Amostragem de Aceitação e NQA (Nível de Qualidade Aceitável): Como Projetar Planos de Inspeção de Recebimento Estatisticamente Válidos

Por que a inspeção a 100 por cento nem sempre é a resposta

A resposta instintiva ao risco de qualidade no recebimento é inspecionar cada item. Na prática, a inspeção a 100 por cento tem diversas limitações que a tornam menos eficaz do que parece. A inspeção manual a 100 por cento está sujeita à fadiga do inspetor e à perda de atenção; estudos de processos de inspeção visual demonstram consistentemente que mesmo inspetores motivados deixam passar entre 10 e 30 por cento dos defeitos ao inspecionar todos os itens de um lote grande. A inspeção também é destrutiva para certos tipos de testes (resistência à tração, pressão de ruptura, análise de vida útil), onde o teste consome ou destrói o item. E para tamanhos de lote muito grandes ou custos de inspeção muito elevados, a inspeção a 100 por cento é economicamente inviável.

A amostragem de aceitação aborda essas limitações inspecionando uma amostra estatisticamente determinada em vez do lote completo. Quando a amostra passa, o lote é aceito; quando falha, o lote é rejeitado e submetido a uma triagem a 100 por cento, devolvido ao fornecedor ou disposto para retrabalho. A compensação é que a amostragem de aceitação introduz o risco de aceitar um lote ruim (risco do consumidor) ou rejeitar um lote bom (risco do produtor), ambos quantificáveis e controláveis pela escolha dos parâmetros do plano de amostragem.

A função adequada da amostragem de aceitação é como uma barreira entre o fornecedor e a produção, e não como substituta da capacidade do processo do fornecedor. Um fornecedor cujo processo opera com qualidade seis sigma raramente falhará na amostragem de aceitação; um fornecedor cujo processo opera com três sigma falhará frequentemente. A solução correta a longo prazo para falhas crônicas na amostragem de aceitação é melhorar o processo do fornecedor, não apertar o plano de amostragem indefinidamente.

Entendendo o NQA

O Nível de Qualidade Aceitável (NQA) é o percentual máximo médio de defeitos considerado satisfatório como média do processo. Não é o percentual de defeitos de nenhum lote individual; é uma declaração sobre a qualidade média de longo prazo dos lotes de um fornecedor operando no NQA. Um fornecedor com um processo operando na taxa de defeitos do NQA ou abaixo dela terá a maioria de seus lotes aceitos pelo plano de amostragem. Um fornecedor operando acima do NQA terá uma proporção crescente de lotes rejeitados.

Os valores de NQA comuns na manufatura variam de 0,065 por cento (para características críticas de segurança em dispositivos médicos e aeroespacial) a 1,0 por cento (para defeitos funcionais importantes em bens de consumo) e até 4,0 por cento (para defeitos cosméticos menores). O NQA é definido pelo cliente com base no risco associado à característica sendo inspecionada: uma característica crítica de segurança requer um NQA muito rigoroso; uma característica cosmética pode tolerar um NQA mais alto. Com frequência, diferentes valores de NQA são especificados para o mesmo produto dependendo se o defeito é classificado como crítico, maior ou menor.

Um equívoco comum é que o NQA representa a qualidade mínima aceitável do lote. Na realidade, o plano de amostragem aceita lotes na taxa de defeitos do NQA aproximadamente 95 por cento das vezes (por convenção, o risco do produtor no NQA é definido em aproximadamente 5 por cento, o que significa que cerca de 5 por cento dos lotes de um processo operando exatamente no NQA serão rejeitados). O NQA é uma especificação de média do processo, não uma especificação lote a lote.

ANSI/ASQ Z1.4: planos de amostragem por atributos

ANSI/ASQ Z1.4 (anteriormente MIL-STD-105) é o padrão mais amplamente utilizado para amostragem de aceitação por atributos, onde o resultado da inspeção de cada item é uma classificação binária: conforme ou não conforme (passa ou falha). O padrão fornece tabelas de planos de amostragem organizadas por tamanho de lote, nível de inspeção e NQA.

Níveis de inspeção: Z1.4 oferece três níveis gerais de inspeção (I, II, III) e quatro níveis especiais de inspeção (S-1 a S-4). O Nível II é o padrão predefinido. O Nível I fornece tamanhos de amostra reduzidos (aproximadamente 40 por cento menores que o Nível II) para situações em que menos discriminação entre os níveis de qualidade do lote é aceitável e o custo de inspeção é uma preocupação. O Nível III fornece tamanhos de amostra maiores (aproximadamente 60 por cento maiores que o Nível II) para situações onde maior discriminação é necessária.

