Ernest Lehotkai E.G.O. - ELEKTRO-KONTAKT d.d –ZAGREB ernest.lehotkai@ekz.tel.hr

OCJENA I UNAPREĐENJE MJERNIH SUSTAVA

1. Uvod: Jedan od čestih problema ocjene kvalitete proizvoda ovisi o sposobnosti primijenjenog mjernog sustava. Ta se problematika ponekad pojavljuje u procesu reklamacija unutar tvrtke, sa dobavljačima i kupcima, ali najčešće, iako postoji, uopće se ne uočava. Odabir, projektiranje ili unapređenje odgovarajućeg mjernog sustava važan je korak u razvoju i unapređenju procesa. Mjerni sustav treba shvatiti u širem značenju i to kao: instrument, software, pomoćne naprave, mjernu metodu i ispitivače. Ovi elementi mogu biti uzročnici rasipanja pri mjerenju i proizvesti značajne troškove poslovanja. 2. Značaj analize mjernih sustava Velika pažnja koja se posvećuje kvaliteti i želja da se smanje troškovi gubitaka usmjeravaju na praćenje rasipanja karakteristika proizvoda. Dok se odlučivalo na osnovu atributivnih kriterija prijema, prema velikom broju uzoraka, nije se poklanjalo dovoljno pažnje ispravnosti mjernih sustava. Radeći na ocjenama sposobnosti pojedine karakteristike tj. s varijablama i uspoređujući rezultate mjerenja, sve češće suradnici dolaze do zaključaka da postoje razlike u mjerenjima između pojedinih proizvodnih jedinica ili dobavljača i kupca. U takvim situacijama pribjegava se kalibaraciji opreme ili uspoređivanju razmjenom uzoraka i traženjem uzroka razlika. Je li to dovoljno? U prošlosti osnovno mjerilo ispravnosti mjerenja bila je mjerna metoda i mjerni instrument koji se umjerava prema etalonskom mjerilu. Za umjeravanje je karakteristično da se provodi sa standardiziranom opremom, u kontroliranim uvjetima okoline, a uređajem rukuje stručna osoba. U odnosu na te "idealne uvjete" u proizvodnim pogonima ti uvjeti se razlikuju, primjerice iz slijedećih razloga:

- uređajem rukuje više ljudi, - mjeri se na raznim lokacijama, - mjerilo se ugrađuje u proizvodne linije, - mjere se realni proizvedeni uzorci i - uvjeti okoline se mijenjaju (ljeto, zima, vibracije, vlaga itd.).

Posljedice utjecajnih faktora su rasipanje rezultata mjerenja koje može ugroziti cijeli postupak do neupotrebljivosti rezultata. Uvjeti upotrebe u stvarnosti daleko su od onih u kojima je mjerni uređaj umjeravan, te točnost mjerenja postaje upitna. Kupci neće pokazati razumijevanje za naše teškoće ako se ustanovi pogreška nastala tim uvjetima. Da bi se izbjegli problemi ove vrste, osim umjeravanja nužno je ocijeniti uređaj u radnim uvjetima mjereći zadanu karakteristiku uz sve utjecaje. Naša su očekivanja da mjerenje u realnim uvjetima ima točnost i što manje rasipanje izmjera. Automobilska industrija prva je uočila potrebu za provedbom sustavnog pristupa planiranju mjerne opreme i postupcima prijema i odobravanja za rad. Tako norme VDA 6.1 i QS 9000 govore o statističkom praćenju i analizi mjernih sustava. Posljedica toga jest da su velike tvrtke izradile vlastite priručnike za ocjenu mjernih sustava. Dok su postupci slični, kriteriji se, ovisno o djelatnosti i stupnju razvoja, mogu značajno razlikovati. U literaturi i softwerskim paketima mogu se naći opisi i aplikacije primjerice Forda i Daimler Benza.

Početak

Kraj

Specificiranje KMO

Katalozi

Tehnička dokumentacija

Standardna oprema

TUP

Program ispitivanja

Naručivanje opreme

NE

DA

3. Pojmovi • Mjerni sustav - Radi jasnoće tumačenja potrebno je razlikovati pojam «mjerni

uređaj» i «mjerni sustav». Definicija jednog mjernog sustava je cjelina sa mogućim utjecajnim faktorima: ispitivač, softwer, mjerna metoda, naprave, elektronika, mjerni uređaj, kalibrator, radni kalibri i okolina. Svi ovi elementi mogu djelovati na rezultate mjerenja i treba ih staviti pod nadzor ako su značajni i ako je moguće. Svaka aplikacija mjernog uređaja može imati različite utjecaje po značaju.

