Как внедрить эффективный анализ калибровки R&r в контроль качества производства

Введение в анализ Gauge R&R

В современном производстве измерительные системы являются основой контроля качества. Если ваши приборы, приборы или испытательные приборы производят ненадежные данные, даже самые сложные методы статистического управления процессом (SPC) потерпят неудачу. Анализ повторяемости и воспроизводимости (FLT:1]) (Gauge R&R) является основным инструментом, используемым для количественной оценки вариации системы измерения. Он отвечает на фундаментальный вопрос: сколько наблюдаемой вариации в ваших данных измерений исходит от самих деталей и сколько исходит от системы измерения?

Правильно выполненное исследование Gauge R&R помогает производителям выявлять источники ошибок, уменьшать количество отходов, избегать ложных приемок и обеспечивать последовательное выполнение спецификаций продукта.В этой статье представлено всеобъемлющее пошаговое руководство по внедрению эффективного анализа Gauge R&R в ваши процессы контроля качества, охватывающее проектирование исследования, сбор данных, статистический анализ и интерпретацию с использованием отраслевых методов от Automotive Industry Action Group (AIAG) и других органов по стандартизации.

Понимание компонентов вариации измерительной системы

Прежде чем погрузиться в дизайн исследования, важно понять три источника вариаций, которые анализ Gauge R & R разделяет:

Повторяемость

Повторяемость — это вариация, наблюдаемая, когда один и тот же оператор измеряет одну и ту же часть несколько раз, используя один и тот же гейдж в одинаковых условиях. Она отражает присущую точность измерительного прибора и согласованность процедуры измерения. Высокая повторяемость указывает на то, что сам гейдж стабилен и производит низкую изменчивость, когда оператор выполняет повторные измерения.

воспроизводимость

Воспроизводимость фиксирует вариацию, вызванную разными операторами, измеряющими одну и ту же деталь с одним и тем же гейджем. Она включает в себя различия в технике оператора, привычках чтения и интерпретации результатов измерений. Низкое значение воспроизводимости предполагает, что операторы хорошо обучены и следуют стандартизированным методам; высокая вариация воспроизводимости часто указывает на необходимость дополнительной подготовки или более четких рабочих инструкций.

Отчасти-частичные вариации

Частичное изменение является истинной разницей в измерении или характеристике, измеренной в выборке частей, выбранных для исследования. Этот компонент не является ошибкой; это сигнал, который должна обнаружить система измерения. Для того, чтобы система измерения была способной, изменение части к части должно быть большим по отношению к комбинированному изменению повторяемости и воспроизводимости.

Почему Gauge R& имеет решающее значение в контроле качества производства

Системы измерения, которые способствуют чрезмерной вариации, могут привести к двум дорогостоящим результатам: отказ от хороших частей (риск производителя) или принятие плохих частей (риск потребителя). Оба подрывают прибыльность и репутацию бренда. Анализ Gauge R & R обеспечивает количественную оценку возможностей системы измерения, обычно выраженную как % Gauge R & R (процент общей вариации, приписываемой системе измерения) или Количество отличительных категорий (ndc) .

Руководство по анализу систем измерений AIAG (MSA) рекомендует следующие руководящие принципы для %Gauge R&:

  • %GRR ≤ 10% — Система измерений приемлема.
  • 10% < %GRR ≤ 30% — может быть приемлемым в зависимости от важности применения, стоимости закладки и других факторов.
  • %GRR > 30% — Система измерения неприемлема и должна быть улучшена.

Эти пороги помогают инженерам по качеству принимать решения, основанные на данных, о том, может ли система измерения использоваться для управления процессом, исследований возможностей или окончательной проверки. Узнайте больше о руководящих принципах AIAG MSA из официального обзора MSA AIAG.

Планирование эффективного исследования Gauge R&R

Надлежащее планирование является наиболее важной фазой исследования Gauge R&R. Проваленные или плохо спланированные исследования дают вводящие в заблуждение результаты и тратят впустую усилия. Перед сбором любых данных необходимо определить следующие элементы.

Типы исследований: Crossed vs. Nested

Два наиболее распространенных дизайна Gauge R & R пересекаются и вложены.

  • Сквозная конструкция: Каждый оператор измеряет каждую деталь несколько раз. Это уместно, когда детали могут быть измерены неразрушающим образом, и операторы могут измерять одни и те же физические части. Это позволяет оценить взаимодействие оператора по частям.
  • Надлежащая конструкция: Каждый оператор измеряет различные части, или части разрушаются во время измерения (например, испытания на растяжение, испытания на твердость). Навесные конструкции не могут оценить взаимодействие оператора по частям. Это менее распространено в измерении размеров, но необходимо при разрушительном тестировании.

Большинство исследований Gauge R&R используют скрещенную конструкцию с 2–3 операторами, 10 частями и 2–3 испытаниями на комбинацию частей оператора. Всегда рандомизируйте порядок измерений, чтобы минимизировать уклон от обучения оператора или дрейфа оборудования.

