mのパート4についてyブログシリーズ「失敗から学ぶ」 、測定システムと、それを理解していないと発生するリスクについて話します。
測定システムが何であるかは誰もが知っていますよね? おそらくガスポンプにデジタル表示があるのかもしれません。 あるいは、看護師が患者の脈拍数を測定しているか、食料品店の店員がバナナが店頭に並べるのに十分熟しているかどうか（ただし、熟しすぎていないか）を判断しているのかもしれない。 それぞれの「システム」は何らかの質または量を測定するために使用され、その結果として判断が行われます。
すべての測定システムに共通することが 1 つあるとすれば、それは誤差です。 完璧な測定システムは存在せず、測定システムの機能を理解していないと、システムの出力に基づいて間違いを犯す危険があります。
長年にわたり、私は測定データを収集して報告する際にさまざまな間違いを見てきました。 これらの間違いには次のようなものがあります。
- 測定値の桁数が多すぎることを報告します。
- 測定の不確実性を報告していない。
- 必要な測定を行うことができないゲージを使用している。
それぞれについて順番に説明していきます。 このブログ投稿が、測定システム分析の「ハウツー」ガイドになることを望みません。 (最後に、役立つリソースを示す参考文献をいくつか記載します。) しかし、人々が測定システムを使用する方法に共通するいくつかの欠陥を指摘したいと思います。 続いて、特定の測定システムが「十分」ではないことがわかった場合の対処法についてアドバイスします。
間違い #1: 測定値の桁数が多すぎると報告する
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?ガスポンプが小数点以下 3 桁まで正確であると信じますか?この特定のトピックは、数値読み出し機能を持つ測定システム (略して「ゲージ」と呼ばれることが多い) に当てはまります。 前述のガスポンプの例を考えてみましょう。 ガスポンプによっては、0.001 ガロンの単位で表示されるものもあります。 そうすれば気分がよくなるかもしれません (「ガソリンがちょうど 14.372 ガロン入っています!」) しかし、それがそのレベルまで正確だと思いますか? 通常、注入口からノズルを引き出すたびに、数滴のガスが地面に落ちるのが見えます。 実際にノズルから送り出されたガスの量はどれくらいですか? 実際にタンクにはどれくらい入ったのでしょうか？ そこまで正確であることが重要でしょうか？
一方で、0.1 ガロン単位で表示される「古いスタイル」のガソリン ポンプを覚えている人もいるかもしれません (もしそうなら)。 ガソリン価格が高騰しているこの時代に消費者として、過剰請求されていないことを確認するために、自分が注入したガソリンの量にもう少し自信を持ちたいと思いませんか?
私は業界での経験の中で、両方の種類の間違いを見てきました。 あなたが会議に出席していて、誰かがデータを提示した場合、次の 2 つの発言それぞれにどう反応しますか?
- 「製品 A の 1 つは 97.3275412、製品 B の 1 つは 98.2021929 を測定しました。」
- 「製品 A の測定値は 97、製品 B の測定値は 98」
聴衆にとって、最初の発言が行われた場合、それは測定の精度が非常に高いことを意味します。 製品 B が製品 A よりも明らかに、非常に具体的な量だけ高いという結論が下される場合があります。 逆に、そのような正確さを生み出すことができるゲージはほとんどないため、知識のある聞き手はプレゼンターが自分が何をしているのかを理解しているかどうか疑問に思うかもしれません。
2 番目の声明がなされた場合、聴衆は 2 つの製品の違いについて「より穏やかな」印象を持つかもしれません。 聴衆は、測定システムの再現性、および/または測定された部品が本当に異なるかどうかについて質問し始めるように誘導される可能性があります。
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?報告する適切な桁数は何ですか?それでは、何桁報告する必要があるのでしょうか? どうやってその判断を下すのですか？ 測定者が単に「経験」に基づいて、報告する桁数を恣意的に決定すべきでしょうか?
