Роль Gauge R&r в соответствии с отраслевыми стандартами, такими как Iso и Asme

Почему надежность системы измерений важна для соответствия

В высокоточных отраслях, таких как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение, медицинские приборы и тяжелое оборудование, разница между соответствующей и несоответствующей частью часто заключается в системе измерений. Если ваши датчики, приборы или операторы вводят чрезмерные изменения, даже самые тщательно изготовленные продукты могут быть неправильно приняты или отклонены. Именно поэтому международные стандарты, такие как ISO 9001 и ASME Y14.5, требуют от организаций продемонстрировать, что их системы измерения статистически способны. Повторяемость и воспроизводимость (Gauge R&R) является наиболее широко используемым аналитическим инструментом для удовлетворения этого требования. Путем количественной оценки того, сколько наблюдаемых изменений происходит от самого процесса измерения, а не от измеряемых деталей, Gauge R&R предоставляет объективные доказательства, необходимые для удовлетворения аудиторов, клиентов и регулирующих органов.

Что такое Gauge R&?

Gauge R&R — контролируемый эксперимент, который разделяет общую вариацию измерения на два основных компонента: повторяемость (вариация, когда один и тот же оператор измеряет одну и ту же часть несколько раз с одним и тем же датчиком) и воспроизводимость (вариация, когда разные операторы измеряют одну и ту же деталь с одним и тем же датчиком).Вместе эти компоненты представляют ошибку системы измерения.Остальная вариация объясняется фактическими разностями частей.

Gauge R&R — подмножество анализа измерительной системы (MSA), более широкой дисциплины, определенной в руководствах, таких как справочное руководство AIAG MSA. В то время как MSA также охватывает исследования смещения, линейности и стабильности, Gauge R&R специально оценивает точность в условиях воспроизводимости. Она отвечает на критический оперативный вопрос: Может ли эта система измерения надежно различать части или сама система является крупнейшим источником шума?

Повторяемость vs. воспроизводимость

Повторяемость относится к присущей точности датчика при использовании одним оператором. Он фиксирует вариацию оборудования, включая такие факторы, как износ крепежа, электронный дрейф или разрешение чтения. Повторяемость захватывает вариацию оператор-оператор, которая может быть обусловлена различиями в технике, обучении или интерпретации процедуры измерения. Система измерения с плохой повторяемостью не может быть улучшена только переподготовкой операторов; вы должны обратиться к датчику или креплению. И наоборот, плохая воспроизводимость часто сигнализирует о необходимости стандартизированных рабочих инструкций и сертификации оператора.

Почему Gauge R& имеет решающее значение для отраслевых стандартов

Стандарты, такие как ISO 9001:2015 (пункт 7.1.5), требуют от организаций определения, предоставления и поддержания ресурсов измерений, подходящих для проверки соответствия продукции. Стандарт не диктует конкретный статистический метод, но требует оценки и контроля неопределенности измерений. Gauge R&R удовлетворяет этому требованию, предоставляя количественную меру вариации системы измерений. Аналогичным образом, стандарты ASME, особенно в контексте геометрического измерения и терпимости (GD&T), налагают жесткие допуски, которые требуют систем измерения, способных разрешать функции с высокой точностью. Без проверенной Gauge R&R невозможно доказать, что ваши данные проверки заслуживают доверия.

Как Gauge R&R поддерживает соответствие ISO 9001

В пункте 7.1.5.1 ISO 9001:2015 говорится, что "организация должна определять, предоставлять и поддерживать ресурсы, необходимые для обеспечения достоверных и надежных результатов при мониторинге или измерении, используемых для проверки соответствия". В пункте 7.1.5.2 далее требуется, чтобы измерительное оборудование было "калибровано или проверено через определенные интервалы" и чтобы записи калибровочного и измерительного анализа системы поддерживались. Исследования калибровки и измерения предоставляют документированные доказательства того, что измерительная система не только калибруется, но и способна производить повторяемые и воспроизводимые результаты среди операторов. Эта документация является общим пунктом в контрольных списках аудиторов ИСО. Проводя исследования калибровки и измерения через регулярные промежутки времени (ежегодно или после любого значительного изменения калибровки или процесса), организации активно демонстрируют, что их система управления качеством надежна и основана на данных.

Как Gauge R& поддерживает стандарты ASME

Стандарты ASME, такие как ASME Y14.5-2018 (Dimensioning and Tolerancing) и ASME B89 (Dimensional Metrology) (Dimensional Metrology) устанавливают строгие требования к точности измерений. Например, при оценке истинной допуска к позиции на 0,1 мм измерительная система должна быть способна разрешать различия, намного меньшие, чем этот допуск. Принятое эмпирическое правило в отрасли заключается в том, что общий коэффициент R&R (в процентах от допуска) должен быть менее 10% для обеспечения уверенных решений о принятии. Стандарты ASME не требуют явного исследования R&R, но большинство компаний, которые принимают практики ASME, также следуют руководящим принципам AIAG MSA, что делает Gauge R&R неявным требованием для соблюдения договорных спецификаций. Неспособность проверить систему измерений может привести к дорогостоящим спорам по поводу принятия деталей, переработки или утилизации.

