Анализ измерительных процессов MSA ( Measurement System Analysis )
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ 1. ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002. Точность (правильность и прецизионность ) методов и результатов измерений. Основные положения и определения. 2. ГОСТ Р 50779.10-2000 (ИСО 3534.1-93). Статистические методы. Вероятность и основы статистики. Термины и определения. 3. РМГ 29-2013. Рекомендации ГСИ. Метрология. Основные термины и определения. 4. ГОСТ Р 51814.5-2005. СМК в автомобилестроении. Анализ измерительных и контрольных процессов. 5. Анализ измерительных систем. MSA (третья версия). Пер. с англ. – Н.Новгород: СМЦ «Приоритет».
Цели MSA Согласно ГОСТ51814.5-2005 анализ измерительных и контрольных процессов целесообразно применять для : - первоначального оценивания параметров статистических характеристик измерительных и контрольных процессов для параметров автомобильных компонентов, а также параметров процессов их производства на стадии подготовки производства ; - периодического подтверждения статистических характеристик измерительных и контрольных процессов между проведениями поверок/калибровок средств измерений и контроля; - внеочередного подтверждения статистических характеристик измерительных и контрольных процессов в случаях замены, модернизации, ремонта средств измерительной техники, изменения технологического процесса, увеличения количества несоответствий измеряемого параметра и т. д.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Измерение – нахождение значения величины опытным путем с применением специальных технических средств. Измерительный процесс – процесс, преобразу-ющий значение измеряемого параметра в результат измерения посредством использования ресурсов (средств измерительной техники и другого оборудо-вания, оператора, окружающей среды и т.д.), регулируемый методикой выполнения измерения.
ПРОЦЕСС ИЗМЕРЕНИЙ Измерение и анализ – это процесс – процесс измерений Любые управленческие, статистические и логические методы управления процессом могут быть к нему применены. Ю
Модель измерительного процесса
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Средство измерений – техническое средство, предназначенное для измерений и имеющее нормированные (установленные) метрологические характеристики. Измерительная система – совокупность средств измерений и других средств измерительной техники, размещенных в разных точках объекта измерения, функционально объединенных с целью измерений одной или нескольких величин, свойственных этому объекту.
Измерительная система Для контроля по допуску Для слежения за процессом КЛАССИФИКАЦИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Поверка средств измерений Поверке подвергают средства измерений, исполь-зуемые в сферах деятельности, где государственный метрологический контроль и надзор являются обяза-тельными. Поверка СИ – это установление органом государ - ственной метрологической службы (или другим офи-циально уполномоченным органом, организацией) пригодности измерений к применению на основании экспериментально определяемых метрологических характеристик и подтверждения их соответствия установленным обязательным требованиям.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Калибровка средств измерения В сферах деятельности, где государственный метроло-гический надзор и контроль не является обязательным, для обеспечения метрологической исправности средств измерений применяется калибровка. Калибровка средств измерения – совокупность операций, устанавливающих соотношение между значе-нием величины, полученным с помощью данного СИ и соответствующим значением величины, определенным с помощью эталона с целью определения действительных метрологических характеристик этого СИ.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Результат калибровки • Калибровка позволяет оценить погрешности показания средства измерения, измерительной системы или меры, или приписать значения отметкам произвольных шкал. • Результат калибровки может выражаться в виде поправки или калибровочного коэффициента или калибровочной кривой. • Результат калибровки удостоверяется калибровочным знаком или свидетельством о калибровке.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Истинное значение Истинное значение величины ─ значение, идеальным образом характеризующее в качественном и количественном отношении соответствующую величину. Истинное значение: ─ это значение, которое могло быть получено в результате совершенного измерения; ─ по своей природе неопределимо. Предполагаемое истинное значение измеряемого параметра ─ это значение параметра, полученное экспериментальным путем и настолько близко к истинному значению, что в поставленной измерительной задаче может быть использовано в качестве истинного значения.
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Опорное значение Опорное значение величины ─ значение величины, используемое как основа для сравнения со значением величины того же рода. Опорным значением величины при оценке системати-ческой погрешности измерения (смещения среднего арифме-тического значения) ─ является измеренное значение величины эталона. Опорным значением величины при оценке случайной погрешности измерения (сходимости и воспроизводимости результатов измерений) ─ является среднее значение, которое получается в результате бесконечного числа повторных измерений одной и той же величины.
Показатели качества измерительного процесса
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Точность измерений является характеристикой качества измерений, отражающая близость к нулю погрешности его результата. Для описания точности измерений в ГОСТ Р ИСО 5725.1-2002 «Точность (правильность и прецизионность ) методов и резуль-татов измерений» используют два термина: правильность и прецизионность. Правильность характеризует степень близости среднего арифметического значения большого числа результатов измерений к истинному значению и оценивается смещением среднего арифметического значения при многократных измерениях ФВ от истинного значения.
