Sistemas avanzados de automatización de mediciones
Con un Cpk de 1, tres de cada mil fuentes salen de especificación. Con 1,33, treinta de cada millón. El sistema de ensayo no solo decide qué unidad pasa: mide cuán bueno es el proceso.
01Del instrumento de banco al sistema de ensayo
La automatización de mediciones de Medidas I conectaba instrumentos de banco a una computadora con comandos SCPI. En la producción, donde se ensayan miles de equipos por día, eso no alcanza: hacen falta sistemas compactos, rápidos y fáciles de mantener. Hay tres plataformas modulares principales:
| Plataforma | Idea | Ventaja |
|---|---|---|
| PXI | Instrumentos en módulos dentro de un chasis con bus PCI Express, sincronización y disparos compartidos | Velocidad y densidad: decenas de instrumentos en un chasis |
| LXI | Instrumentos independientes sobre Ethernet, con una interfaz web y sincronización por IEEE 1588 | Instrumentos distribuidos, sin chasis |
| AXIe | Módulos de alto desempeño en un chasis de mayor tamaño | Instrumentos de alta gama, como osciloscopios de muchos canales |
Sobre el hardware se usa una capa de controladores intercambiables, como los IVI, que presentan una interfaz común por clase de instrumento: un programa escrito para un multímetro funciona con otro de distinto fabricante sin cambios.
02Secuenciadores y ensayo en paralelo
Un secuenciador de ensayos organiza el ensayo de un producto como una lista de pasos, cada uno con su medición, sus límites y su acción si falla, y guarda los resultados con el número de serie. El mismo código de medición se reutiliza en distintos productos. Para aumentar la cantidad de equipos ensayados por hora se ensaya en paralelo: varios equipos a la vez, compartiendo los instrumentos caros y usando en paralelo los baratos. El cuello de botella suele ser el instrumento compartido, y el diseño del sistema consiste en balancear los tiempos.
03Capacidad de proceso
El sistema de ensayo decide si cada unidad pasa o no, pero los datos acumulados dicen algo más: qué tan bien el proceso de fabricación cumple la especificación. Si la magnitud medida tiene media \( \mu \) y desviación estándar \( \sigma \), y la especificación va de \( LSL \) a \( USL \):
La tensión de salida de una fuente, especificada en 5,00 ± 0,10 V. La campana es la distribución de la producción; las zonas rojas, las unidades fuera de especificación. El histograma muestra 2000 unidades simuladas.
Hay que sumar la incertidumbre de la propia medición: con una especificación estrecha y un instrumento que dispersa, se rechazan unidades buenas y se aceptan malas. Las bandas de guarda de ensayos y normas se aplican también aquí.
04En el laboratorio
Programar en Python una secuencia de ensayo de una fuente de laboratorio con un multímetro y una carga electrónica por LXI o USB: tensión en vacío, regulación de carga y ondulación, con límites y registro de resultados.
Medir la resistencia de 50 resistores de 1 % de una misma bolsa y calcular Cp y Cpk respecto de su tolerancia.
Medir el tiempo de cada paso de la secuencia y proponer cómo reducirlo: menos promedios, cambios de escala, ensayo en paralelo.
05Errores frecuentes
- Mirar solo Cp. Un proceso angosto pero corrido tiene buen Cp y mal Cpk.
- Calcular la capacidad con pocas muestras. La desviación estándar estimada varía mucho; hacen falta decenas o cientos de unidades.
- Olvidar la incertidumbre del ensayo. Se suma a la dispersión del proceso.
- Escribir el ensayo atado a un modelo de instrumento. Los controladores intercambiables evitan reescribirlo al cambiar un equipo.
06Autoevaluación
Especificación de 10 ± 0,3 mA, media 10,1 mA y σ = 0,05 mA. ¿Cuánto valen Cp y Cpk?
Cp = 0,6/0,3 = 2; Cpk = 0,2/0,15 = 1,33.
¿Qué fracción queda fuera de especificación con Cpk = 1 y el proceso centrado?
El 0,27 %.
¿Qué ventaja tiene LXI sobre PXI?
Los instrumentos pueden estar distribuidos en una red, sin chasis, y se sincronizan por IEEE 1588.
¿Para qué sirven los controladores IVI?
Para que el programa de ensayo no dependa del modelo de instrumento dentro de una misma clase.
07Para ampliar
- Douglas C. Montgomery. Introduction to Statistical Quality Control. 8.ª ed., Wiley, 2019. La capacidad de proceso, los índices Cp y Cpk y el control estadístico.
- PXI Systems Alliance y LXI Consortium. Especificaciones PXI y LXI. Disponibles en los sitios de cada consorcio. Las definiciones de las plataformas modulares y su sincronización.
- IVI Foundation. IVI Specifications. IVI Foundation. Las clases de instrumentos y los controladores intercambiables.