Regras de alternância: Z1.4 inclui um sistema de alternância que ajusta automaticamente o rigor da inspeção com base no histórico recente de qualidade do lote. A inspeção normal é o estado padrão. Se dois de cinco lotes consecutivos são rejeitados na inspeção normal, o plano muda para inspeção reforçada, que usa o mesmo tamanho de amostra, mas um número de aceitação mais rigoroso (o que significa que menos defeitos são permitidos para aceitar um lote). Se cinco lotes consecutivos são aceitos na inspeção reforçada, o plano volta ao normal. Ao contrário, se dez lotes consecutivos são aceitos na inspeção normal e outras condições são atendidas, o plano pode mudar para inspeção reduzida, que usa um tamanho de amostra menor, refletindo confiança no processo do fornecedor. Se um lote é rejeitado na inspeção reduzida, o plano volta ao normal.

O número de aceitação (Ac) e o número de rejeição (Re): Para um dado plano de amostragem, o número de aceitação (Ac) é o número máximo de itens não conformes na amostra que ainda resultará na aceitação do lote. O número de rejeição (Re) é o número mínimo de itens não conformes que resulta na rejeição do lote. Em planos padrão, Re = Ac + 1. Por exemplo, um plano com tamanho de amostra 80 e Ac = 2, Re = 3 significa: inspecionar 80 itens; se 0, 1 ou 2 forem não conformes, aceitar o lote; se 3 ou mais forem não conformes, rejeitar o lote.

ANSI/ASQ Z1.9: planos de amostragem por variáveis

ANSI/ASQ Z1.9 (anteriormente MIL-STD-414) aplica-se quando a característica de inspeção é medida em uma escala contínua (uma dimensão, um peso, uma tensão) em vez de ser classificada como passa/falha. Os planos de amostragem por variáveis requerem tamanhos de amostra menores do que os planos por atributos para o mesmo nível de discriminação, porque o valor medido real carrega mais informações do que uma simples classificação passa/falha. A compensação é que Z1.9 assume que a característica medida segue uma distribuição normal; se a distribuição não for normal, o critério de aceitação calculado pode ser impreciso.

Em Z1.9, o lote é aceito ou rejeitado com base em como a média e o desvio padrão da amostra se comparam aos limites de especificação, em vez de uma contagem de itens não conformes. A estatística de qualidade (Q) compara a distância entre a média da amostra e o limite de especificação com o desvio padrão da amostra. Se Q exceder um valor crítico (k) da tabela, o lote é aceito.

A Curva Característica de Operação (CCA)

A Curva Característica de Operação é a representação gráfica do desempenho de um plano de amostragem: ela mostra a probabilidade de aceitar um lote (eixo vertical) em relação ao percentual real de defeitos no lote (eixo horizontal). Todo plano de amostragem tem uma curva CCA única determinada por seu tamanho de amostra (n) e número de aceitação (Ac). A curva CCA mostra duas propriedades-chave:

Risco do Produtor (Alfa): A probabilidade de que um lote de um processo operando na taxa de defeitos do NQA seja rejeitado. Por convenção, isso é definido em aproximadamente 5 por cento. O ponto na curva CCA no NQA com probabilidade de aceitação de 95 por cento corresponde ao ponto de risco do produtor.

Risco do Consumidor (Beta): A probabilidade de que um lote com uma taxa de defeitos inaceitavelmente alta seja aceito. O Percentual Defeituoso Tolerado no Lote (PDTL, também chamado de Nível de Qualidade Rejeitável ou NQR) é o percentual de defeitos no qual o risco do consumidor é definido, tipicamente 10 por cento: quando um lote tem uma taxa de defeitos igual ao PDTL, o plano de amostragem o aceitará incorretamente 10 por cento das vezes.

Tamanhos de amostra maiores produzem curvas CCA mais íngremes, que discriminam melhor entre lotes aceitáveis e inaceitáveis. Tamanhos de amostra menores produzem curvas mais planas, que fornecem menos discriminação mas menor custo de inspeção.

