анализ систем. 1. 1 Введение в анализ измерительных систем Роль и значение измерительной системы
 Скачать 1.13 Mb.
|
|
Рисунок 1.15 – GRR Чувствительность — это наименьший вход, который приводит к обнаруживаемому (могущему быть использованному) выходному сигналу. Это способность реагирования измерительной системы на изменения в измеряемой характеристике. Чувствительность определяется конструкцией прибора (разрешающей способностью), присущим качеством (OEM), текущим ремонтом и рабочими условиями для инструмента и эталона. Обычно указывается в единицах измерения. Факторы, влияющие на чувствительность, включают: 1) Возможность демпфировать инструмент; 2) Навык оператора; 3) Сходимость измерительного прибора; 4) Способность обеспечивать работу без дрейфов для электронных или пневматических приборов; 5) Условия, при которых инструмент используется, такие как окружающая атмосфера, грязь, сырость. Устойчивость — это различия в изменчивости измерений, сделанных за длительный период времени. Она может рассматриваться как сходимость во времени. Факторы, влияющие на устойчивость — это особые причины изменчивости, включающие: 1) Температуру частей; 2) Прогрев, требуемый для электронного оборудования; 3) Изнашиваемость оборудования. Равноточность — это различия в изменчивости измерений в пределах нормального рабочего диапазона. Она может рассматриваться как постоянство сходимости по измеряемому размеру. Факторы, влияющие на равноточность, включают: 1) Различия в креплении больших и маленьких частей при использовании фиксаторов; 2) Плохую считываемость на шкале; 3) Ошибки считывания. Изменчивость измерительной системы Изменчивость измерительной системы включает в себя: 1) Возможность измерительной системы; 2) Пригодность; 3) Неопределенность; Возможность измерительной системы — это основанная на краткосрочном исследовании оценка комбинированной изменчивости ошибок измерений (случайных и систематических) Обычно возможность включает следующие компоненты: а) Некорректное смещение или линейность б) Сходимость и воспроизводимость (GRR), включая краткосрочную устойчивость. Следовательно, оценка возможностей измерений — это отображение ожидаемой ошибки при определенных условиях, масштабе и диапазоне измерительной системы (в отличие от неопределенности измерений, которое является отображением ожидаемого диапазона ошибок или величин, связанных с результатом измерений). При некоррелированности ошибок измерений (случайных и систематических) комбинированная возможность измерений (дисперсия) может быть рассчитана как:  Существует два важных момента для понимания и корректного использования возможностей измерений: Первый — оценка возможностей всегда связана с определенными границами измерений: условиями, интервалом и временем. Например, сказать, что возможности двадцати пяти миллиметрового микрометра равна 0,1 мм — недостаточно без оценки границ и диапазона условий измерений. Поэтому очень важно использовать модель ошибок для определения процесса измерений. Границы для оценки возможностей измерений должны быть очень специфичны или отражать работу по всему диапазону измерений или по его ограниченной части. Краткосрочная возможность - возможность за серию измерительных циклов; возможность, оцененная за время, необходимое для завершения оценки GRR, за определенный период производства или за время между калибровками. Формулировка возможностей системы должна быть настолько завершенной, чтобы разумно отвечать условиям и диапазону измерений. Документированный план управления может служить этой цели. Второй — краткосрочная устойчивость и равноточность (ошибки сходимости) в диапазоне измерений включаются в оценку возможностей. Для простого инструмента, такого как двадцати пяти миллиметровый микрометр, ожидается, что сходимость во всем диапазоне измерений (при работе одних и тех же опытных контролеров) будет неизменной и одинаковой. В этом примере оценка возможностей может включать весь диапазон измерений для многих типов характеристик при общих условиях. При большем диапазоне измерений или при использовании более сложных измерительных систем (например, КИМ) измерительная система может демонстрировать следующие ошибки измерений: неисправимая линейность, равноточность и краткосрочная устойчивость во всем диапазоне или измеряемых размерах. Т.к. эти ошибки коррелированны, они не могут быть объединены, с использованием простых линейных формул, приведенные выше. При линейности, равноточности или устойчивости, значительно варьируемых по интервалу, специалисты по измерительным системам имеют только два практических выбора: 1) Сообщить о наихудших возможностях измерительной системы для полностью определенных условий, границ и диапазона измерительной системы; или 2) Определить и сообщить множество оценок возможностей измерительной системы для определенных частей диапазона измерений (т. е. на малом, среднем и большом интервалах). Как и пригодность процесса, так и пригодность измерительной системы это чистый эффект всех значимых и определенных источников изменчивости за длительный период времени. Пригодность зависит от долгосрочной оценки комбинированных ошибок измерения (случайных и систематических). Следовательно, пригодность включает долгосрочные компоненты ошибок: а) Возможность (краткосрочные ошибки)$ б) Стабильность и устойчивость. Оценка пригодности измерения — это отображение ожидаемой ошибки для определенных условий, границ и интервала измерительной системы (в отличие от неопределенности измерений, которая является отображением ожидаемого интервала ошибок или значений, связанные с результатами измерений). При некоррелированности ошибок измерений (случайных и систематических) комбинированная пригодность измерений может быть рассчитана как:  Опять, как и краткосрочные возможности, долгосрочная пригодность всегда ассоциируется с определенными границами измерений: условиями, интервалом и временем. Границы для оценки пригодности измерений могут быть очень специфичными или общей формулировкой для работы для полного интервала измерений или его части. Долгосрочная пригодность — среднее возможностей за длительный период времени; среднее на долгосрочной контрольной карте ошибок измерений; оценка калибровочных записей или множественные изучения линейности; среднее нескольких изучений GRR во времени и области применения измерительной системы. Формулировка пригодности должна быть настолько завершенной, чтобы разумно отвечать условиям и диапазону измерений. Долгосрочная устойчивость и равноточность (ошибки сходимости) в диапазоне измерений включаются в оценку пригодности. Специалист по измерительным системам должен быть в курсе возможной корреляции ошибок, чтобы не переоценить оценку пригодности. Это зависит от того, как определялись компоненты ошибки. При долгосрочной линейности, равноточности или устойчивости, значительно варьируемых по интервалу, специалисты по измерительным системам имеют только два практических выбора: 1) Сообщить о наихудшей пригодности для полностью определенных условий, границ и диапазона измерительной системы или 2) Определить и сообщить множество оценок пригодности для определенных частей диапазона измерений (т.е. на малом, среднем, большом интервале). Неопределенность измерений, обозначенная VIM — «параметр, связанный с результатом измерений и который характеризует разброс величин, которые могли бы разумно приписываться измеряемой величине». 1.11 Неопределенность измерений Неопределенность измерения — международный термин, используемый для описания качества измерения. Хотя данный термин традиционно используется при высокоточных измерениях в метрологических или измерительных лабораториях, стандарты менеджмента качества, такие как QS-9000 или ISO/IEC TS 16949, требуют этого: «Неопределенность измерения должна быть известна и совместима с требуемой измерительной способностью любой проверки, измерительного или тестового оборудования». По существу, неопределенность — это интервал, установленный для результата измерения, который с определенным уровнем значимости описывает ожидаемый диапазон, содержащий истинное измеряемое значение. Неопределенность измерения обычно представляется как двухсторонний интервал. Неопределенность — это количественная характеристика надежности измерения. Ниже представлено простое выражение данной идеи: Истинное значение = полученное измерение (результат) ± U где U — обозначение, используемое для «расширенной неопределенности» измеряемой величины и результата измерения. Расширенная неопределенность — это совокупность объединенной стандартной ошибки (uc) или стандартного отклонения совокупности ошибок измерения (случайной и систематической), умноженная на коэффициент покрытия (k), который характеризует область кривой нормального распределения с требуемым уровнем значимости. Помните: нормальное распределение часто применяется как допущение по отношению к измерительным системам. ISO/IEC Руководство по неопределенности при измерениях устанавливает коэффициент покрытия достаточно существенным для определения неопределенности на 95 %-ном уровне нормального распределения. Это часто интерпретируется как k=2.  Объединенная стандартная ошибка (uc) включает все существенные составляющие изменчивости в процессе измерений. В большинстве случаев методы анализа измерительных систем, выполненные в соответствии с данным руководством, могут быть использованы как инструменты количественного описания множества источников неопределенности измерения. Часто наиболее существенный компонент ошибки может быть количественно описан с помощью σ2пригодности. Другие существенные причины ошибок могут возникать из способа измерения. Выражение, характеризующее неопределенность, должно включать достаточный масштаб, который выявлял бы все существенные ошибки, и позволять повторение измерения. Некоторые формулировки строятся из краткосрочных, некоторые из долгосрочных ошибок системы измерения. В тоже время простым выражением неопределенность может быть определена как  Важно понимать, что неопределенность измерения — это просто оценка того, насколько измерение может меняться во время измерения. Она должна учитывать все существенные источники изменчивости процесса измерений плюс существенные ошибки калибровки, основного эталона, методов, среды и других, не учитываемых прежде в процессе измерений. Во многих случаях эта оценка использует методы MSA и, в частности, GRR для количественной оценки этих существенных стандартных ошибок. Целесообразно периодически переоценивать неопределенность, относящуюся к процессу измерения, для обеспечения непрерывной правильности оценки. Основное различие между неопределенностью измерения и MSA состоит в том, что MSA концентрирует внимание на понимании процесса измерения, определяя количество ошибок в процессе и оценивая соответствие измерительной системы контролю продукции и управлению процессом. MSA содействует пониманию и улучшению (снижению изменчивости). Неопределенность — это набор значений измерений, определяемых доверительным интервалом, связанных с результатом измерения, и которые, ожидается, включают истинное значение измерения. Прослеживаемость — это характеристика измерений или значения эталона, связанная с определенными справочными источниками, обычно национальными стандартами, через неразрывную цепь сравнений, имеющих установленные неопределенности. Следовательно, понимание неопределенности измерения на каждой связи в цепи существенно. Неопределенность измерений измерительной системы может быть оценена с использованием краткосрочных и долгосрочных причин изменчивости измерений, обусловленных процессом измерения и цепью прослеживаемости измерений. При этом надо принимать во внимание все эффекты прослеживаемости измерений. Руководство по выражению неопределенности измерений — это руководство по оценке неопределенности измерения. Несмотря на то, что в нем представлены теория и руководящие принципы (например, по классификации и группировке источников неопределенности измерений), оно должно рассматриваться как руководящий документ высокого уровня, а не пособие по тому, «как» сделать. Это руководство широко рассматривает темы, которые являются критическими при оценивании комплексных, многофакторных измерительных систем: статистическая независимость источников изменчивости, анализ чувствительности, степени свободы и др. 1.12 Анализ проблем измерений Понимание изменчивости измерений и вклада, который она делает в общую изменчивость, должно стать основным шагом в решении основной проблемы. Когда изменчивость измерительной системы превышает всю остальную изменчивость, становится необходимым анализировать и разрешать эти вопросы, перед тем как работать над остальной частью системы. В некоторых случаях вклад измерительной системы в изменчивость недооценивается или игнорируется. Это может вызвать потерю времени и средств, т.к. внимание концентрируется на процессе, а итоговая изменчивость на самом деле вызывается измерительным прибором. В этом разделе будет сделан обзор шагов решения основной проблемы и показано, как они связаны с вопросами понимания изменчивости измерительной системы. Каждая компания может использовать процесс решения проблемы, одобренный потребителем. Если измерительная система была разработана с использованием методов, описанных в данном курсе лекций, большинство начальных шагов уже будет сделано. Например, диаграмма причин и следствий уже может существовать, давая полезную информацию о процессе измерения. Эти данные должны быть собраны и оценены до любого формального решения проблемы. Шаг 1. Определите выходы При работе с измерительными системами, как и при работе с любым процессом, важно четко определить проблему или выход. В отношении измерений выходы могут принимать форму точности, изменчивости, стабильности и др. Важно попробовать отделить изменчивость измерения, ее вклад и изменчивость процесса (решением может быть: работать над процессом, а не работать над измерительным устройством). Постановка вопроса должна иметь рабочее определение, которое каждый поймет и будет способен работать над его решением. Шаг 2. Определите команду Команда по решению проблемы в данном случае будет зависеть от сложности измерительной системы и выхода. Простая измерительная система может потребовать привлечения всего пары человек. Но по мере того, как система и выход становятся более сложными, размер команды может увеличиваться (не больше 10 человек). Члены команды и их функции должны быть отражены на листе решения проблемы. Шаг 3. Карта потока измерительной системы и процесса Команда должна рассматривать любые прошлые карты потока измерительной системы и процесса. Это приведет к обсуждению известной и неизвестной информации об измерении и его взаимосвязи с процессом. В процессе построения карты потока команде могут понадобиться новые члены. Шаг 4. Причинно-следственная диаграмма Команда должна рассматривать любые диаграммы причин и следствий для измерительной системы. В некоторых случаях это может привести к решению или частичному решению проблем. Это также приведет к обсуждению известной или неизвестной информации. Команда будет использовать знания о предмете обсуждения для первоначального выявления переменных с наибольшим вкладом в изменчивость. Дополнительные исследования могут быть проведены для обоснования решений. Шаг 5. Планируй — Делай - Изучай — Действуй Далее команда должна рассмотреть цикл: Планируй — Делай — Изучай — Действуй. Эксперименты планируются, данные собираются, стабильность устанавливается, гипотезы выдвигаются и обосновываются до тех пор, пока подходящее решение не найдено. Это уже форма научного изучения. Шаг 6 Возможное решение и доказательство исправления Шаги и решения необходимо документировать. Проводится предварительное изучение для валидации решения. Оно может быть выполнено с использованием планирования экспериментов. Также, со временем, могут быть проведены дополнительные исследования, включая изменения во внешней среде и материалах. Шаг 7 Наделение изменений законным статусом Итоговое решение документируется в отчете, далее соответствующий отдел и должностные лица изменяют процесс, так чтобы проблема не возникла вновь в будущем. Это может потребовать изменений в процедурах, стандартах и подготовке материалов. Это один из наиболее важных шагов в процессе. Большинство вопросов и проблем возникают время от времени. |