Абсолютное значение смещения среднего арифметичес-кого значения измеряемой величины можно рассчитать по формуле где среднее арифметическое значение измеряемой величины; истинное значение измеряемой величины. Смещение среднего арифметического значения В х х и f (х) ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Относительное смещение среднего арифмети - ческого значения измеряемой величины обозначают % В и рассчитывают по формуле где IT стандартный допуск. При анализе измерительного процесса относи-тельное смещение не должно превышать 10 %. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Возможные причины чрезмерного смещения : средство измерения нуждается в калибровке; износ средства измерения; износ или повреждение эталона, погрешность эталона; ошибочное применение средства измерения; погрешности метода измерения в установке, базировании, креплении, методике; деформация (прибора или детали); влияние окружающей среды: температура, влажность, вибрация, грязь; ошибки оператора (контролера): квалификация контролера, утомляемость, ошибки наблюдения (считываемость, параллакс) и др.
Стабильность измерительного процесса (статистически управляемое состояние) – состояние измеритель-ного процесса, при кото-ром удалены все особые (неслучайные) причины изменчивости, т.е. наблю-даемая изменчивость может быть объяснена системой обычных (случайных) причин. f (x) f (x) t x f (x) f (x) f (x) f (x) x x x х и х и x x t В 2 В 1 Нестабильное состояние Стабильное состояние ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Прецизионность результатов измерений – степень близости друг к другу независимых результатов измерений, полученных в конкретных регламентированных условиях. Прецизионность зависит только от случайных погрешностей и не имеет отношения к истинному значению измеряемой величины. Прецизионность является общим термином для выражения изменчивости повторяющихся измере-ний и включает в себя сходимость и воспроизво-димость результатов измерений. ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Сходимость результатов измерений (сходимость измерений) – это близость друг к другу результатов измере-ний одной и той же величины, выполненных повторно одними и теми же средствами, одним и тем же методом в одинаковых условиях и с одинаковой тщательностью ( EV – Equipment variation ). Воспроизводимость результатов измерений ( воспроизводимость измерений) – это близость результа - тов измерений одной и той же величины, полученных в раз - личных местах, разными методами, разными средствами, разными операторами, в разное время, но приведенных к одним и тем же условиям измерений (температуре, давлению, влажности и др.) (см. рис.). Воспроизводимость, также как и сходимость, количественно может быть выражена СКП результата измерения ( AV – Appraiser variation ). ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Воспроизводимость EV Оператор С Оператор В Оператор А Сходимость EV х f (х) Воспроизводимость результатов при измерении различными операторами ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Сходимость и воспроизводимость прибора ( Gage Repeatability and Reproducibility ) : объединенная оценка сходимости и воспроизводимости измерительной системы GRR или R&R Возможности измерительной системы; в зависимости от используемого метода может включать или не включать влияние времени GRR или R&R прибора ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Разброс измерений R&R
ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ Возможные причины плохой сходимости : деталь (образец): отклонения формы, расположения поверхностей, чистота поверхности, устойчивость образцов; инструмент (прибор): требует ремонта, износ, плохое качество или эксплуатация; эталон: качество, класс, износ; погрешности метода: изменчивость в установке, технике, установке нуля, держании, зажиме, плотности точек; ошибки контролера: техника, недостаток опыта или навыка, способность, утомляемость; окружающая среда: краткосрочные колебания температуры, вибрация, освещение, чистота; ошибочные применения измерительного прибора.
Достоверность измерений определяется степенью доверия к результату измерения и характеризуется вероятностью того, что истин-ное значение измеряемой величины находится в указанных пределах интервала результата измерения от х – до х + . Как следует из анализа погрешностей, досто-верность измерений – это близость к нулю случайной или неисключенной систематичес-кой погрешности.
ИСТОЧНИКИ ИЗМЕНЧИВОСТИ ИС Модель SWIPE. Причинно-следственная диаграмма
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ Адекватная разрешающая способность и чувствительность. Правило: 10 к 1. Статистически управляемое состояние измерительной системы. Малая изменчивость измерительной системы по сравнению с допуском при контроле продукции. Эффективное разрешение и малая изменчивость измерительной системы по сравнению с изменчивостью производственного процесса, в случае, когда измерительная система используется для слежения за процессом. Статистические характеристики измерительной системы могут быть различными в пределах нормального рабочего диапазона. В этом случае наибольшая изменчивость измерительной системы должна быть мала по сравнению с изменчивостью процесса и допуском.
РАЗРЕШАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ Разрешающая способность средства измерения наименьшая разность между показаниями, которая может быть заметно различима. Численное значение разрешающей способности обычно величина наименьшего значения на шкале средства измерения. Общее эмпирическое правило MSA разрешающая способность средства измерения должна составлять, по крайней мере, одну десятую измеряемого диапазона. Традиционно этот диапазон берется равным допуску на продукцию. Это соответствует философии непрерывного улучшения.
