Für Teil 4 von m j Blogserie „Aus meinen Fehlern lernen“. , Ich werde über Messsysteme und die Risiken sprechen, die wir eingehen, wenn wir sie nicht verstehen.
Wir alle wissen, was ein Messsystem ist, oder? Vielleicht ist es eine Zapfsäule mit digitaler Anzeige. Oder vielleicht ist es eine Krankenschwester, die den Puls eines Patienten misst, oder ein Mitarbeiter eines Lebensmittelladens, der beurteilt, ob die Bananen reif genug (aber nicht zu reif) sind, um sie auf dem Stand auszustellen. Jedes „System“ wird verwendet, um eine bestimmte Qualität oder Quantität zu messen, damit ein daraus resultierendes Urteil gefällt werden kann.
Wenn es etwas gibt, das alle Messsysteme gemeinsam haben, dann ist es der Fehler. Kein Messsystem ist perfekt, und wenn wir die Fähigkeiten des Messsystems nicht verstehen, laufen wir Gefahr, aufgrund der Systemausgabe Fehler zu machen.
Im Laufe der Jahre habe ich eine Vielzahl von Fehlern bei der Erfassung und Meldung von Messdaten gesehen. Zu diesen Fehlern zählen unter anderem:
- Es werden zu viele Ziffern für die Messung gemeldet.
- Keine Angabe einer Messunsicherheit.
- Verwenden Sie ein Messgerät, das nicht in der Lage ist, die gewünschte Messung durchzuführen.
Wir werden die einzelnen Punkte der Reihe nach behandeln. Ich möchte nicht, dass dieser Blogbeitrag zu einer „Anleitung“ für die Analyse von Messsystemen wird. (Ich werde am Ende einige Referenzen hinzufügen, die auf einige hilfreiche Ressourcen hinweisen.) Ich möchte jedoch auf einige häufige Mängel bei der Verwendung von Messsystemen hinweisen. Anschließend gebe ich Ihnen einige Ratschläge, was zu tun ist, wenn Sie feststellen, dass Ihr spezielles Messsystem nicht „gut genug“ ist.
Fehler Nr. 1: Zu viele Ziffern für eine Messung melden
Do you believe a gas pump is accurate to three decimal points?Do you believe a gas pump is accurate to three decimal points?Do you believe a gas pump is accurate to three decimal points?Do you believe a gas pump is accurate to three decimal points?Glauben Sie, dass eine Zapfsäule auf drei Dezimalstellen genau ist? Dieses spezielle Thema betrifft Messsysteme (oft auch kurz „Messgeräte“ genannt), die über eine numerische Anzeige verfügen. Nehmen Sie das zuvor erwähnte Beispiel einer Zapfsäule. Einige Zapfsäulen zeigen die Anzeige auf 0,001 Gallonen genau an. Das könnte Ihnen ein gutes Gefühl geben („Ich bekomme genau 14,372 Gallonen Benzin!“) Aber glauben Sie, dass es auf diesem Niveau genau ist? Normalerweise sehe ich jedes Mal, wenn ich die Düse vom Einfüllstutzen ziehe, mehrere Tropfen Gas auf den Boden fallen. Wie viel Gas wurde tatsächlich aus der Düse gepumpt? Wie viel ist wirklich in den Tank gelangt? Ist es überhaupt wichtig, so genau zu sein?
Andererseits erinnern sich einige von Ihnen vielleicht an die „alten“ Zapfsäulen, deren Anzeige auf 0,1 Gallonen genau war (wenn überhaupt). Würden Sie sich als Verbraucher im Zeitalter der höheren Benzinpreise nicht gerne etwas sicherer sein, wie viel Benzin Sie gerade gepumpt haben, um sicherzustellen, dass Ihnen nicht zu viel berechnet wird?
Ich habe in meiner Industrieerfahrung beide Arten von Fehlern gesehen. Wenn Sie in einer Besprechung sitzen und jemand Daten präsentiert, wie würden Sie auf die beiden folgenden Aussagen reagieren?
- „Ich habe eines von Produkt A bei 97,3275412 und eines von Produkt B bei 98,2021929 gemessen.“
- „Produkt A hat einen Wert von 97 und Produkt B einen Wert von 98“
Für das Publikum bedeutet die erste Aussage, dass die Messungen sehr genau sind. Man könnte daraus schließen, dass Produkt B deutlich höher ist als Produkt A, und zwar um einen ganz bestimmten Betrag. Auf der anderen Seite könnte sich ein kluger Zuhörer fragen, ob der Präsentator weiß, was er tut, da nur sehr wenige Messgeräte eine solche Genauigkeit liefern können.