幸いなことに、これを解決する簡単な方法があることが判明しました。 実際、EMP (測定プロセスの評価) と呼ばれる方法により、ゲージの性能能力に基づいて、レポートに適切な桁数が得られます。EMP についてはこの記事の後半で説明します。
間違い #2: 測定の不確実性を報告しない
上記の例を続けると、測定値の記載には別の問題があります。 私たちの測定システムは（程度の差はあれ）不完全です。 ゲージを使って 1 つの部品を何度も測定するとします。 ゲージにはランダムな誤差があるため、測定値は同じにはなりません。 この単一部品の最初の 3 つの読み取り値について、次の値が得られます。
98.2
97.3
98.5
では、この部分の測定値はいくらでしょうか? 部品自体が測定値間で変化していないと仮定すると、ゲージによって測定値に変動が生じているはずです。 さらに、このパーツのスペックの下限が 98 だったらどうでしょうか。これは良いパーツですか、それとも悪いパーツですか? この部品の測定値はどのように報告すればよいでしょうか?
ゲージの能力を理解できれば、ゲージの不確実性を表現できるでしょう。 たとえば、単一の測定には ±2.1 単位の不確実性がある可能性があるため、報告された測定値は 98.2 ± 2.1 単位になる可能性があります。 これにより、情報の消費者は、この測定がどれほど良い (または悪い!) かを知ることができます。
このゲージの不確かさはどのようにして得られるのでしょうか? 不確かさは、測定装置の誤差とゲージのオペレーターによる誤差 (ゲージの再現性と再現性、つまり GR&R と呼ばれることが多い) によるゲージ誤差の合計と、希望する信頼水準に基づいています。報告。 95% の信頼度または 99% の信頼度を選択することも、測定システムの中央値誤差などを指定することもできます。 (もちろん、データを公開するときは、視聴者がこの不確実性の基準を認識していることを確認してください。)
次のセクションでは、ゲージ R&R についてもう少し詳しく説明します。 今のところ、この物語のこの部分の教訓は次のとおりです。測定値に付随する不確実性も報告せずに、決して測定値を報告しないでください。
間違い #3: 測定システムを使用しても測定できない
この話題は明らかな間違いのように思えるかもしれませんが、許容できないほど大きなばらつきを持った測定システムが今でも使用されているのを私は見てきました。 理由は、ゲージの機能を単純に知らなかったというものから、「それは私たちがいつもやってきたことだから」、「それが私たちが持っている唯一のゲージだから」などさまざまです。
このような機能のないゲージを使用すると、多くの問題が発生する可能性があります。例えば：
- 生産ラインからの部品を選別するために品質の悪いゲージが使用されている場合、良品部品を廃棄したり不良部品を受け入れたりするリスクがあり、どちらも会社にとってコストがかかります。
- 生産プロセスが「制御されている」かどうかを監視するために貧弱なゲージが使用されている場合、(1) ゲージがシステムにマスキングノイズを追加するため、制御不能な状況が隠蔽される、または (2) 出費のいずれかのリスクがあります。問題が実際に測定ノイズである場合は、制御不能な状況を解決するのに時間がかかります。
- 研究開発環境で貧弱なゲージを使用すると、ゲージでは小さな（それでも価値のある）違いを測定できないため、潜在的な改善間の違いを検出できないリスクがあります。
ゲージを効果的に使用するには、ゲージで何を測定できるかを理解することが重要です。 次のセクションでは、ゲージのパフォーマンスを評価するためのいくつかの簡単で一般的な方法について説明します。
ソリューションの始まり: 測定システムを理解する
上記の間違いに遭遇した場合は、安心してください。あらゆる問題に何らかの方法で対処できるツールが存在します。 これらのツールのうち 2 つ (Gauge R&R および EMP) については、以下で簡単に説明します。
ゲージR&R
ゲージ R&R は、ゲージの再現性と再現性の略で、「再現性」は測定器自体に起因する誤差を表し、「再現性」は測定器を使用するオペレータに起因する誤差を表します。