Выбор частей и операторов

Части должны представлять весь диапазон ожидаемых изменений производства. Включение деталей, которые охватывают полосу допуска, обеспечивает, чтобы исследование фиксировало, как система измерения выполняет через пределы спецификации. Избегайте выбора только «хороших» частей; включите некоторые из них вблизи нижних и верхних пределов спецификации, если это возможно.

Операторы должны быть представителями тех, кто будет регулярно выполнять измерения. Используйте обученных и опытных операторов, а не экспертов, привлеченных исключительно для исследования, если исследование не предназначено для оценки наилучших возможностей. Число операторов обычно составляет три, но может быть уменьшено до двух, когда ресурсы ограничены.

Количество судебных процессов

Дополнительные испытания увеличивают статистическую мощность, но также увеличивают время и стоимость исследования. AIAG рекомендует как минимум два испытания; три испытания являются общими и часто достаточными для оценки повторяемости. Для разрушительного тестирования, где используются вложенные конструкции, количество реплик на комбинацию частей оператора может потребоваться больше для достижения адекватной точности.

Пошаговое руководство по проведению исследования Gauge R&R

После того, как план исследования установлен, выполните эти шесть шагов, чтобы выполнить исследование последовательно.

Шаг 1: Подготовьте измерительную среду

Обеспечить калибровку и исправность прибора. Стабилизировать такие факторы окружающей среды, как температура, влажность и вибрация, которые могут вносить посторонние изменения. Стандартизировать процедуру измерения (например, очистку, фиксацию, время ожидания) и задокументировать ее в инструкции по работе, доступной для всех операторов.

Шаг 2: Рандомизация и слепота порядка измерения

Для устранения смещения не позволяйте операторам знать, какую часть они измеряют или результат предыдущих испытаний. Рандомизировать последовательность измерений для каждого оператора и обеспечить достаточный промежуток времени между повторными испытаниями на одной и той же части, чтобы операторы не вспоминали предыдущие измерения. Используйте закодированные части или график рандомизации, генерируемый статистическим программным обеспечением.

Шаг 3: Собирайте данные

Каждый оператор должен измерять каждую часть заранее заданного количества испытаний. Записывать все измерения немедленно, предпочтительно в системе сбора данных, которая предотвращает ошибки транскрипции. Убедитесь, что операторы следуют одной и той же процедуре каждый раз. Мониторинг аномалий, таких как сброшенные показания или очевидные ошибки, и отмечать их для исследования.

Шаг 4: Проведите анализ

Используйте статистическое программное обеспечение (например, Minitab, JMP, R или выделенные модули MSA в платформах QMS) для вычисления компонентов дисперсии. Предпочтительным методом является анализ дисперсии (ANOVA) , который может оценивать взаимодействие оператора по частям и обеспечивать более точные компоненты дисперсии. Альтернативный Метод Xbar/R проще, но менее гибкий и может недооценивать определенные компоненты вариации. Для подробного объяснения R& на основе ANOVA;R, обратитесь к NIST Engineering Statistics Handbook .

Шаг 5: интерпретировать результаты

Изучите следующие ключевые показатели на выходе:

  • % Вклад — Процент общей дисперсии, приписываемый повторяемости, воспроизводимости и части к части.
  • %Изменение результатов исследования — Компоненты стандартного отклонения, выраженные в процентах от общей вариации исследования (обычно на основе 5,15 сигмы или 6 сигма).
  • Количество Отличимых Категории (ndc) — Количество непересекающихся доверительных интервалов, которые может различить измерительная система.В целом приемлемо число ndc 5 и более, в то время как число ndc менее 2 указывает на то, что система не может разделять части.

Сравните свой %GRR с порогами AIAG, упомянутыми ранее. Если %GRR превышает 30%, исследуйте самый большой компонент (повторяемость или воспроизводимость) для выявления коренных причин.

Шаг 6: Примите меры

Если система измерения неприемлема, то следует выполнять корректирующие действия, такие как:

  • Сохранение или перекалибровка.
  • Переподготовка оператора с акцентом на надлежащую технику.
  • Улучшение конструкции крепления или ориентации деталей.
  • Перепроектирование процесса измерения (например, автоматическая и ручная прокладка).

После внесения изменений повторить исследование Gauge R&R для проверки улучшения.Продолжить мониторинг производительности системы измерений с течением времени с периодическими повторными исследованиями.

Анализ результатов исследования Gauge R&: Методы и метрики

Два статистических метода доминируют в анализе Gauge R&R: ANOVA и метод Xbar/R на основе диапазона. Понимание их различий помогает выбрать правильный подход для ваших данных.

Метод ANOVA

ANOVA разделяет общую сумму квадратов на компоненты для взаимодействия оператора, части, оператора по частям и остаточной ошибки (повторяемости). Она более математически строгая и может идентифицировать, существует ли эффект взаимодействия — например, когда некоторые операторы измеряют детали систематически по-разному. ANOVA также обеспечивает доверительные интервалы, которые важны для оценки точности оценок дисперсии.

Xbar/R метод

Метод Xbar/R использует теорию контрольных диаграмм для оценки повторяемости из среднего диапазона повторных измерений и воспроизводимости из диапазона средних операторов. Проще выполнять вручную, но не может отделить взаимодействие оператора по частям, потенциально путая воспроизводимость с эффектами взаимодействия. Метод Xbar/R приемлем для первоначального скрининга, но не рекомендуется для критических решений, требующих высокой уверенности.