Wenn die zweite Aussage getroffen wird, könnte das Publikum ein „weicheres“ Gefühl hinsichtlich des Unterschieds zwischen den beiden Produkten entwickeln. Das Publikum könnte dazu verleitet werden, Fragen zur Wiederholbarkeit des Messsystems zu stellen und/oder ob die gemessenen Teile wirklich unterschiedlich sind.
What's the proper number of digits to report?What's the proper number of digits to report?What's the proper number of digits to report?What's the proper number of digits to report?Wie viele Ziffern müssen gemeldet werden? Wie viele Ziffern sollten also gemeldet werden? Wie treffen Sie diese Entscheidung? Sollte die Person, die die Messung durchführt, willkürlich entscheiden, wie viele Ziffern angegeben werden sollen, einfach aufgrund ihrer „Erfahrung“?
Glücklicherweise stellt sich heraus, dass es einfache Möglichkeiten gibt, dies herauszufinden. Tatsächlich liefert Ihnen eine Methode namens EMP (Evaluating the Measurement Process) die richtige Anzahl von Ziffern für die Meldung, basierend auf der Leistungsfähigkeit des Messgeräts.Wir werden etwas später in diesem Beitrag über EMP sprechen.
Fehler Nr. 2: Unsicherheit bei einer Messung nicht melden
Um mit dem obigen Beispiel fortzufahren, gibt es ein weiteres Problem bei der Angabe von Messwerten. Unser Messsystem ist (bis zu dem einen oder anderen Grad) unvollkommen. Nehmen wir an, wir verwenden unser Messgerät, um ein Teil immer wieder zu messen. Die Messungen werden nicht gleich sein, da wir zufällige Fehler in unserem Messgerät haben. Für die ersten 3 Ablesungen dieses einzelnen Teils erhalten wir folgende Werte:
98,2
97,3
98,5
Was ist also der gemessene Wert für diesen Teil? Vorausgesetzt, dass sich das Teil selbst zwischen den Messwerten nicht ändert, muss das Messgerät Abweichungen in die Messwerte einbringen. Was wäre außerdem, wenn die untere Spezifikationsgrenze für dieses Teil 98 wäre? Ist das ein gutes Teil oder ein schlechtes Teil? Wie sollen wir einen Messwert für dieses Teil melden?
Wenn wir die Leistungsfähigkeit unseres Messgeräts verstehen könnten, könnten wir eine Unsicherheit für das Messgerät ausdrücken. Beispielsweise könnte eine einzelne Messung eine Unsicherheit von ±2,1 Einheiten haben, sodass unsere gemeldete Messung 98,2 ± 2,1 Einheiten betragen könnte. Dies gibt dem Verbraucher der Informationen eine Vorstellung davon, wie gut (oder schlecht!) diese Messung war.
Wie erhalten wir diese Eichunsicherheit? Die Unsicherheit basiert auf dem Gesamtfehler des Messgeräts, der auf den Fehler des Messgeräts und den Fehler des Messgerätebetreibers zurückzuführen ist (oft als Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit des Messgeräts oder GR&R bezeichnet), sowie auf dem von Ihnen gewünschten Konfidenzniveau Bericht. Sie können eine Konfidenz von 95 % oder eine Konfidenz von 99 % wählen oder so etwas wie den mittleren Fehler für das Messsystem angeben. (Stellen Sie natürlich sicher, dass Ihr Publikum sich dieses Unsicherheitskriteriums bewusst ist, wenn Sie Ihre Daten veröffentlichen!)
Wir werden in den nächsten Abschnitten etwas mehr über Gauge R&R sprechen. Die Moral dieses Teils der Geschichte lautet vorerst: Geben Sie niemals einen Messwert an, ohne auch die damit verbundene Unsicherheit anzugeben!
Fehler Nr. 3: Verwendung eines Messsystems, das Ihre Messungen nicht durchführen kann
Dieses Thema mag wie ein offensichtlicher Fehler erscheinen, aber ich habe Messsysteme gesehen, die eine unannehmbar hohe Variabilität aufweisen und immer noch verwendet werden. Die Gründe reichen von schlichter Unkenntnis der Leistungsfähigkeit des Messgeräts über „Das haben wir schon immer gemacht“ bis hin zu „Es ist das einzige Messgerät, das wir haben“.