Gauge R&R は、生産プロセスを測定するニーズに対処するために数十年前に誕生しました。 ゲージの性能を、仕様限界と比較して、またはゲージの研究に使用される部品の範囲と比較して評価します。 本質的に、部品の真の値の測定による汚染を最小限に抑えるために、仕様範囲または部品範囲に対してゲージ R&R の変動性を低くする必要があります。
ゲージ R&R は比較的単純なプロセスで、多くの場合 3 人のオペレーターが 10 個の部品を繰り返し測定します。 ここから、仕様または部品に対するゲージの変動量の推定値が得られます。 全体の変動に対するゲージの変動の割合を使用して、ゲージの性能を判断できます。 ゲージ R&R に関する参考文献は数多くあります。 いくつかはこの投稿の最後にある参考文献にリストされます。
EMP
数年前、Donald Wheeler は伝統的なゲージ R&R に新たな視点を加えました。 ウィーラー氏は、これを「測定プロセスの評価」（EMP）と呼び、プロセスが「制御不能」になったかどうかを検出できるかどうかという観点から測定システムを検討しました。 （ご了承くださいJMPでは標準的な方法として EMP を使用することを推奨していますが、EMP と Gauge R&R の両方がソフトウェアで使用できます。)
プロセスが制御されているかどうかは、製品の仕様や部品の範囲には依存せず、単にプロセスが良好に実行されている (つまり、制御されている) ときの通常の変動に依存することに注意してください。 Wheeler の評価プロセスは、特定のゲージで制御不能な状態が発生する可能性を判断します。 その過程で、Wheeler は、ゲージ測定で報告する不確実性を確立するときに役立つ「中央ゲージ誤差」などを開発しました。 また、ゲージ測定値を報告するときに使用する適切な有効桁数も決定します。 EMP を実行するプロセス (複数のオペレーター、複数の部品、繰り返し測定) は従来の GR&R と同じですが、その後の計算は異なります。 JMP はこれらすべてを自動的に処理します。
Gauge R&R と同様に、EMP のリファレンスはこのブログ投稿の最後にあります。
ゲージが十分ではありません — これからどうすればよいですか?
もうお分かりかと思いますが、すべてのゲージが収集したい測定値に適しているわけではありません。 さて、どうすればいいでしょうか？
検討できるオプションはいくつかあります。 それぞれに長所と短所があります。 電流ゲージを使用するものもあれば、新しい測定システムを見つける必要があるものもあります。
同じゲージを使用するオプションには、部品を繰り返し測定する、より多くの部品を測定する、オペレータのトレーニングを改善する、固定具を改善するなどがあります。 それぞれを見てみましょう。
部品を繰り返し測定する
同じ部品を複数回測定することを活用するとよいでしょう。 複数の測定値を平均すると、個々の部品の測定値の真の値をより正確に推定できます。
基本的に、私たちが行っていることは、標準測定プロセスの一部として、特定の部品に対して複数の測定を行うことが測定プロセスに含まれるように、「測定システム」を再定義することです。 「複数の測定」とは、毎回最初から開始することを意味するため、たとえば、取り付け誤差などを考慮するために、治具内の部品を取り外して交換する必要があることに注意してください。そうしないと、測定が一方向に偏ることになる可能性があります。または別のもの。
もちろん、複数の測定を行うと測定に時間がかかる可能性があり、それ自体が費用となります。 これにより生産速度が制限される場合は、いずれにせよ重複したゲージを構築する必要があるかもしれません。 また、テスト自体がテスト対象の部品に対して破壊的な場合も機能しません。
より多くの部品を測定する
上で説明した「さらに測定を行う」と同様に、部分の数 (つまり、サンプル サイズ) を増やすことによっても、母集団の平均値の推定値を向上させることができます。 この場合、基本的にすべての部品の合計分散が部品の分散そのものにゲージ R&R の分散を加えたものになると考えているため、合計の分散は大きくなります。 測定システムの手順では、毎回 N 個の部品を測定する必要があるため、ゲージ分散が高くても母平均のより正確な推定値が得られます。
もちろん、欠点は、より多くの部品の測定に時間がかかり、(破壊試験の場合) サンプル部品のコストが高くなるということです。 それでも、t 検定や分散分析によって 2 つ以上のサンプルを比較する場合、またはプロセス管理図を実行する場合には、平均を使用できます。