Erros comuns na amostragem de aceitação

• Usar a amostragem de aceitação como substituta da melhoria do processo do fornecedor. A amostragem de aceitação é uma barreira que protege a produção de lotes deficientes ocasionais. Quando um fornecedor produz regularmente lotes que falham na amostragem, a resposta correta é tratar a capacidade do processo do fornecedor, não adicionar etapas de inspeção. A inspeção nunca melhora a qualidade; ela apenas a classifica.
• Definir valores de NQA sem considerar a gravidade do defeito. Atribuir o mesmo NQA a defeitos críticos de segurança e a defeitos cosméticos os trata como igualmente arriscados, o que não é o caso. Os valores de NQA devem ser estratificados por classe de defeito: mais rigorosos para os críticos, mais flexíveis para os menores, com critérios de aceitação zero (planos c=0) para defeitos que afetam segurança ou conformidade regulatória.
• Ignorar as regras de alternância. O sistema de alternância do Z1.4 fornece proteção importante de economia e qualidade. Ignorar a inspeção reforçada após rejeições significa que o cliente absorve o risco da má qualidade do fornecedor sem ajustar o rigor da inspeção. Ignorar os critérios de qualificação para inspeção reduzida significa que o cliente perde as economias de custo que o histórico de um bom fornecedor justifica.
• Usar amostragem de aceitação para requisitos de zero defeitos a 100 por cento. Quando um processo produz componentes críticos de segurança onde mesmo uma única peça não conforme no campo é inaceitável, a amostragem de aceitação sozinha é insuficiente. Os requisitos de zero defeitos devem ser atendidos por meio de controle do processo (tornando o processo incapaz de produzir o defeito) e/ou à prova de erros (tornando fisicamente impossível que o defeito avance), não por meio de planos de amostragem mais rigorosos, que nunca podem garantir zero defeitos em lotes aceitos.

Perguntas frequentes

¿O que é amostragem de aceitação e como difere da inspeção a 100 por cento?

A amostragem de aceitação é um método estatístico para decidir se aceitar ou rejeitar um lote inteiro inspecionando apenas uma amostra de itens extraídos desse lote. Se o número de defeitos encontrados na amostra está no número de aceitação do plano ou abaixo dele, o lote é aceito; se excede o número de rejeição, o lote é rejeitado. Difere da inspeção a 100 por cento porque nem todos os itens são inspecionados. Isso reduz o custo de inspeção e é necessário quando os testes são destrutivos ou o lote é grande demais para inspecionar completamente. A compensação é que a amostragem de aceitação carrega um risco estatístico de aceitar um lote ruim (risco do consumidor) ou rejeitar um lote bom (risco do produtor); a inspeção a 100 por cento não tem nenhum desses riscos se realizada perfeitamente, mas na prática tem taxas significativas de defeitos perdidos devido à fadiga do inspetor. A amostragem de aceitação é mais adequada quando o processo do fornecedor é capaz e as taxas de defeitos são baixas; quando um fornecedor tem problemas crônicos de qualidade, a solução é melhorar o processo, não apertar a amostragem.

¿O que é NQA e como o valor correto é selecionado?

O Nível de Qualidade Aceitável (NQA) é o percentual máximo médio de defeitos considerado aceitável como média do processo do fornecedor. Não é uma garantia sobre nenhum lote individual; é uma declaração sobre a qualidade média de longo prazo dos lotes de um fornecedor operando no NQA. Os planos de amostragem baseados em um dado NQA aceitarão lotes de um fornecedor operando nessa taxa de defeitos aproximadamente 95 por cento das vezes. Os valores de NQA são selecionados com base na gravidade do defeito e no risco de o defeito chegar ao cliente ou ao campo. A prática comum é estratificar os defeitos por classe: defeitos críticos (os que afetam segurança, conformidade regulatória ou função primária) recebem um NQA muito rigoroso (0,065 ou 0,1 por cento, ou um plano c=0); defeitos maiores (os que causam perda significativa de função ou prováveis reclamações do cliente) recebem valores de NQA de 0,25 a 1,0 por cento; defeitos menores (imperfeições cosméticas ou funcionais leves) recebem valores de NQA de 1,0 a 4,0 por cento. A seleção do NQA deve ser documentada no plano de controle do cliente ou nos requisitos de qualidade do fornecedor.

¿O que é uma Curva Característica de Operação (CCA) e por que ela importa?

