O Processo de Comprovação Metrológica - Parte 2/3

Quando calibrar

Conforme discutido anteriormente, diversas normas estabelecem, como requisito, a calibração de equipamentos de teste e medição (ET&M) em intervalos adequados, não sendo definido o conceito de "intervalos adequado". A sustentação para uma análise estatística de intervalos fundamentada na teoria da confiabilidade pode ser encontrada na norma americana U.S. Department of Defense MIL-STD-45662 A, publicada em agosto de 1988, que estabelece:

"Equipamentos de Teste e Medição (ET&M) e padrões de Medição devem ser calibrados a intervalos periódicos, estabelecidos e mantidos para garantir exatidão e confiabilidade aceitáveis, onde confiabilidade é definida como a probabilidade que o ET&M e o padrão de medição manter-se-ão dentro da tolerância através do intervalo estabelecido. Intervalos deverão ser reduzidos ou poderão ser ampliados.quando os resultados de calibrações prévias indicam que tais ações são adequadas para assegurar o nível de confiabilidade aceitável....".

Tradicionalmente, a periodicidade de calibração tem sido estabelecida por métodos informais ou práticos de estimação, normalmente fixa. O estabelecimento de intervalos a partir da teoria da confiabilidade aporta uma série de modelos de inferência estatística, envolvendo distribuições normais, de Poisson, teste Chi-quadrado, análise de Weibull e estatística Bayesiana.

Confiabilidade é a probabilidade que um dado produto, sistema ou ação irá obter performance satisfatório, sob condições ambientais especificadas e por um período de tempo prescrito, ou para o número de ciclos de operação requerido para a sua missão ou tarefa. Confiabilidade envolve três conceitos distintos:

1. Enquadramento em um nível específico de performance
   
2. Probabilidade de obtenção daquele nível
   
3. Manutenção daquele nível por um determinado tempo
   

Para análise de intervalos de calibração, o termo confiabilidade refere-se à probabilidade que um item de ET&M ou parâmetro esteja dentro da tolerância. Genericamente falando, um intervalo ótimo de calibração é aquele que maximiza a periodicidade, minimizando os custos de calibração e de perdas por interrupção, sem afetar a confiabilidade do produto, sistema, processo ou ação associada à Unidade a ser calibrada.

Sob o ponto de vista prático, a calibração periódica não previne a ocorrência de uso de equipamentos fora de tolerância. Embora seja virtualmente impossível prever o período de tempo no qual haverá a transição de um item da condição "dentro das especificações" para "fora das especificações", tem se buscado, na prática, encontrar um intervalo de tempo entre calibrações que mantenha a percentagem de itens em uso, em um nível aceitável de confiança que assegure sua opção dentro das especificações ou tolerâncias.

Nos últimos anos, diversos métodos tem sido propostos para controlar percentuais de equipamentos "dentro das especificações", empregando sofisticadas técnicas estatísticas para associar estes resultados à periodicidade de calibração.

Também foram publicados diversos algoritmos de decisão para ajustar intervalos de calibração em função das condições (dentro ou não da tolerância) observadas durante a calibração. De uma maneira geral, estes métodos consistem de instruções, fórmulas e tabelas para aumentar, manter ou reduzir a periodicidade da calibração. Embora sejam relativamente simples de aplicar e de baixo custo de implementação, os métodos algorítmicos apresentam algumas limitações que devem ser consideradas, sendo a principal delas a necessidade de considerável tempo acumulado de históricos de calibração para serem mais efetivos e confiáveis.

Existem diversos métodos algorítmicos propostos na literatura, grupados em métodos reativos-aqueles nos quais os ajustes nos intervalos de calibração são feitos em resposta aos dados recentes de calibração, sem relevar modelos de predição ou medidas de confiabilidade- e métodos clássicos – onde o enfoque está na estimativa no tempo em que ocorrerá uma condição de "fora da tolerância". Embora os métodos clássicos sejam mais robustos, os métodos reativos são de mais fácil aplicabilidade prática. Saraiva, C.P. sintetizou alguns métodos aplicáveis na determinação prática da periodicidade de calibração, existindo diversos softwares comercialmente disponíveis para esta finalidade.