• Točnost – razlika između stvarne vrijednosti etalona i srednje vrijednosti ponovljenih mjerenja na istom proizvodu (etalonu)

• Ponovljivost / varijacija uređaja (EV Equipment Variation) – varijacija mjerenja koja se može ustanoviti ako s istim mjernim sustavom jedan operator nekoliko puta mjeri istu karakteristiku

• Obnovljivost / varijacija operatora (AV Appraiser Variation)– utjecaj operatora, ako jedno mjerenje ili jednu karakteristiku provjerava više operatora nekoliko puta uporabom istog mjernog sustava

4. Praktična iskustva Za osiguranje kvalitete mjernog sustava preporučljivo je prije nabave mjerne opreme odrediti korake koji će spriječiti krive odluke (vidi sl.1). Specificiranje mjerne opreme preporučljivo je provoditi timski. Naoko jednostavna standardna oprema, koja je kataloški deklarirana svojom preciznošću čitanja i točnošću a krivo primijenjena, može biti djelomično ili potpuno neupotrebljiva. Stoga je nužno znati u kojim će se uvjetima i što mjeriti.

Nestandardna oprema koju specificira kupac iziskuje vrlo usku suradnju stručnjaka koji poznaju proces i proizvođača mjerne opreme. Izostavljanje samo jednog od utjecajnih faktora može navesti dobavljača na potpuno pogrešan pristup s veoma skupim posljedicama koje mogu uzrokovati sporove i dodatne troškove.

Slika 1. Odlučivanje o značaju mjernog sustava i naručivanje

Kada se radi o nabavi specijalne opreme, tehnički uvjeti prijema imaju poseban ugovorni značaj. Time se dobavljaču posebno skreće pažnja na uvjete preuzimanja i karakteristike koje uređaj mora udovoljiti. TUP (Tehnički uvjeti prijema) važan je dokument i treba imati ugovorni karakter. 5. Preuzimanje mjernog sustava Tehničkim uvjetima preuzimanja dogovaramo uvjete i mjesto preuzimanja te metodologiju. Dodatak TUP-u je program ispitivanja (plan ispitivanja) u kojem se detaljno postavljaju metode i kriteriji preuzimanja. Preporučuje se preuzimanje u koracima, kako je prikazano na slici 2. Prema prikazu može se razlučiti podjela odgovornosti dobavljača i korisnika.

Novi ili modificirani KMO

Utjecaj operatora

Postupak 2

Postupak 3

Prijem KMO

Odluka o unapređenju mjernog sustava

Ne

dobro

Da dobro

dobro

Radni tim za provedbu FMEA

Rješenje poznato

Postupak 1

dobro Ne

Da

Unapređenje mjernog sustava

Analiza mogućih uzroka i posljedica

Priorizirani RPN –prijedlozi za rješenja

loše

loše

loše

loše

Funkcionalni test

Označavanje KMO

Slika 2. Analiza i preuzimanje mjernog sustava

Postupak 1 Uzimajući u obzir uvjete koji su priopćeni pri ugovaranju, dobavljač je dužan pripremiti uređaj za ispitivanje točnosti i ponovljivosti. Postupak započinje ispitivanjem i ocjenom sposobnosti Cg i Cgk i nastavlja probom funkcionalnosti. U tu svrhu koristi se realan proizvod kao radni etalon koji je izmjeren u laboratorijskim uvjetima sljedljivim do nacionalnih i internacionalnih standarda. Ova metoda daje informacije o točnosti i ponovljivosti sustava. Odabrani uzorak proizvoda koji predstavlja normalu mjeri se vraćajući ga u sustav 25 do 50 puta. Rezultati mjerenja se mogu prikazati kao:

g

mggk

gggg s

xxTCi

sTCsx

3||*1,0

6*2,0,,

−−==

T = GGT – DGT raspon tolerancije gx = izračunata srednja vrijednost

xm = stvarna vrijednost normale

Sposobnost mjerenja Cgk ≥ 1,33 smatra se zadovoljavajućom vrijednošću i nisu potrebne korektivne akcije. Uvjetno se može prihvatiti Cgk ≥ 1. Odluka o granicama ovisi o interno zadanim kriterijima tvrtke. Mjerenja kod dobavljača omogućuju korektivne akcije ako je nužno da se sustav dovede u zadane granice. Postupak 2 Ispitivanje ponovljivosti i obnovljivosti Ovaj postupak se provodi ako postoji moguć utjecaj operatora na rezultate mjerenja. Izvodi se u realnim uvjetima primjene mjernog sustava, sa serijski proizvedenim komponentama i provode ga obično tri suradnika s dva ponavljanja. Iz proizvodnog procesa izdvaja se i numerira uzorak od deset ili više proizvoda. Preporučljivo je da se kod izbora uzoraka pazi da karakteristika koja se mjeri pokriva cijeli raspon tolerancije. Mjerni uređaj prije provedbe ovog postupka treba kalibrirati. Sva tri ispitivača neovisno trebaju provesti mjerenja svih uzoraka i zapisati rezultate. Postupak se ponavlja tako da svaki ispitivač iste uzorke mjeri dva ili tri puta.

