los costos de control de calidad.

COSTOS DE CALIDAD

Cada uno de los departamentos de una organización debe ser capaz de justificar su existencia midiendo sus costos y comparándolos con la contribución que aporta al cumplimiento de los objetivos de la compañía y a la obtención de beneficios. El departamento de control de calidad no es una excepción. Por consiguiente, es importante determinar el costo general del control de calidad.

Mejorar el nivel de calidad de un producto hace que el costo de producción del mismo se eleve, lógicamente se convierte en un aspecto que debe ser estudiado detenidamente. En la práctica siempre hay un nivel de rechazos óptimo para un proceso dado, por lo que carece de sentido esforzarse por reducir los rechazos. Por lo tanto la calidad de un producto debe ser controlada a una tolerancia dada y para cierto nivel de rechazos, para obtener la relación de compromiso requerida, pretender mejorar la calidad más allá de este nivel es, hacer la producción anti-económica. El costo total del control de calidad bien puede ser analizado o determinado, agrupando los costos en cuatro categorías (ver figura 2)

CATEGORIAS DE COSTOS DE CALIDAD

COSTO DE PREVENCION

COSTO DE EVALUACION

DEFECTOS DENTRO DE LA

ORGANIZACION

DEFECTOS FUERA DE LA

ORGANIZACION

Figura 2: CATEGORIAS DE COSTOS DE CALIDAD

1. Prevención.- Los costos de prevención son los de planificación y aplicación del programa de calidad antes de la fabricación del producto. A continuación se dan ejemplos de tareas que pueden clasificarse como de prevención de defectos.

1. Revisión del diseño.

1. Programas de formación y titularización de trabajadores.

1. Calificación de proveedores antes de la subcontratación.

1. Medios mecánicos para el control de calidad, incluido el diseño de equipos y herramientas especiales.

1. Control de los procesos para asegurar que los procesos de fabricación corresponden a las tolerancias establecidas para el producto.

1. Costo de evaluación. Los costos de evaluación son los gastos en que se incurre para medir la conformidad del producto con las normas; incluidas las inspecciones y pruebas.

A continuación se dan ejemplos de tareas cuyo costo puede incluirse en esta categoría:

1. Inspección y prueba de las piezas y materiales suministrados por proveedores.
2. Inspección y prueba de materiales, piezas, montajes parciales o productos completos fabricados en la empresa.
3. Costo de los productos destruidos o dañados para realizar pruebas que destruyen en material o determinan su período de vida.

1. Calibración y conservación de instrumentos y equipos de medición.

1. Compilación, registro y comunicación de datos sobre cuestiones de calidad.

1. Defectos dentro de la organización.- Los defectos dentro de la organización son aquellos que se producen antes de la expedición (o mientras el producto sigue perteneciendo a la compañía productora). Estos costos son el resultado de productos defectuosos (productos que no cumplen las normas). Entran en esta categoría los costos siguientes:

1. Sustitución de piezas defectuosas.

1. Costos de reparación.

1. Costos de recepción y trámite de las quejas.

1. Responsabilidad del fabricante por los peligros que puede suponer el producto, generalmente en forma de litigios o costo del seguro de responsabilidad civil.
2. Pérdida de pedidos futuros o daño para la reputación de la empresa por los defectos comprados por los clientes.

4.-Defectos fuera de la organización: Se incluyen en esta categoría los costos relacionados con los defectos que se revelan una vez que el producto es propiedad del cliente. Se incluyen los siguientes costos:

1. Sustitución de piezas defectuosas.

1. Costos de reparación.

1. Costos de recepción y trámites de reclamos.

1. Costos legales y/o seguros.

1. Pérdida de futuros pedidos y daños a la reputación de la empresa.

Los costos de prevención y evaluación constituyen los costos directos del control de calidad. Por otra parte tenemos a los costos por defectos, tanto dentro como fuera de la organización, que serían los costos indirectos. (ver figura 3). A medida que los costos directos se reducen, aumenta el número de defectos y a medida que aumenta el nivel de éstos, aumenta el costo por defectos.

Los costos totales del control de calidad son la suma de los costos directos y de los costos por defectos o costos indirectos. En el valor mínimo de la curva de costos totales, se sitúa la combinación óptima de esfuerzos.

COSTOS POR CONCEPTO DE CALIDAD

COSTOS TOTALES

COSTOS INDIRECTOS

COSTOS DIRECTOS

AUMENTO DE DEFECTOS

NIVEL DE DEFECTOS DEL PRODUCTO

FIGURA 3. INCIDENCIA DE LOS COSTOS SOBRE LA CALIDAD.