Die Verwendung eines solch ungeeigneten Messgeräts kann zu einer Vielzahl von Problemen führen.Zum Beispiel:
- Wenn die schlechte Stärke zum Sieben von Teilen aus einer Produktionslinie verwendet wird, laufen wir Gefahr, gute Teile auszusortieren und/oder schlechte Teile zu akzeptieren, was beides Geld für das Unternehmen kostet.
- Wenn das schlechte Messgerät verwendet wird, um zu überwachen, ob ein Produktionsprozess „unter Kontrolle“ ist, laufen wir Gefahr, entweder (1) eine außer Kontrolle geratene Situation zu maskieren, weil das Messgerät dem System maskierendes Rauschen hinzufügt, oder (2) Ausgaben zu tätigen Zeit, eine außer Kontrolle geratene Situation zu lösen, wenn das Problem eigentlich im Messrauschen liegt.
- Wenn wir das schlechte Messgerät in einer Forschungs- und Entwicklungsumgebung verwenden, laufen wir Gefahr, Unterschiede zwischen potenziellen Verbesserungen nicht zu erkennen, da das Messgerät nicht in der Lage ist, kleine (aber wertvolle) Unterschiede zu messen.
Für den effektiven Einsatz des Messgeräts ist es entscheidend zu verstehen, was Ihr Messgerät messen kann! Im nächsten Abschnitt geht es um einige einfache und gängige Methoden zur Bewertung der Messgerätleistung.
Der Beginn einer Lösung: Ihr Messsystem verstehen
Wenn Sie einen der oben beschriebenen Fehler gesehen haben, seien Sie beruhigt: Es gibt Tools, mit denen sich alle Probleme auf die eine oder andere Weise lösen lassen. Zwei dieser Tools (Gauge R&R und EMP) werden im Folgenden kurz beschrieben.
Spur R&R
Gauge R&R steht für Gauge Repeatability and Reproducibility, wobei „Reproduzierbarkeit“ die Fehler darstellt, die auf das Messgerät selbst zurückzuführen sind, und „Reproduzierbarkeit“ die Fehler, die auf Bediener zurückzuführen sind, die das Messgerät verwenden.
Gauge R&R wurde vor Jahrzehnten mit dem Ziel ins Leben gerufen, Produktionsprozesse zu messen. Es bewertet die Leistung des Messgeräts entweder im Vergleich zu den Spezifikationsgrenzen oder im Vergleich zu einer Reihe von Teilen, die zur Untersuchung des Messgeräts verwendet wurden. Im Wesentlichen möchten Sie, dass die R&R-Variabilität Ihres Messgeräts im Vergleich zum Spezifikationsbereich oder zum Teilebereich niedrig ist, um die Verunreinigung der Messung der wahren Werte von Teilen zu minimieren.
Messgeräte-R&R ist ein relativ einfacher Prozess, bei dem oft drei Bediener zehn Teile wiederholt messen. Daraus ergeben sich Schätzungen zum Ausmaß der Messabweichung im Vergleich zu Spezifikationen oder Teilen. Das Verhältnis der Messgerätvariabilität zur Gesamtvariabilität kann dann zur Beurteilung der Leistung des Messgeräts herangezogen werden. Es gibt viele Referenzen für Gauge R&R. Einige werden in den Referenzen am Ende dieses Beitrags aufgeführt.
EMP
Vor einigen Jahren warf Donald Wheeler einen neuen Blick auf die traditionelle Gauge R&R. Wheeler nannte es „Evaluating the Measurement Process“ (oder EMP) und untersuchte das Messsystem im Hinblick darauf, ob es wahrscheinlich erkennen würde, ob ein Prozess „außer Kontrolle“ gerät. (Beachten Sie, dass JMP empfiehlt die Verwendung von EMP als Standardverfahren, obwohl sowohl EMP als auch Gauge R&R in der Software verfügbar sind.)
Denken Sie daran, dass die Frage, ob ein Prozess unter Kontrolle ist oder nicht, nicht von Produktspezifikationen oder Teilebereichen abhängt, sondern lediglich von der normalen Abweichung, wenn der Prozess gut funktioniert (dh er unter Kontrolle ist). Der Bewertungsprozess von Wheeler bestimmt die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem bestimmten Messgerät außer Kontrolle geratene Bedingungen auftreten. Nebenbei entwickelt Wheeler Dinge wie den „Median Gauge Error“, der hilfreich ist, um die mit den Gauge-Messungen zu meldende Unsicherheit zu ermitteln. Er bestimmt auch die richtige Anzahl signifikanter Ziffern, die bei der Meldung von Messgerätemessungen verwendet werden sollen. Der Prozess zur Durchführung einer EMP (mehrere Bediener, mehrere Teile, wiederholte Messungen) ist der gleiche wie bei einer herkömmlichen GR&R, die daraus resultierenden Berechnungen unterscheiden sich jedoch. JMP erledigt das alles automatisch für Sie.