ОЦЕНКА АДЕКВАТНОСТИ РАЗРЕШАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ Наилучшей индикацией адекватности разрешающей способности являются карты размахов процесса ( SPC ). Измерения выполнены средством измерения с неадекватной разрешающей способностью, если: карта размахов показывает только 1, 2 или 3 возможные величины, находящиеся в пределах контрольных границ ( LCL UCL ) ; карта размахов показывает 4 возможные величины в пределах контрольных границ и более ¼ рамахов карта размахов показывает нулевые.
ВЛИЯНИЯ ОШИБКИ ИЗМЕРЕНИЯ НА РЕШЕНИЯ В ОТНОШЕНИИ ПРОЦЕССА
ВЛИЯНИЯ ОШИБКИ ИЗМЕРЕНИЯ НА РЕШЕНИЯ В ОТНОШЕНИИ ПРОЦЕССА
СВЯЗЬ МЕЖДУ НАСТРОКОЙ И ИЗМЕНЧИВОСТЬЮ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
6 σ тех m m n n c c IT 2 мет 2 мет у ( σ тех ; σ мет ) у тех у мет Кривые распределения контролируемых параметров, построенные с учетом погрешностей измерения
I «Плохие» части всегда будут названы «плохими» II Существует возможность принять неверное решение III «Хорошие» части всегда будут называться «хорошими» Выход Улучшить производственный процесс (не попадаем в зону II ) или Улучшить измерительную систему (уменьшение зоны II ) SPC MSA ВЛИЯНИЯ ОШИБКИ ИЗМЕРЕНИЯ НА РЕШЕНИЯ В ОТНОШЕНИИ ПРОДУКЦИИ
В соответствии с ГОСТ Р 51814.5-2005 анализ качества измерительных процессов, входящих в состав технологических процессов, производится в следующей последовательности: 1) исследования измерительного процесса на стабильность; 2) в случае нестабильного измерительного процесса устранение особых причин измен- чивости ; 3) оценка смещения измерительного процесса; Последовательность MSA
4) оценка сходимости и воспроизводимости результатов измерений; 5) в случае неприемлемых сходимости и воспроизводимости результатов измерений анализ причин повышенной изменчивости, проводят корректирующие действия, осуществление корректирующих действий, повторная оценка сходимости и воспроизводимости. Последовательность MSA
Схема оценивания статистических характеристик измерительного процесса
МЕТОДЫ АНАЛИЗА сходимости и воспроизводимости измерительного процесса Оценивание сходимости и воспроизводимости результатов измерений Метод размахов R & R, P = 0,8 Метод средних и размахов R & R, EV, AV P = 0, 99 Метод дисперсий R & R, EV, AV P = 0, 99
НОМЕНКЛАТУРА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ для анализа сходимости и воспроизводимости (%) Метод результат k - го измерения i - го образца j - го оператора Варьируемый параметр Размахов Средних и размахов, дисперсий Образцы i N (по всему диаметру равномерно) 5 10 Оператор j M (опытный и новый оператор) 2 3 Выборка k Q 1 3 10 90
Контролер / Попытка ЧАСТЬ СРЕДНЕЕ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 А 1 2 3 Среднее Размах В 1 2 3 Среднее Размах С 1 2 3 Среднее Размах Среднее по части [ кол-во контролеров = ] = * * D 4 = 3,27 для двух попыток и 2,58 для трех попыток. UCL R характеризует предел значений R. Обведите те, которые выходят за данный предел. Выясните причину и исправьте ее. Повторите данные замеры, используя того же контролера и ту же часть или исключите данные из анализа, пересчитав и значение предела для оставшихся данных. З амечания: _______________________________________________________________________________________________________________________ ТАБЛИЦА СБОРА ДАННЫХ для оценки сходимости и воспроизводимости измерительной системы по количественному признаку Оценка изменчивости
Составляющие изменчивости измерительного процесса Оценка СКО Значение составляющей изменчивости Относительные значения составляющих изменчивости относительно поля допуска относительно полной изменчивости Сходимость S e EV EV CL EV TV Воспроизводимость AV AV SL AV TV Сходимость и воспроизводимость ― R & R R&R SL R&R TV Изменчивость параметра образца S p PV PV SL PV TV Полная изменчивость ― TV ― ― Вывод Протокол сходимости и воспроизводимости измерительного процесса
ОЦЕНИВАНИЕ ПРИЕМЛЕМОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА Оценка приемлемости измерительного заключается в сравнении его сходимости и воспроизводимости с допуском или полной изменчивостью измеряемого параметра образца. Приемлемость измерительного процесса, применяемую для оценки соответствия измеряемого параметра образца допуску на него, определяют исходя из анализа величины относительной сходимости и воспроизводимости, рассчиты-ваемой по формуле
РЕКОМЕНДАЦИИ О ПРИЕМЛЕМОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА Значение , % Вывод о приемлемости измерительного процесса Менее 10 Измерительный процесс приемлем для оценки соответствия допуску От 10 до 30 Измерительный процесс может быть приемлем в зависимости от важности применения, стоимости средств измерительной техники и т. п. Более 30 Требуются улучшения измерительного процесса