El control de la calidad debe efectuarse sin perder de vista los costos que implica y los beneficios que de su aplicación se deriven. Generalmente el control total de la calidad conduce a una reducción paulatina de los costos totales de la calidad en una empresa haciendo énfasis en la prevención de la ocurrencia de defectos más que en cualquier otro caso.

Los costos de prevención representan el 5% del costo total de la calidad, en contraste con los costos por fallas, los cuales alcanzan entre el 70 y 80% aproximadamente. Los costos de inspección representan entre el 15 y 25%.

CAPITULO II

CALIDAD TOTAL.

MEJORAMIENTO CONTINUO E INNOVACIÓN

El quinto de los 14 postulados de Deming, también conocido como el padre del concepto de calidad total, aboga por la mejoría constante y continua de todos los procesos de planificación, producción y servicio. El mejoramiento continuo disminuye el desperdicio, disminuye costos y aumenta la productividad y crea condiciones para el disfrute del trabajo.

Mejorar continuamente e innovar en las organizaciones de las que formamos parte, es contribuir a la construcción de un mundo mejor.

ESTADISTICA SEGÚN FEDERER (1973).

Es la ciencia que se ocupa de la caracterización, el desarrollo y la aplicación de técnicas para:

1. El diseño estadístico de una investigación, bien sea un experimento comparativo, una encuesta por muestreo, un estudio de observación o un estudio de construcción de un modelo estocástico.
2. El resumen de los hechos de investigación

1. Las inferencias que se pueden formular a partir de los hechos de la investigación, sobre la población bajo estudio.

INVESTIGACIONES ESTADÍSTICAS.

Los estudios estadísticos de carácter empírico se pueden clasificar de acuerdo a la finalidad que persiguen en dos tipos:

Estudios Enumerativos

Aquellos en los cuales se estudia un marco específico con la finalidad de actuar sobre los elementos que lo conforman. (Inferencia Estadística).

Estudios Analíticos

Aquellos en los cuales el objetivo es actuar sobre el sistema de causas o proceso que produjo los elementos del marco estudiado. (Diseño Estadístico).

La figura que se presenta en la página siguiente ilustra este proceso

UNIVERSO

MARCO

Unidad nos interesamos en Características

X, Y, . . ., Z

SISTEMA DE CAUSAS

Cuya medición u observación genera:

Población de valores Observados o medidos De la característica

Población . . .

Multivariante ó Y (X,Y,...,Z) . . .

Z

Procesos y características de calidad.

SISTEMA

Proceso A

Red interdependiente de componentes que actúan conjuntamente para lograr el fin del sistema

Actividad de la organización Donde se identifican:

1. Entradas

Proceso B

Característica X

Característica Z

1. Actividades de transformación y
   1. 
   2. Salidas

Proceso K

Propiedades de las entradas, actividades de transformación y salidas que otorgan a estas carácter distintivo

Esquema de un proceso.

E (entradas)

Personas Métodos Ambiente Equipos Servicios Materiales

Proceso P

S (Salidas)

Personas Métodos Ambiente Equipos Servicios Materiales

Fenómeno que se manifiesta en la incapacidad de un sistema, proceso, persona, etc. para reproducir exactamente un comportamiento dado, aún bajo condiciones aparentemente semejantes.

ELEMENTOS BASICOS SOBRE VARIACION. ( Joiner & Gaudard).

• La variación es causal

• Hay distintos tipos de variación

• La eliminación o atenuación de cada tipo de causa demanda de acciones radicalmente distintas
• Un sistema es estable cuando solo obedece a causas comunes

• La cantidad de variación se puede medir estadísticamente

Causas comunes:

• Multitud de factores que siempre están presentes y que contribuyen en diversos grados a cambios pequeños y aparentemente aleatorios en el resultado de un proceso.
• Su agregación resulta en lo que podemos denominar la variación del

sistema.

Causas especiales:

• Factores que actúan esporádicamente sobre el sistema agregando variación adicional sobre la variación del sistema.
• Manifestaciones extremas

• Causas asignables.