Wie bei Gauge R&R finden Sie Referenzen für EMP am Ende dieses Blogbeitrags.
Mein Messgerät ist nicht gut genug – was kann ich jetzt tun?
Wie Sie sicher inzwischen verstanden haben, sind nicht alle Messgeräte für die Messungen geeignet, die wir erfassen möchten. Was machen wir nun?
Es gibt mehrere Optionen, die wir in Betracht ziehen können. Jedes hat Vor- und Nachteile. Einige erfordern die Verwendung des aktuellen Messgeräts, während andere die Suche nach einem neuen Messsystem erfordern.
Zu den Optionen für die Verwendung desselben Messgeräts gehören das wiederholte Messen von Teilen, das Messen mehrerer Teile, die Verbesserung der Bedienerschulung und die Verbesserung der Spannvorrichtung. Schauen wir uns jedes davon an.
Teile wiederholt messen
Möglicherweise möchten Sie den Vorteil nutzen, dasselbe Teil mehrmals zu messen. Die Mittelung mehrerer Messungen ermöglicht eine bessere Schätzung des wahren Werts der Messung eines einzelnen Teils.
Im Wesentlichen definieren wir das „Messsystem“ so neu, dass der Messprozess die Durchführung mehrerer Messungen an einem bestimmten Teil als Teil des Standardmessprozesses umfasst. Beachten Sie, dass „mehrere Messungen“ bedeutet, jedes Mal von vorne zu beginnen, d oder ein anderes.
Natürlich können mehrere Messungen dazu führen, dass die Durchführung der Messungen mehr Zeit in Anspruch nimmt, was an sich schon einen Kostenfaktor darstellt. Und wenn dadurch die Produktionsraten eingeschränkt werden, müssen Sie möglicherweise ohnehin doppelte Messgeräte bauen. Es funktioniert auch nicht, wenn der Test selbst das zu testende Teil zerstört.
Weitere Teile messen
Ähnlich wie oben beschrieben „Mehr Messungen vornehmen“ kann auch eine Erhöhung der Anzahl der Teile (dh der Stichprobengröße) Ihre Schätzung des Mittelwerts der Grundgesamtheit verbessern. In diesem Fall gehen wir im Wesentlichen davon aus, dass sich die Gesamtvarianz aller Teile aus der Teilevarianz selbst und der R&R-Varianz des Messgeräts zusammensetzt, sodass die Gesamtvarianz erhöht wird. Das Verfahren des Messsystems würde dann die Messung von N Teilen jedes Mal umfassen, was uns eine bessere Schätzung des Mittelwerts der Grundgesamtheit ermöglicht, selbst bei der hohen Eichvarianz.
Der Nachteil besteht natürlich darin, dass die Messung mehrerer Teile mehr Zeit in Anspruch nimmt und (im Fall der zerstörenden Prüfung) mehr Kosten für die Musterteile verursacht. Dennoch kann der Durchschnitt verwendet werden, wenn zwei oder mehr Proben mithilfe von T-Tests und ANOVA verglichen werden oder wenn Prozesskontrolldiagramme erstellt werden.
Verbessern Sie die Schulung der Bediener
Abhängig von den Ergebnissen Ihrer Messgerätebewertung stellen Sie möglicherweise fest, dass ein Großteil der Varianz von einem oder mehreren Operatoren herrührt. Sie sollten zwar darauf achten, niemanden in Verlegenheit zu bringen, doch oft lassen sich Wege finden, Ihre Bediener umzuschulen, damit sie bessere Messungen durchführen können. Gelegentlich (z. B. wenn die Augen einer Person nicht gut genug sind, um eine bestimmte Aufgabe genau auszuführen) müssen Sie diesen Operator möglicherweise gegen jemanden austauschen, der die Messungen besser durchführen kann.
Verbessern Sie die Befestigung
Manchmal muss ein Teil in einer Vorrichtung montiert werden, bevor die Messung durchgeführt wird, und die Ausrichtung des Teils (zum Beispiel) beeinflusst die Messung. In diesem Fall müssen Sie das Design der Vorrichtung untersuchen und deren Variabilität beseitigen.