A Curva Característica de Operação (CCA) é um gráfico que mostra a probabilidade de aceitar um lote no eixo vertical em relação ao percentual real de defeitos no lote no eixo horizontal, para um plano de amostragem específico (definido pelo tamanho da amostra n e pelo número de aceitação Ac). A CCA é a ferramenta mais importante para entender o desempenho de um plano de amostragem. Com taxa de defeitos zero, a probabilidade de aceitação é de 100 por cento. À medida que a taxa de defeitos aumenta, a probabilidade de aceitação diminui. Os dois pontos críticos na curva são: o ponto de risco do produtor (o NQA, onde a probabilidade de aceitação é de aproximadamente 95 por cento) e o ponto de risco do consumidor (o PDTL ou NQR, onde a probabilidade de aceitação é de aproximadamente 10 por cento). Tamanhos de amostra maiores produzem curvas CCA mais íngremes que discriminam mais nitidamente entre os níveis de qualidade aceitáveis e inaceitáveis. Comparar curvas CCA para diferentes planos de amostragem permite que os engenheiros de qualidade selecionem o plano que equilibra adequadamente o custo de inspeção com o risco de tomar decisões erradas de aceitar/rejeitar.

¿Como funciona o sistema de alternância da ANSI/ASQ Z1.4?

O sistema de alternância da ANSI/ASQ Z1.4 ajusta automaticamente o rigor da inspeção com base no histórico recente de qualidade do lote. O sistema tem três estados: normal, reforçado e reduzido. A inspeção normal (Nível II) é o estado inicial e aplica tamanhos de amostra e números de aceitação padrão. Se dois de cinco lotes consecutivos são rejeitados na inspeção normal, o plano muda para inspeção reforçada, que usa os mesmos tamanhos de amostra, mas um número de aceitação mais rigoroso (um defeito a menos permitido para aceitação), tornando mais difícil que lotes limítrofes passem. Se cinco lotes consecutivos são aceitos na inspeção reforçada, o plano volta ao normal. Se um fornecedor não conseguir cinco aceitações consecutivas na inspeção reforçada dentro de dez lotes, o programa de inspeção é normalmente suspenso e o relacionamento com o fornecedor é revisado. Para inspeção reduzida, um fornecedor deve ter pelo menos dez lotes consecutivos aceitos na inspeção normal (e atender a outros critérios) antes de mudar para tamanhos de amostra menores. Se um lote é rejeitado na inspeção reduzida, o plano volta ao normal. O sistema de alternância é obrigatório no Z1.4 e não deve ser ignorado.

¿Qual é a diferença entre ANSI/ASQ Z1.4 e ANSI/ASQ Z1.9?

ANSI/ASQ Z1.4 é para amostragem por atributos, onde cada item inspecionado é classificado como conforme ou não conforme (passa ou falha). O lote é aceito ou rejeitado com base na contagem de itens não conformes na amostra. Z1.4 aplica-se quando o resultado da inspeção é uma classificação simples em vez de uma medição contínua. ANSI/ASQ Z1.9 é para amostragem por variáveis, onde cada item inspecionado produz uma medição contínua (uma dimensão, peso ou tensão). O lote é aceito ou rejeitado com base em como a média e o desvio padrão da amostra se comparam aos limites de especificação, usando uma estatística de qualidade Q. Z1.9 requer tamanhos de amostra significativamente menores do que Z1.4 para proteção estatística equivalente, porque medições contínuas carregam mais informações do que classificações passa/falha. A compensação é que Z1.9 assume que a característica medida segue uma distribuição normal; se a distribuição for muito assimétrica ou tiver múltiplos modos, os cálculos do Z1.9 podem ser imprecisos. Z1.4 é mais amplamente utilizado na prática porque é mais simples de aplicar e não requer suposições distribucionais; Z1.9 é preferível quando os custos de amostragem são altos e a suposição de normalidade é justificada.

¿O que é Qualidade Média de Saída (QMS) e como difere do NQA?

A Qualidade Média de Saída (QMS, ou AOQ do inglês Average Outgoing Quality) é o percentual médio de defeitos nos lotes que passaram na amostragem de aceitação, levando em conta que os lotes rejeitados são normalmente submetidos a triagem a 100 por cento e todos os defeitos são removidos antes que o lote seja aceito. A QMS considera tanto os lotes aceitos pela amostragem (que podem conter alguns defeitos) quanto os lotes rejeitados e depois completamente triados (que são devolvidos sem defeitos). Para qualquer plano de amostragem, há um pico na curva QMS em uma determinada taxa de defeitos de entrada chamada Limite de Qualidade Média de Saída (LQMS): este é o pior percentual médio de defeitos que pode chegar ao cliente, independentemente da taxa de defeitos de entrada do fornecedor. O LQMS é a métrica-chave para entender a proteção de qualidade real fornecida por um plano de amostragem, e é uma medida melhor da proteção de qualidade no mundo real do que o NQA sozinho. O NQA diz qual taxa de defeitos o plano aceita na maioria das vezes; o LQMS diz qual é a pior qualidade média que pode passar para a produção.