Per la parte 4 di m si Serie di blog "Imparare dai miei errori". , Parlerò dei sistemi di misurazione e dei rischi che corriamo se non li capiamo.
Sappiamo tutti cos'è un sistema di misurazione, giusto? Forse è una pompa di benzina ha una lettura digitale. O forse è un'infermiera che misura la frequenza cardiaca di un paziente, o un impiegato di un negozio di alimentari che giudica se le banane sono abbastanza mature (ma non troppo mature) per essere esposte sul banco. Ogni "sistema" viene utilizzato per misurare una certa qualità o quantità, in modo che possa essere espresso un giudizio risultante.
Se c'è una cosa che tutti i sistemi di misurazione hanno in comune, è l'errore. Nessun sistema di misurazione è perfetto e, se non comprendiamo le capacità del sistema di misurazione, corriamo il rischio di commettere errori in base all'output del sistema.
Nel corso degli anni, ho visto una serie di errori durante la raccolta e la comunicazione dei dati misurati. Alcuni di questi errori includono:
- Riportare troppe cifre sulla misura.
- Non riportare un'incertezza sulla misura.
- Utilizzando un misuratore che non è in grado di effettuare la misurazione di cui hai bisogno.
Affronteremo ognuno di questi in ordine. Non voglio che questo post sul blog diventi una guida pratica per l'analisi dei sistemi di misura. (Includerò alcuni riferimenti alla fine che indicano alcune risorse utili.) Ma voglio sottolineare alcuni difetti comuni nel modo in cui le persone usano i sistemi di misurazione. Lo seguirò con alcuni consigli su cosa fare se scopri che il tuo particolare sistema di misurazione non è "abbastanza buono".
Errore n. 1: riportare troppe cifre su una misurazione
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?Credi che una pompa di benzina sia precisa fino a tre decimali? Questo particolare argomento si applica ai sistemi di misurazione (spesso indicati come "calibri" in breve) che hanno una lettura numerica. Prendi l'esempio della pompa di benzina menzionato in precedenza. Alcune pompe di benzina leggono fino a 0,001 galloni più vicini. Questo potrebbe farti sentire bene ("Sto ricevendo esattamente 14.372 galloni di benzina!") Ma credi che sia accurato a quel livello? Di solito vedo diverse gocce di gas colpire il suolo ogni volta che tiro l'ugello dal beccuccio di riempimento. Quanto gas è stato veramente pompato dall'ugello? Quanto è entrato davvero nel serbatoio? È importante essere così precisi?
D'altra parte, alcuni di voi potrebbero ricordare le pompe di benzina "vecchio stile" che potrebbero leggere con l'approssimazione di 0,1 galloni (se quella). Come consumatore in quest'epoca di prezzi del gas più alti, non vorresti essere un po' più sicuro di quanto gas hai appena pompato, per assicurarti di non essere sovraccaricato?
Ho visto entrambi i tipi di errori nella mia esperienza industriale. Se fossi seduto a una riunione e qualcuno presentasse dei dati, come risponderesti a ciascuna delle seguenti due affermazioni?
- "Ho misurato uno del prodotto A a 97,3275412 e uno del prodotto B a 98,2021929"
- "Il prodotto A ha misurato 97 e il prodotto B ha misurato 98"
Per il pubblico, se viene fatta la prima affermazione, implica un altissimo grado di accuratezza nelle misurazioni. Si potrebbe concludere che il prodotto B è chiaramente superiore al prodotto A e di un importo molto specifico. Il rovescio della medaglia, un ascoltatore esperto può chiedersi se il presentatore sappia cosa sta facendo, poiché pochissimi misuratori possono produrre quel tipo di accuratezza.
Se viene fatta la seconda affermazione, il pubblico potrebbe venire via con una sensazione "più morbida" riguardo alla differenza tra i due prodotti. Il pubblico può essere indotto a iniziare a porre domande sulla ripetibilità del sistema di misurazione e/o se le parti misurate sono veramente diverse.
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?Qual è il numero corretto di cifre da segnalare? Quindi quante cifre dovrebbero essere riportate? Come fai a prendere questa decisione? La persona che effettua la misurazione dovrebbe decidere arbitrariamente quante cifre riportare, basandosi semplicemente sull'"esperienza"?
Fortunatamente, si scopre che ci sono modi semplici per capirlo. In effetti, un metodo chiamato EMP (Evaluating the Measurement Process) fornisce il numero corretto di cifre da riportare, in base alla capacità di prestazione del misuratore.Parleremo di EMP un po' più avanti in questo post.