Методология Gauge R&: пошаговое руководство

Для получения значимых результатов исследование Gauge R&R должно быть тщательно спланировано и выполнено. Следующие шаги описывают рекомендуемый подход, широко упоминаемый в руководствах по промышленности.

Шаг 1: Планируйте исследование

Выберите минимум из 10 частей , которые охватывают весь диапазон допусков измеряемого признака. Эти части должны быть репрезентативными для нормального изменения производства. Если возможно, включите части вблизи нижнего конца, среднего и высокого конца спецификации для оценки линейности и повторяемости в диапазоне. Выберите 2-3 операторов , которые типичны для тех, кто будет использовать датчик в производстве. Каждый оператор должен быть обучен процедуре измерения до начала исследования.

Шаг 2: Рандомизация порядка измерения

Рандомизация предотвращает систематические смещения из-за эффектов обучения, усталости или дрейфа. Каждый оператор измеряет каждую часть в случайном порядке, и процесс повторяется для нескольких испытаний. Стандартное количество испытаний составляет 2 или 3. Общая сбалансированная конструкция составляет 10 частей × 3 оператора × 2 испытания = 60 измерений.

Шаг 3: Собирайте данные

Используйте форму сбора данных или программное обеспечение, которое автоматически записывает идентификатор оператора, идентификатор части, пробный номер и измеренное значение. Убедитесь, что операторы не могут влиять друг на друга, скрывая показания из предыдущих испытаний. Например, используйте экран конфиденциальности или у вас есть отдельный регистратор данных.

Шаг 4: Анализ данных

Существуют два распространенных метода анализа: Средний и диапазонный метод (ручные вычисления) и ANOVA (Анализ вариации) . Метод ANOVA является предпочтительным, поскольку он может обнаруживать взаимодействия между операторами и частями и обеспечивает более подробную разбивку источников вариаций. Большинство статистических пакетов программного обеспечения (Minitab, JMP, Q-DAS) включают встроенные модули Gauge R&R.

• Вычислите общую вариацию (TV) из данных исследования.
• Вычислим повторяемость как вариабельность внутриоператора (вариабельность оборудования, EV).
• Вычислить воспроизводимость как вариацию между операторами (вариация оценщика, AV).
• Вычислить калибр R&R = √(EV2 + AV2).
• Вычислить %GR&R = 100 × (GR&R/TV) или альтернативно %GR&R = 100 × (GR&R/Tolerance).

Шаг 5: интерпретировать результаты

Наиболее широко используемые критерии приемлемости взяты из руководства AIAG MSA:

• %GR&R ≤ 10% — Система измерений считается приемлемой для большинства применений.
• %GR&R от 10% до 30% — Система может быть приемлемой в зависимости от важности характеристики, стоимости переделки и других факторов риска.
• %GR&R> 30% — Система измерения неприемлема и должна быть усовершенствована, прежде чем она сможет использоваться для принятия решений.

Другой ключевой метрик — это число различных категорий (ndc), которое указывает, сколько различных групп может надежно различить система измерений.Общее правило заключается в том, что ndc должен быть не менее 5.

Обычные подводные камни и как их избежать

Даже опытные инженеры-качествоведы могут совершать ошибки, которые делают недействительным исследование Gauge R&R. Вот типичные подводные камни и практические решения.

• Использование деталей, которые слишком похожи. Если все детали кластеризуются вблизи номинальной стоимости, общая вариация деталей искусственно низкая, и процент GR&R кажется высоким. Решение: обеспечить, чтобы детали охватывали весь диапазон допусков, в идеале включая детали вне спецификации.
• Не рандомизируя порядок измерения. Без рандомизации могут ползти предубеждения. Решение: используйте программно генерируемую случайную последовательность.
• Позволяет операторам видеть предыдущие измерения. Это может искусственно раздувать воспроизводимость. Решение: ослепить показания.
• Использование датчика с недостаточным разрешением. Дискриминация по датчику должна составлять не более одной десятой допуска. Решение: выбрать датчик с разрешением ≤ 10% допуска.
• Только одно испытание на оператора. Это предотвращает расчет повторяемости. Решение: выполнить по меньшей мере два испытания.
• Игнорирование взаимодействия оператора с частью. Некоторые операторы могут последовательно измерять определенные части по-разному. ANOVA может обнаружить это взаимодействие. Если оно значимо, исследование должно быть пересмотрено или стандартизирована процедура.