Толкование ключевых показателей в деталях

Помимо %GRR и ndc, анализ поддерживают и другие показатели:

  • Отношение точности к терпимости (P/T) — Распределение системы измерения (обычно 6σ GRR) разделено шириной допуска. Желательно P/T 0,1 или менее (10%). Эта метрика полезна, когда толерантность хорошо определена.
  • Сигнальное отношение к шуму — отношение вариации части к части к погрешности измерения.Высшие значения указывают на систему измерения, которая может надежно обнаруживать различия частей.

Для получения дополнительных рекомендаций по интерпретации исследований Gauge R&R Американское общество качества (ASQ) предоставляет отличные ресурсы.

Обычные подводные камни и как их избежать

Даже опытные инженеры по качеству могут попасть в ловушки, которые лишают результатов Gauge R&R законной силы.

  • Использование одной и той же части для всех испытаний без рандомизации порядка. Это может искусственно сдувать повторяемость, потому что операторы могут помнить предыдущие измерения.
  • Выбор деталей, которые слишком похожи.] Если вариация от части к части слишком мала, %GRR будет выглядеть завышенным, даже если система измерения приемлема. Всегда выберите детали, которые охватывают ожидаемую вариацию процесса.
  • Игнорирование взаимодействия оператора по частям. Взаимодействие может маскировать проблемы воспроизводимости. Всегда включайте его в модель ANOVA при использовании скрещенного дизайна.
  • Неспособность подтвердить стабильность зазора перед исследованием. Зазор, который дрейфует во время исследования, будет производить ошибочные компоненты дисперсии.
  • Использование слишком малого количества деталей или испытаний. Расчеты мощности могут помочь определить минимальный размер выборки.Общее правило: по меньшей мере 10 частей, 2-3 оператора и 2-3 испытания.

Лучшие практики для надежного анализа калибровки R&R

Придерживаясь этих лучших практик, вы получите результаты исследований Gauge R & R, которые будут эффективными и заслуживающими доверия:

  • Калибровка и проверка данных регулярно в соответствии с рекомендациями производителя и графиком вашей системы качества.
  • Операторы поездов тщательно на стандартизированных процедурах измерения. Включают периодические обновления и перекрестные тренировки, чтобы минимизировать дрейф.
  • Контролируйте переменные окружающей среды, такие как температура, влажность и освещение. Документируйте любые отклонения, которые могут повлиять на измерение.
  • Документация каждого аспекта исследования : использованный зазор, операторы, детали, порядок измерения, условия окружающей среды и любые аномалии. Эта документация поддерживает аудитируемость и анализ первопричин, если результаты неудовлетворительны.
  • Выполняйте периодические повторные исследования с интервалами, соответствующими стабильности и критичности зазора.Обычный график составляется ежегодно или всякий раз, когда происходят серьезные изменения (новый оператор, новый зазор, новый диапазон деталей).

Интеграция Gauge R&R с статистическим контролем процессов

Gauge R&R не является автономной деятельностью — это необходимое условие для эффективного SPC. Перед использованием контрольных карт, индексов возможностей процесса (Cpk, Ppk) или тестов гипотез вы должны убедиться, что измерительная система способна. Система измерения с высоким %GRR будет раздувать ограничения управления, маскировать сдвиги процесса или генерировать ложные тревоги.

Интегрируйте результаты Gauge R&R в рабочий процесс SPC:

  • Использование %GRR для корректировки доверительных интервалов в исследованиях способностей.
  • Установление требований к возможностям использования зазора в квалификационных документах поставщика.
  • В том числе валидация системы измерений в планах управления и ПФМЭА.

Многие усовершенствованные пакеты программного обеспечения SPC (например, Minitab, Statgraphics, InfinityQS) предлагают модули, которые связывают Gauge R&R непосредственно с анализом возможностей. Для практического руководства по внедрению SPC с MSA см. Ресурсы Gauge R&R от Minitab .

Заключение

Эффективный анализ калибровки R&R является краеугольным камнем контроля качества производства. Систематично разделяя изменчивость измерений на повторяемость, воспроизводимость и вариации от части к части, специалисты по качеству могут объективно оценить, подходит ли измерительная система для цели. Эта статья предоставила всеобъемлющую основу - от планирования перекрестного или вложенного исследования до интерпретации показателей %GRR и ndc - которая соответствует стандартам AIAG и передовой практике от ASQ и NIST.

Реализация регулярных, хорошо разработанных исследований Gauge R&R снижает неопределенность измерений, сводит к минимуму риск доставки несоответствующих продуктов и поддерживает постоянное улучшение. В сочетании с надежным SPC он гарантирует, что решения о корректировке процессов, оценках возможностей и принятии продукта основаны на данных, которым вы можете доверять. Обязательство сделать Gauge R&R стандартной частью вашей системы качества, и ваши производственные операции выиграют от более низких ставок на металлолом, меньше жалоб клиентов и более сильных знаний о процессе.