Errore n. 2: non riportare l'incertezza su una misurazione
Continuando con l'esempio precedente, c'è un altro problema con l'indicazione dei valori misurati. Il nostro sistema di misurazione è imperfetto (in un modo o nell'altro). Diciamo che usiamo il nostro calibro per misurare una parte, più e più volte. Le misurazioni non saranno le stesse, perché abbiamo errori casuali nel nostro misuratore. Otteniamo i seguenti valori per le prime 3 letture su questa singola parte:
98.2
97.3
98,5
Quindi qual è il valore misurato per questa parte? Supponendo che la parte stessa non cambi tra le letture, il misuratore deve introdurre variazioni nelle letture. Inoltre, cosa accadrebbe se il limite di specifica inferiore per questa parte fosse 98. È una parte buona o una parte cattiva? Come dovremmo riportare un valore misurato per questa parte?
Se potessimo capire la capacità del nostro misuratore, saremmo in grado di esprimere un'incertezza per il misuratore. Ad esempio, una singola misurazione potrebbe avere un'incertezza di ±2,1 unità, quindi la nostra misurazione riportata potrebbe essere di 98,2 ± 2,1 unità. Questo dà al consumatore delle informazioni un'idea di quanto fosse buona (o cattiva!) questa misurazione.
Come si ottiene questa incertezza di gauge? L'incertezza si basa sull'errore totale del misuratore, che è dovuto all'errore del dispositivo di misurazione e all'errore dovuto all'operatore del misuratore (spesso indicato come ripetibilità e riproducibilità del misuratore, o GR&R), insieme al livello di confidenza che si desidera rapporto. Puoi scegliere una confidenza del 95% o una confidenza del 99% oppure puoi specificare qualcosa come l'errore mediano per il sistema di misurazione. (Naturalmente, assicurati che il tuo pubblico sia a conoscenza di questo criterio di incertezza quando pubblichi i tuoi dati!)
Parleremo un po' di più di Gauge R&R nelle prossime sezioni. Per ora, la morale di questa parte della storia è: Non riportare mai un valore misurato senza riportare anche l'incertezza che ne consegue!
Errore n. 3: utilizzo di un sistema di misurazione incapace di effettuare le tue misurazioni
Questo argomento può sembrare un ovvio errore, ma ho visto sistemi di misurazione che hanno una variabilità inaccettabilmente elevata che sono ancora in uso. Le ragioni variano dalla semplice ignoranza delle capacità del misuratore a "È quello che abbiamo sempre fatto" a "È l'unico misuratore che abbiamo".
L'uso di un calibro così incapace può portare a una moltitudine di problemi.Per esempio:
- Se il calibro scadente viene utilizzato per selezionare i pezzi da una linea di produzione, corriamo il rischio di scartare i pezzi buoni e/o accettare quelli difettosi, entrambi costi per l'azienda.
- Se il misuratore scadente viene utilizzato per monitorare se un processo di produzione è "sotto controllo", corriamo il rischio di (1) mascherare una situazione fuori controllo perché il misuratore aggiunge rumore di mascheramento al sistema, o (2) spendere tempo cercando di risolvere una situazione fuori controllo quando il problema è in realtà il rumore di misura.
- Se si utilizza un misuratore scadente in un ambiente di ricerca e sviluppo, si rischia di non rilevare differenze tra potenziali miglioramenti perché il misuratore non è in grado di misurare piccole (ma preziose) differenze.
Capire cosa è in grado di misurare il tuo misuratore è fondamentale per un uso efficace del misuratore! La prossima sezione parla di un paio di modi semplici e comuni per valutare le prestazioni del misuratore.
L'inizio di una soluzione: comprendere il proprio sistema di misurazione
Se hai notato uno degli errori sopra descritti, fatti coraggio: ci sono strumenti disponibili per affrontare tutti i problemi in un modo o nell'altro. Due di questi strumenti (Gauge R&R ed EMP) sono brevemente descritti di seguito.
Calibro R&R
Gauge R&R sta per Gauge Repeatability and Reproducibility, dove “ripetibilità” rappresenta gli errori dovuti allo strumento di misura stesso, e “riproducibilità” rappresenta gli errori dovuti agli operatori che utilizzano lo strumento di misura.
Gauge R&R nasce decenni fa per rispondere alla necessità di misurare i processi produttivi. Valuta le prestazioni del misuratore rispetto ai limiti delle specifiche o rispetto a una serie di parti utilizzate per studiare il misuratore. In sostanza, si desidera che la variabilità R&R del misuratore sia bassa rispetto alla gamma delle specifiche o alla gamma delle parti, al fine di ridurre al minimo la contaminazione della misurazione dei valori reali delle parti.