• Asunto crítico

• La diferencia más importante es entre causas comunes y causas especiales

• Estrategia para eliminar causas especiales:

• Obtener datos oportunos

• Prestar atención a señales de posibles causas especiales

• Investigar su origen

• Tomar previsiones para que lo malo no recurra

• Tomar previsiones para que lo bueno siga ocurriendo

• Estrategia para mejorar un sistema de causas comunes:

• Todos los datos son importantes

• Conocimiento íntimo del sistema

Interferencias Innecesarias.

• Ajustes innecesarios efectuados para compensar o “corregir” la variación del sistema y que agregan más variación. (ver experimento de Deming).
• Exacerbar en lugar de mejorar

• Tratar todo como si fuera el resultado de causas especiales (querer explicar todo)
• Errores comunes:

• Examinar las últimas cifras

• Suponer que todo lo bueno o malo se debe a la actuación de las personas

Los gráficos y figuras que se muestran a continuación ilustran estos procedimientos:

NIVEL Y / O VARIABILIDAD

Estado Ideal.Proceso bajo control Estadístico y Producción conforme al 100%.

1. Estado de Caos. Proceso fuera de control Estadístico y Producción conforme menor del 100%.

Próximo al Estado del Caos. Proceso fuera del Control Estadístico y producción conforme al 100%

1. Próximo al Estado Ideal. Proceso bajo control Estadístico y producción Conforme menor del 100%.

Experimento de Deming.

“ Una función de los métodos estadísticos es la de diseñar

experimentos y utilizar la experiencia relevante de forma que resulte eficaz. Cualquier intento de utilizar la experiencia relevante sin un plan que se base en la teoría, es disfrazar la racionalización de una decisión que ya ha sido tomada.1

EXPERIMENTO DE SIMULACIÓN

Z k

0

Posición de la esfera,

Blanco resultante en el lanzamiento

X

K esimo

1 Deming. Fuera de la crisis. 1984. p. 312

Reglas para ajustar el embudo.

Se pretende que al dejar caer la esfera a través del embudo, coincida con el blanco

Regla No. 1.- Mantener el embudo fijo apuntando al blanco en todos los lanzamientos.

Regla No. 2.- Desplazar el embudo a una distancia – z k de su última posición para el lanzamiento (k + 1).

Regla No. 3.- Desplazar el embudo a una distancia – z k del blanco para el lanzamiento (k + 1) ésimo.

Regla No. 4.- Colocar el embudo sobre la posición que ocupó La esfera en el último lanzamiento.

En las próximas páginas se observa el efecto gráficamente.

CAPITULO III.

TEORIA MUESTRAL

La teoría de muestreo se refiere al estudio de las relaciones que existen entre un colectivo o población y las muestras que se extraen de las mismas. El estudio de las muestras permite hacer estimaciones de características desconocidas de la población (tales como media, desviación típica, proporciones, etc). Estas estimaciones se hacen a partir del conocimiento de las características de las muestras (media, desviación típica, proporción, etc).

Las características o medidas obtenidas de una muestra se llaman estadísticos; y las medidas correspondientes a la población parámetros. Cuando una medida muestral o estadístico es utilizada como representante de una característica poblacional o parámetro se denomina estimador.

Ventajas de la utilización de las muestras

1. El costo es menor y se puede obtener un mejor rendimiento del dinero invertido.
2. Se obtiene una disminución notable del tiempo necesario para alcanzar la información

Cuando una muestra posee 30 o más datos se denomina grandes muestras y si la muestra tiene menos de 30 observaciones se denomina pequeñas muestras.

Se denomina muestreo al procedimiento utilizado para elegir una muestra

Necesidad del Muestreo.

1. Población Infinita

1. Población uniforme

1. Proceso de investigación destructiva

1. Economía de costos

1. Calidad

Muestreo con o sin reemplazamiento:

• Con reemplazamiento cuando un elemento de la población puede ser escogido varias veces para formar parte de la muestra
• Sin reemplazamiento cuando un elemento de la población solo puede ser seleccionado una sola vez para formar parte de la muestra.

Población: es una colección de todos los elementos que estamos estudiando y acerca de los cuales se intenta extraer conclusiones. Puede ser infinita o finita.

Muestra: Una parte de la población o un subconjunto del conjunto de unidades obtenidas con el objeto de investigar las propiedades de la población.

Muestreo estadístico: Es un enfoque sistemático para seleccionar unos cuantos elementos (una muestra) de un grupo de datos (población) a fin de hacer algunas inferencias sobre el grupo total. Desde el punto de vista matemático, podemos describir las muestras y las poblaciones mediante medidas como la media, la moda, la desviación estándar, etc. No es mas que el procedimiento a través del cual se obtienen las muestras.