Gauge R&R в контексте ISO 9001:2015

ISO 9001:2015 конкретно не предписывает использование ресурсов измерений, но предписывает, чтобы ресурсы измерений поддерживались и чтобы их пригодность для целей была продемонстрирована. Пункт 7.1.5 требует, чтобы «когда отслеживаемость измерений является требованием или рассматривается организацией как существенная часть обеспечения уверенности в достоверности результатов измерений, измерительное оборудование должно быть калибровано или проверено через определенные промежутки времени». Исследования Gauge R &R предоставляют необходимые доказательства за пределами калибровки: они подтверждают, что система измерений в целом может производить последовательные и точные данные в реальных условиях эксплуатации.

Для организаций, стремящихся к другим стандартам ISO (ISO/TS 16949, ISO 13485 или AS9100D), Gauge R&R часто является обязательным требованием для утверждения производственной части. Руководство AIAG MSA часто упоминается в требованиях, предъявляемых к конкретным клиентам. Документирование результатов Gauge R&R в системе управления качеством поддерживает постоянное улучшение, поскольку данные могут выделить пробелы в обучении, износ оборудования или процедурные недостатки. Вы можете прочитать больше о требованиях ISO 9001:2015 к анализу измерительной системы на официальном сайте ISO ISO .

Gauge R&R в стандартах ASME

Стандарты ASME регулируют многие аспекты машиностроения, включая толерантность, точность измерений и обеспечение качества. Хотя сам ASME Y14.5 не требует калибровочного R&R, определяемые им допуски могут быть проверены только в том случае, если система измерения имеет адекватное разрешение и точность. Многие организации, которые придерживаются ASME Y14.5, также следуют серии стандартов ASME B89 для координатных измерительных машин (CMM), которые включают в себя тесты проверки производительности. Исследование Gauge R&R дополняет эти проверки путем количественной оценки общего изменения системы измерения.

На практике инженеры часто используют Gauge R&R для проверки CMM-программ, ручных датчиков и инспекций на основе приборов. Например, при измерении позиционного допуска 0,2 мм, Gauge R&R 0,02 мм (10%) означает, что система измерения способна. Если Gauge R&R составляет 0,04 мм (20%), решения становятся маргинальными, и многие клиенты отклонят результаты проверки. Дополнительную информацию о стандартах ASME можно найти на веб-сайте ASME.

Интеграция Gauge R& в систему менеджмента качества

Документация и документы

Каждое исследование Gauge R&R должно быть задокументировано в стандартном отчете, который включает описание системы измерений, номера деталей, операторов, даты, исходные данные, статистические результаты и заключение о прохождении / сбое. Храните эти записи с сертификатами калибровки и другими записями системы измерений. Когда аудитор запрашивает доказательство способности системы измерений, вы можете немедленно представить отчет Gauge R&R.

Расписание и частота

Перезапуск Gauge R&R исследований:

• Когда вводится новый датчик или крепеж.
• Когда значительное изменение дизайна влияет на измеряемую функцию.
• Когда оператор вновь назначен на измерительную станцию.
• Ежегодно или каждые шесть месяцев в качестве периодической проверки.
• Когда жалобы клиентов или проблемы процесса предполагают деградацию системы измерения.

Тренинг операторов

Обучение операторов является жизненно важной частью воспроизводимости. Даже лучший датчик будет производить высокие вариации, если операторы используют непоследовательные методы. Обучение должно включать четкие письменные инструкции, визуальные средства и практическую практику с немедленной обратной связью. После обучения проводите мини-испытания Gauge R & R (например, 5 частей × 1 оператор × 3 испытания), чтобы убедиться, что оператор может достичь повторяемых результатов.

Программное обеспечение и инструменты для анализа Gauge R&R

Хотя ручные расчеты возможны, большинство организаций используют статистическое программное обеспечение для Gauge R&R из-за сложности ANOVA и необходимости автоматизированных отчетов.

• Minitab — наиболее широко используемое программное обеспечение для Gauge R&R в производстве. Он поддерживает как скрещенные, так и вложенные конструкции, предоставляет графические отчеты (карты Xbar-R, графики операторов, компонент диаграмм вариаций пирогов).
• JMP — платформа Robust Gauge R&R с интерактивной визуализацией и сильным пользовательским сообществом.
• Q-DAS (FLT:0) — Специализируется на анализе измерительных систем и часто интегрируется с корпоративными системами данных о качестве.
• Бесплатные альтернативы — библиотеки Python (например, пакет «msa») или шаблоны Excel доступны для небольших организаций.

Подробное руководство по использованию Minitab для Gauge R&R см. в официальном руководстве Minitab .