Gauge R&R è un processo relativamente semplice, che spesso coinvolge tre operatori che misurano ripetutamente 10 parti. Da ciò derivano stime della quantità di variabilità del calibro rispetto alle specifiche o alle parti. La proporzione della variabilità del misuratore rispetto alla variabilità totale può quindi essere utilizzata per giudicare le prestazioni del misuratore. Ci sono molti riferimenti per Gauge R&R. Diversi saranno elencati nei riferimenti alla fine di questo post.
EMP
Diversi anni fa Donald Wheeler ha dato una nuova occhiata al tradizionale Gauge R&R. Chiamandolo Valutazione del processo di misurazione (o EMP), Wheeler ha esaminato il sistema di misurazione in termini di probabilità di rilevare se un processo è andato "fuori controllo". (Notare che JMP consiglia di utilizzare EMP come pratica standard, sebbene sia EMP che Gauge R&R siano disponibili nel software.)
Ricordiamo che il fatto che un processo abbia o meno il controllo non dipende dalle specifiche del prodotto o dalle gamme di parti, ma semplicemente dalla normale variazione quando il processo funziona bene (vale a dire, è sotto controllo). Il processo di valutazione di Wheeler determina la probabilità di rilevare condizioni fuori controllo per un dato indicatore. Lungo la strada, Wheeler sviluppa cose come "Errore di misura medio", che è utile quando si stabilisce l'incertezza da segnalare con le misurazioni del misuratore. Determina anche il numero corretto di cifre significative da utilizzare quando si riportano le misurazioni del calibro. Il processo per eseguire un EMP (più operatori, più parti, misurazioni ripetute) è lo stesso di un GR&R tradizionale, ma i calcoli che ne derivano differiscono. JMP gestisce tutto questo automaticamente.
Come per Gauge R&R, puoi trovare riferimenti per EMP alla fine di questo post sul blog.
Il mio indicatore non è abbastanza buono: cosa devo fare adesso?
Come sono sicuro che ormai avrai capito, non tutti i calibri sono adeguati per le misure che vogliamo raccogliere. Quindi ora cosa facciamo?
Ci sono diverse opzioni che possiamo considerare. Ognuno ha pro e contro. Alcuni prevedono l'utilizzo del calibro corrente, mentre altri richiedono la ricerca di un nuovo sistema di misurazione.
Le opzioni per l'utilizzo dello stesso calibro includono la misurazione ripetuta dei pezzi, la misurazione di più pezzi, il miglioramento della formazione degli operatori e il miglioramento dell'attrezzaggio. Diamo un'occhiata a ciascuno di questi.
Misura le parti ripetutamente
Potresti sfruttare il vantaggio di misurare la stessa parte più volte. La media di più misurazioni fornisce una stima migliore del valore reale della misurazione di una singola parte.
Essenzialmente ciò che stiamo facendo è ridefinire il "Sistema di misurazione" in modo tale che il processo di misurazione includa l'esecuzione di misurazioni multiple su una determinata parte, come parte del processo di misurazione standard. Si noti che "misurazioni multiple" significa iniziare da zero ogni volta, quindi ad esempio una parte dovrebbe essere rimossa e sostituita nel dispositivo per tenere conto degli errori di montaggio, ecc., altrimenti si potrebbe finire per influenzare le misurazioni in una direzione oppure un'altra.
Naturalmente, più misurazioni possono portare a più tempo per effettuare le misurazioni, che è una spesa in sé e per sé. E se questo limita i tassi di produzione, potrebbe essere necessario costruire comunque misuratori duplicati. Inoltre, non funzionerà se il test stesso è distruttivo per la parte sottoposta a test.
Misura più parti
Analogamente a "Effettua più misurazioni" descritto sopra, l'aumento del numero di parti (ad esempio, la dimensione del campione) può anche migliorare la stima della media della popolazione. In questo caso, consideriamo essenzialmente la varianza totale di tutte le parti come composta dalla varianza delle parti stessa più la varianza Gauge R&R, quindi la varianza totale sarà gonfiata. La procedura del sistema di misurazione comporterebbe quindi la misurazione di N parti ogni volta, il che ci fornisce una stima migliore della media della popolazione, anche con la varianza di gauge elevata.
Naturalmente, lo svantaggio è che la misurazione di più parti richiede più tempo e (nel caso di test distruttivi) costa di più in termini di parti campione. Tuttavia, la media può essere utilizzata quando si confrontano due o più campioni tramite t-test e ANOVA o se si eseguono grafici di controllo del processo.