Eine Einschränkung: Angenommen, Sie messen den Durchmesser eines Teils und platzieren das Teil zur Messung in einer Vorrichtung. Wenn die Vorrichtung das Teil immer auf die gleiche Weise (im Winkelsinn) ausrichtet, kann die Messvariabilität erheblich verbessert werden. Wenn jedoch alle Teile „eiförmig“ sind und Sie das Teil immer so ausrichten, dass der größte Durchmesser gemessen wird, erzielen Sie möglicherweise eine hohe Wiederholgenauigkeit der Messung, verfehlen aber die eigentliche Eigenschaft, die Sie erfassen möchten!
Das waren also die Möglichkeiten, dasselbe Messgerät zu verwenden. Es gibt auch Möglichkeiten, das Messgerät zu wechseln: ein neues Messgerät kaufen, ein neues Messgerät bauen und eine andere zu messende Größe finden. Schauen wir uns jede dieser Optionen an.
Kaufen Sie ein neues Messgerät
Das mag offensichtlich erscheinen, aber wenn das alte Messgerät nicht gut genug ist, können wir dann einfach ein besseres Messgerät kaufen? Dies kann die Untersuchung der Funktionsweise des alten Messgeräts beinhalten. Können wir einen genaueren Sensor kaufen? Kommt die Abweichung von der Signalaufbereitungselektronik? Müssen wir das gesamte Messsystem austauschen oder verringert der Austausch einzelner Teile unsere Variation?
Oftmals ist der Kauf eines neuen Messgeräts die einfachste Lösung, obwohl die Anschaffung des neuen Systems erhebliche Kosten verursachen kann (insbesondere, wenn mehrere Messgeräte ausgetauscht werden müssen) und Zeit für die Bestellung und Qualifizierung des neuen Messsystems erforderlich ist.
Bauen Sie ein neues Messgerät
You may be able to build a better gauge, if you have the resources.You may be able to build a better gauge, if you have the resources.You may be able to build a better gauge, if you have the resources.You may be able to build a better gauge, if you have the resources.Wenn Sie über die nötigen Ressourcen verfügen, können Sie möglicherweise ein besseres Messgerät erstellen. Manchmal ist die Messgenauigkeit, die Sie suchen, einfach nicht von der Stange. Wenn Sie über internes Fachwissen in der Entwicklung von Messsystemen (oder in der Entwicklung spezieller Vorrichtungen für Ihren speziellen Prozess oder Ihr Produkt) verfügen, können Sie diese Ressourcen möglicherweise zum Aufbau eines besseren Messgeräts einsetzen. Alternativ finden Sie möglicherweise einen speziellen Anpassungsladen, der diese Art von Arbeit für Sie erledigen kann. Genau wie der einfache Kauf eines neuen Messgeräts kostet dies sowohl Zeit als auch Geld.
Eine Einschränkung beim Aufbau Ihres eigenen Messgeräts: Es kann von Ihnen erwartet werden, dass Sie dieses Maß in Zukunft unterstützen. Dies kann als positiv (z. B. Arbeitsplatzsicherheit) oder als negativ (zusätzliche Verantwortung, die sich für Sie möglicherweise nicht lohnt) angesehen werden. Wenn Sie den Bau eines neuen Messgeräts in Betracht ziehen, sollten Sie in jedem Fall die zusätzlichen Support- und/oder Übergangsprobleme berücksichtigen, die mit dem Vorhaben einhergehen könnten.
Finden Sie eine andere zu messende Größe
Haben Sie wirklich darüber nachgedacht, was Sie messen?Gibt es eine andere Größe, die stattdessen gemessen werden könnte?Beispielsweise können lineare Widerstandsgeräte zur Messung der Reibung zwischen Teilen empfindlich sein.Wie wäre es, statt des linearen Widerstands Scheiben aus den Materialien herzustellen und das Drehmoment zu messen, um die flachen Oberflächen gegeneinander zu drehen?Oder wie wäre es mit einem Laserscanner zur Messung der Oberflächenrauheit?Es gibt oft mehr als eine Art, ein Ei zu kochen!Auch hier sind Kosten und Zeit ein Problem.
Ressourcen
Wenn Sie mehr über die Messsystemanalyse erfahren möchten, finden Sie hier einige nützliche Links und Referenzen:
Und natürlich können Sie mich jederzeit gerne kontaktieren, wenn Sie Hilfe benötigen.
Demnächst
Ich habe vor, im weiteren Verlauf alle folgenden Themen anzusprechen. Ich hoffe, Sie können sich uns anschließen!
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