Tipos de muestreo

Muestreo de juicio o no probabilístico. (opinático). Se basa en el conocimiento de la población por parte de alguien, quien hace a la muestra representativa, dependiendo de su intención, por lo tanto es subjetiva.

Probabilístico (Errático): Todos los elementos de la población tienen la posibilidad de pertenecer a la muestra.

Muestreo Aleatorio:

1. Muestreo aleatorio simple

1. Muestreo Sistemático.

1. Muestreo Estratificado

1. Muestreo por Conglomerado

Muestreo de juicio: A través del conocimiento y la opinión personal, basada en la experiencia del investigador, se identifican los elementos de la población que van a formar parte de la muestra. Una muestra seleccionada por muestreo de juicio se basa en el conocimiento de la población por parte de alguien. Por ejemplo, un guardabosques tomará una muestra de juicio si decide con antelación que parte de una gran zona reforestada deberá recorrer para estimar el total de metros de madera que pueden cortarse. En ocasiones el muestreo de juicio sirve de muestra piloto para decidir cómo seleccionar después una muestra aleatoria.

Muestreo aleatorio: Cuando se conoce la probabilidad de que un elemento de la población figure o no en la muestra, puede ser:

Muestreo Aleatorio Simple (Irrestrictamente Aleatorio):

Un muestreo es aleatorio cuando cada elemento de la población tiene la misma probabilidad de ser escogido para formar parte de la muestra. Este tipo de muestreo evita que la muestra sea sesgada evitando por lo tanto que se realice una mala inferencia estadística. Por ejemplo, supóngase que un investigador quiera estimar el módulo de ruptura promedio de un material determinado formado por una población de tamaño

N = 500; por ser ensayos destructivos este quiere seleccionar una muestra de tamaño

n = 10 que le permita realizar la inferencia, ahora bien el criterio que usó el investigador para seleccionar dicha muestra fue el de tomar 10 materiales que estaban más próximos a él; evidentemente esta muestra no es representativa de la población, se dice que esta sesgada, por lo que la inferencia estadística que se realice será errónea. Por lo tanto, una muestra se dice que esta sesgada cuando los elementos seleccionados tenían mayor probabilidad de pertenecer a la misma.

La forma más fácil de realizarlo es usando números aleatorios, para esto se puede recurrir a una tabla o a un generador de números aleatorios. Actualmente, se recurre a computadora.

Muestreo Sistemático o Secuencial.

Los elementos se seleccionan de la población con un intervalo uniforme en el tiempo, en el orden o en el espacio. Por ejemplo, supongamos que se quiere estudiar una determinada característica de un producto fabricado en serie y se decide seleccionar a cada veinte producto hasta formar la muestra, para esto se escoge un punto aleatorio de arranque en los primeros veinte productos y luego se escoge cada vigésimo producto hasta completar la muestra. Una de las ventajas de este muestreo es cuando los elementos presentan un patrón secuencial, tal vez

requiera menos tiempo y algunas veces cuesta menos que el método de muestreo aleatorio.

Muestreo Estratificado.

Para aplicar el muestreo estratificado, se divide la población en grupos homogéneos, llamados estratos, los cuales son heterogéneos entre si. Después se recurre a uno de dos métodos posibles:

1. Se selecciona al azar en cada estrato un número especificado de elementos correspondientes a la proporción del estrato de la población total

1. Se extrae al azar un número igual de elementos de cada estrato y damos un peso a los resultados de acuerdo a la proporción del estrato en la población total

El muestreo estratificado es adecuado cuando la población ya está dividida en grupos de diferentes tamaños y queremos reconocer este hecho. La ventaja de las muestras estratificadas, es que cuando se diseñan bien, reflejan más exactamente las características de la población de donde se extrajeron que otras clases de muestreo.

Muestreo por Conglomerado.

En el muestreo por conglomerados, se divide la población en grupos o conglomerados de elementos heterogéneos, pero homogéneos con respecto a los grupos entre si. Un procedimiento bien diseñado, de muestreo por conglomerados, puede producir una muestra más precisa a un costo mucho menor que el de un simple muestreo aleatorio. Se usa el muestreo estratificado cuando cada grupo presenta una pequeña variación en su interior, pero existe una amplia variación entre ellos. Se usa el muestreo por conglomerado en el caso contrario, cuando

hay considerable variación dentro de cada grupo pero los grupos son esencialmente semejantes entre sí.