Migliora la formazione degli operatori
A seconda dei risultati della tua valutazione del misuratore, potresti scoprire che gran parte della varianza proviene da uno o più operatori. Mentre dovresti stare attento a non mettere in imbarazzo nessuno, spesso puoi trovare modi per riqualificare i tuoi operatori per effettuare misurazioni migliori. Occasionalmente (ad esempio se gli occhi di qualcuno non sono abbastanza buoni per eseguire con precisione un determinato compito), potrebbe essere necessario sostituire questo operatore con qualcuno più capace di effettuare le misurazioni.
Migliora il fissaggio
A volte una parte deve essere montata in un dispositivo prima che venga effettuata la misurazione e l'orientamento della parte (ad esempio) influisce sulla misurazione. In questo caso, sarà necessario studiare il design del dispositivo e rimuoverne la variabilità.
Un avvertimento: Supponi di misurare il diametro di una parte e di posizionare la tua parte in un dispositivo per la misurazione. Se l'attrezzatura orienta sempre la parte nello stesso modo (in senso angolare), è possibile ottenere una variabilità di misurazione molto migliore. Tuttavia, se tutte le parti sono "a forma di uovo" e si orienta sempre la parte in modo che venga misurato il diametro più largo, si può ottenere una grande ripetibilità della misurazione pur perdendo la proprietà effettiva che si sta tentando di rilevare!
Quindi quelle erano le opzioni per utilizzare lo stesso indicatore. Ci sono anche opzioni per cambiare i misuratori: acquistare un nuovo misuratore, costruire un nuovo misuratore e trovare una quantità diversa da misurare. Diamo un'occhiata a ciascuna di queste opzioni.
Acquista un nuovo calibro
Questo può sembrare ovvio, ma se il vecchio calibro non è abbastanza buono, possiamo semplicemente acquistare un calibro migliore? Ciò può comportare l'esplorazione di come funziona il vecchio misuratore. Possiamo acquistare un sensore più accurato? La varianza proviene dall'elettronica di condizionamento del segnale? Dobbiamo sostituire l'intero sistema di misurazione o la sostituzione di singole parti riduce la nostra variazione?
Spesso l'acquisto di un nuovo misuratore è la soluzione più semplice, sebbene l'acquisto del nuovo sistema possa costare molto (soprattutto se è necessario sostituire più misuratori) e può costare tempo in termini di ordinazione e qualificazione del nuovo sistema di misurazione.
Costruisci un nuovo indicatore
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.Potresti essere in grado di costruire un indicatore migliore, se hai le risorse. A volte la precisione del misuratore che stai cercando non esiste sullo scaffale. Se disponi di competenze interne nello sviluppo di sistemi di misurazione (o nello sviluppo di attrezzature speciali per il tuo particolare processo o prodotto), potresti essere in grado di impiegare tali risorse per costruire un misuratore migliore. In alternativa, potresti trovare uno speciale negozio di personalizzazione che potrebbe svolgere questo tipo di lavoro per te. Come con il semplice acquisto di un nuovo misuratore, questo costerà tempo e denaro.
Un avvertimento per costruire il tuo misuratore: Ci si potrebbe aspettare che tu supporti quell'indicatore andando avanti. Questo potrebbe essere visto come positivo (ad esempio, sicurezza del lavoro) o negativo (responsabilità extra che potrebbe non essere gratificante per te). In ogni caso, se stai pensando di costruire un nuovo misuratore, prendi in considerazione il supporto aggiuntivo e/o i problemi di transizione che potrebbero accompagnare l'impresa.
Trova una quantità diversa da misurare
Hai davvero pensato a cosa stai misurando?C'è un'altra quantità che potrebbe essere misurata invece?Ad esempio, i dispositivi di trascinamento lineare per misurare l'attrito tra le parti possono essere capricciosi.Invece della resistenza lineare, che ne dici di creare dischi di materiali e misurare la coppia per far ruotare le superfici piatte l'una contro l'altra?O che ne dici di utilizzare uno scanner laser per misurare la rugosità della superficie?Spesso c'è più di un modo per cucinare un uovo!Ancora una volta, il costo e il tempo sono problemi.
Risorse
Se stai cercando di saperne di più sull'analisi dei sistemi di misurazione, ecco alcuni link e riferimenti utili:
E ovviamente sei sempre il benvenuto a contattarmi per chiedere aiuto.
In arrivo
Ho intenzione di toccare tutti i seguenti argomenti man mano che procediamo. Spero che tu possa unirti a noi!
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