0 5 10 15 20 25

f

3 4 5 6 7 8 9 Točnost

0 5 10 15 20

xg_točna

mjera xm

točnost

izmjeren

Slika 3. Točnost

Rezultati dobiveni ovom metodom su ponovljivost i obnovljivost koje se prikazuju u % u odnosu na širinu tolerancije. Ponovljivost i obnovljivost ARM (Average Range Method) metodom izračunavaju se na osnovu mjerenja kako slijedi.

%*100(%)TEVEVstPonovljivo =

gdje je EV = Equipment Variation / Repeatability = 1*KR T = raspon tolerancije R srednja vrijednost srednjih vrijednosti raspona svih ispitivača K1 = faktor ovisan o broju ponavljanja (dva ponavljanja 4,56 uz 99% nivo povjerenja)

%*100)(%)TAVAVstObnovljivo =

gdje je AV = diffxK *2 diffx = razlika između najveće i najmanje srednje vrijednosti izmjera pojedinog operatora

K2 =faktor ovisan o broju operatora (za tri operatora 2,7 uz 99% nivo povjerenja) Ukupna ponovljivost i obnovljivost 22& AVEVRR +=

odnosno %&*100%&T

RRRR =

Postupak 3 Primjenjuje se kad je utjecaj operatora isključen. Obično se radi o automatskim mjernim uređajima. Uobičajeno je da se mjeri 25 numeriranih uzoraka u dva prolaza. U ovom slučaju izračunava se samo ponovljivost EV

ponovljivost %*100%TEVEV =

gdje je ∆= sEV *6

standardna devijacija razlika izmjera ⌠=

∆∆ −∆−

=n

ixi

ns

1)(

11

srednja vrijednost razlika ⌠=

∆ ∆=n

iin

x1

1

gdje je ∆i jednak razlici prve i druge izmjere.

6. Kriteriji za prijem mjernog sustava U praksi, tvrtke u postupku stalnog unapređenja, polazeći od stanja u kojem se nalaze i važnosti karakteristike, imaju različite kriterije priznavanja mjernog sustava. Oni se nalaze uglavnom u granicama:

Cg, Cgk < 1,33 ( uvjetno 1 ) Sposobnost veća od jedan može biti uvjetno prihvaćena

0 ≤ ≤ ≤ ≤ R&R% ≤≤≤≤ 10% (20%) mjerni sustav zadovoljava zadane kriterije (neke tvrtke imaju granicu 20%)

10 (20) ≤ R&R% ≤ 30% mjerni sustav uvjetno može biti prihvaćen ovisno o primjeni mjerenja, odnosno trebao bi biti unaprijeđen

R&R% >>>> 30% mjerni sustav nije prihvatljiv 7. FMEA Problem mjerenja moramo promatrati u svjetlu utjecaja smetnji koje postaju bitan faktor za funkcionalnost uređaja i treba ih predvidjeti u tijeku projektiranja procesa. Svaka kasnija aktivost najčešće je prekasna i unosi nove troškove u proces. Posljedice pogrešnog pristupa su najčešće isključivanje mjernog uređaja ili promjene kontrolnih granica. Da bi se izbjegli takvi slučajevi ili smanjili rizici od pogrešnog pristupa preporučljivo je provesti ocjenu mogućih utjecaja i rizika (FMEA - Failure Mode and Effect Analyses). Tim postupkom upozoravamo projektante ili dobavljače na moguće probleme u tijeku procesa a koje oni u postupku projektiranja trebaju uzeti u obzir. Ova metoda upotrebljiva je i u slučaju razvoja novog mjernog uređaja kao i analize problema s postojećim uređajima koje želimo unaprijediti. Primjena ovih metoda nije potrebna kod jednostavno rješivih problema. FMEA metode su zasebno područje analize mogućnosti nastanka pogrešaka. Primjer:

Provedba unapređenja mjernog sustava od ranije neprihvatljivosti vrijednosti ponovljivosti i obnovljivosti R&R%=37,5% smanjen je na 22% u prvom koraku unapređenja. Naknadnim unapređenjima metodologije udešavanja uređaja ta vrijednost smanjena je ispod 20%. 8. Zaključak U postupcima stalnih unapređenja ili primjene Six Sigma metoda jedan od važnih koraka je analiza mjernih sustava. Mjerni sustav koji nije u skladu sa zadanim kriterijima prihvaćanja daje rezultate koji nisu upotrebljivi u analizama. U takvim slučajevima potrebno je neizostavno provesti njihovo unapređenje da bi s vjerodostojnošću mogli utvrditi ponašanje naših karakteristika, određivati korelacije ili interakcije s drugim karakteristikama te započeti s primjenom unapređenja. Literatura: - Dietrich/Schultze - Guidelines for the Evaluation of Measurement Systems and Processes, acceptance of

production Facilities / Hanser Publishers, 1998. - Paul Newbold – Statistics for Business & Economics / Prentice Hall 1995 - MINITAB User´s Guide 2: dana Analysis and Quality Tools / 2000