Para laboratórios acreditados, a periodicidade da calibração dos padrões de referência é acordada com o avaliador técnico do Inmetro. Porém, nada impede o laboratório de ao longo do tempo solicitar mediante a apresentação de um histórico de calibrações o aumento dessa periodicidade. Nos intervalos definidos ele fará as verificações intermediárias que irão manter a confiança da calibração. Essas verificações também deverão ser realizadas nos padrões de transferência e de trabalho do laboratório.

Texto publicado na revista Metrologia e Instrumentação

Celso Pinto Saraiva e Maria Angélica de Oliveira Coutinho

"O que, quando, como e onde calibrar equipamentos"

O processo de Comprovação Metrológica - Parte 1/3

O que calibrar?

A norma ABNT NBR ISO 9001:2000 (item 7.6) recomenda o emprego da norma ABNT NBR ISO IEC 10012 como orientação no controle de dispositivos de medição e monitoramento. Por sua vez, esta última norma recomenda que o esforço dedicado ao controle do processo de medição seja compatível com a importância das medições para a qualidade do produto final da organização. A norma ABNT NBR ISO IEC 17025 estabelece que deverá ser calibrado todo equipamento utilizado em ensaios e/ou calibrações (incluindo equipamentos de medições auxiliares, por exemplo, de condições ambientais), e que tenha efeito significativo sobre a exatidão ou validade do resultado do ensaio.

O documento MTRL (U.S. Navy Metrology Requirements List) sugere algumas justificativas úteis para caracterizar instrumentos que não necessitam de calibrações periódicas:

• O instrumento não faz medições ou fornece saídas conhecidas.
  
• O instrumento é usado como um dispositivo de transferência cuja medição ou valor de saída não é explicitamente usada.
  
• O instrumento é um componente de um sistema ou função calibrada como tal.
  
• O instrumento é seguro à falha, tal que a operação fora dos limites especificados de performance será evidente ao usuário.
  
• O instrumento faz medições ou fornece saídas conhecidas, as quais são monitoradas, durante o uso, por dispositivo, medidor ou escala devidamente calibrada.
  
• O instrumento faz medições que são requeridas mais para suprir uma mera indicação de condição operacional do que um valor numérico.
  
• O instrumento é descartado após um curto ciclo de vida, dentro do qual a confiabilidade de suas medições permanecerá em um nível aceitável.
  
• Padrões fundamentais
  

Estes instrumentos, normalmente classificados como Calibração Periódica não Requerida (CPNR), são isentos de calibração periódica, mas podem, eventualmente, requerer calibração ou ajustes iniciais quando de sua colocação em uso. É bom destacar que a designação CPNR não deve ser confundida com a designação Calibração Não Requerida (CNR), no qual o dispositivo é isento de qualquer tipo de controle metrológico.

Texto publicado na revista Metrologia e Instrumentação

Celso Pinto Saraiva e Maria Angélica de Oliveira Coutinho

"O que, quando, como e onde calibrar equipamentos"

Vídeos Interessantes sobre Metrologia

Separei alguns vídeos interessantes sobre aplicação de metrologia.

Segue alguns deles:

As Sete Unidades de Base do Sistema Internacional (SI)

As sete unidades de base do SI fornecem as referências que permitem definir todas as unidades de medida do Sistema Internacional. Com o progresso da ciência e com o aprimoramento dos meios de medição, torna-se necessário revisar e aprimorar periodicamente as suas definições. Quanto mais exatas forem as medições, maior deve ser o cuidado para a realização das unidades de medida.

A Máquina de Medir por Coordenadas

Como um dos instrumentos metrológicos mais poderosos, as máquinas de medição por coordenadas são usadas extensamente na maioria das indústrias. Há poucas peças cujas formas e/ou dimensões não podem ser medidas com uma MMC. As melhorias na flexibilidade e na exatidão, acopladas com diminuições de tempo e custo das medições, justificam a rápida aceitação dessas máquinas na metrologia industrial.