オペレータートレーニングの改善
ゲージ評価の結果によっては、差異の多くが 1 つまたは複数の演算子に起因していることがわかる場合があります。 誰かに迷惑をかけないように注意する必要がありますが、多くの場合、より良い測定を行うためにオペレーターを再トレーニングする方法を見つけることができます。 場合によっては (たとえば、誰かの目が特定のタスクを正確に実行するのに十分でない場合など)、この演算子をより測定能力のある人に変更する必要がある場合があります。
治具の改善
場合によっては、測定を行う前に部品を治具に取り付ける必要があり、部品の向きなどが測定に影響します。 この場合、治具の設計を検討し、そのばらつきを取り除く必要があります。
1 つの注意点:部品の直径を測定しているとします。測定のために部品を治具に置きます。 治具がパーツを常に同じ方向 (角度の意味で) に向ける場合、測定のばらつきが大幅に改善される可能性があります。 ただし、すべての部品が「卵型」で、最も広い直径が測定されるように部品の向きを常に設定すると、検出しようとしている実際の特性を見逃しながら、優れた測定再現性が得られる可能性があります。
つまり、これらは同じゲージを使用するためのオプションでした。 ゲージを変更するオプションもあります。新しいゲージを購入する、新しいゲージを構築する、測定する別の量を見つけるなどです。 これらの各オプションを見てみましょう。
新しいゲージを購入する
当たり前のことのように思えるかもしれませんが、古いゲージが十分ではない場合、単により良いゲージを購入すればよいのでしょうか? これには、古いゲージがどのように機能するかを調査することが含まれる場合があります。 より正確なセンサーを購入できますか? この差異は信号調整電子機器から生じているのでしょうか? 測定システム全体を交換する必要があるのでしょうか、それとも個々の部品を交換することでばらつきを減らすことができるのでしょうか?
多くの場合、新しいゲージを購入することが最も簡単な解決策ですが、新しいシステムの購入には多額の費用がかかる可能性があり（特に複数のゲージを交換する必要がある場合）、新しい測定システムの注文と認定の点で時間がかかる場合があります。
新しいゲージを構築する
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.リソースがあれば、より優れたゲージを構築できるかもしれません。場合によっては、求めているゲージの精度が既製では存在しないこともあります。 測定システムの開発 (または特定のプロセスや製品用の特別な治具の開発) に関する内部専門知識がある場合は、それらのリソースを活用してより優れたゲージを構築できる可能性があります。 あるいは、この種の作業を行ってくれる特別なカスタマイズ ショップを見つけることもできます。 単に新しいゲージを購入する場合と同様、これには時間と費用の両方がかかります。
独自のゲージを作成する場合の注意点が 1 つあります。今後、そのゲージをサポートすることが期待されるかもしれません。 これは、プラス（雇用の安定など）として捉えることもできますし、マイナス（報われないかもしれない追加の責任）として捉えることもできます。 いずれにせよ、新しいゲージの構築を検討している場合は、その事業に伴う追加のサポートや移行の問題を考慮してください。
測定する別の数量を見つける
何を測定しているのか真剣に考えましたか?代わりに測定できる別の量はありますか?たとえば、部品間の摩擦を測定する線形抗力装置は気まぐれな場合があります。線形抗力の代わりに、材料のディスクを作成し、平面同士を回転させるトルクを測定してはどうでしょうか?あるいはレーザースキャナーを使って表面粗さを測定してみてはいかがでしょうか？卵を調理する方法は複数ある場合があります。やはりコストと時間が問題になります。
資力
測定システム分析についてさらに詳しく知りたい場合は、次の便利なリンクと参考資料を参照してください。
そしてもちろん、サポートが必要な場合はいつでも私に連絡することを歓迎します。
近日登場
今後は以下のすべてのテーマについて触れていく予定です。 ぜひご参加ください！
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