Na medição por coordenadas com contato, a informação sobre a geometria da peça é obtida apalpando a superfície em pontos de medição discretos e as coordenadas desses pontos são expressas num sistema de referência prédeterminado. Entretanto, não é possível avaliar os desvios geométricos da peça (por exemplo, desvios de diâmetro, de distância, de posição, de perfil, batimentos, entre outros) diretamente pelas coordenadas dos pontos medidos. Assim, podemse identificar basicamente duas formas para avaliar, a partir dessas coordenadas, a qualidade geométrica da peça:

• As coordenadas dos pontos medidos são usadas para estimar, através de um algoritmo de ajuste (por exemplo, mínimos quadrados), os parâmetros de elementos geométricos ideais, também chamados de elementos substitutos, tais como cilindros, planos, cones e assim por diante. A avaliação de conformidade é realizada comparando esses parâmetros com as especificações de aplicação (por exemplo, tolerâncias de tamanho, posição, orientação, batimento, entre outros).
• Os pontos medidos são posicionados com relação ao modelo CAD tridimensional da peça, usando algum critério matemático de ajuste (por exemplo, best-fit). A partir desse posicionamento podem ser determinados os desvios da superfície real com relação à superfície do modelo, realizando a avaliação de conformidade com as especificações. Esse é o modo mais freqüente quando se trata de superfícies de forma livre.

As máquinas de medição por coordenadas podem ser classificadas em dois tipos básicos, conforme a natureza dos movimentos entre partes móveis. Há assim as que se baseiam em deslocamentos retilíneos mutuamente ortogonais, denominadas de máquinas “cartesianas”, e as que se baseiam em movimentos de rotação, denominadas de “braços articulados”.

O Processo de Medição como Ferramenta para Garantia da Confiabilidade Metrológica

A calibração nos dá garantias que o equipamento de medição está dentro de limites pré-estabelecidos, quando é operado em condições ideais, com praticamente nenhuma influência que não seja intrínseca do próprio equipamento. Porém, o meio onde ele é utilizado e o procedimento adotado podem influenciar de maneira significativa nos resultados das medições. Isto porque no chão de fábrica existe uma série de fatores de influência que não são contemplados durante a calibração, como temperatura, sujeira, operadores, dentre outros.

A norma NBR/ISO 10012:2004 estabelece que um sistema de gestão de medição eficaz não deve focar somente nas calibrações, mas sim no processo de medição. O processo de medição carrega uma série de fontes de incerteza que não aparecem na calibração, como influência do operador, condições ambientais, procedimentos adotados, etc. Estas fatores podem comprometer os resultados de uma determinada medição, na qual o sistema de medição estaria "aprovado" na sua calibração.

A avaliação estatística do processo de medição é utilizada para avaliar estas influências, sendo o manual MSA (Measurement System Analysis) o mais difundido na indústria. Este manual prevê uma série de estudos estatísticos, onde o instrumento de medição é avaliado nas suas condições de uso.

O Planejamento das Inspeções

Na área de fabricação se dispõe de muitos tipos de sistemas de medidas e ensaio, que passam sua informação para área de processamento de dados da inspeção. A inspeção da fabricação serve para assegurar a qualidade dos produtos nas diversas etapas de fabricação e garantir a qualidade da própria produção. Para reduzir custos, as inspeções devem ser minimizadas, ainda que exista o perigo de transmitir custos a outras áreas, por exemplo, deixando passar peças defeituosas, e dando origem a reclamações de clientes.

Ao planejar a inspeção, deve se analisar o que se deve comprovar, quando, como e com que. Se o processo é dominado, se é formado por poucas fases ou se o valor agregado for pequeno, pode ser suficiente a inspeção após várias operações ou ao finalizar toda a fabricação. Quando não se cumpre certas condições, podem ser necessárias inspeções intermediárias, feitas pelo pessoal do departamento de qualidade ou por operadores da fabricação.

Atualmente se tenta passar a responsabilidade da qualidade dos produtos aos operadores da fabricação. Esta técnica é chamada de células com Auto-controle e é bastante difundida na indústria. Para este caso, o objetivo de garantia de qualidade é difícil de se alcançar, pois normalmente os operadores tem uma formação deficiente em aspectos da qualidade, pouca motivação, e são estimulados apenas por prêmios por produtividade.