Qualitätsmethode - MSA - Messsystemanalyse

SIE FRAGEN - WIR ANTWORTEN

Gerne beantworten wir auch Ihre Fragen!

Wir haben mehrere Messgeräte / Prüfmittel gleicher Bauart (Messbereich, Auflösung, Wiederholbarkeit) im Einsatz. Ist es nun notwendig mit jedem einzelnen Prüfmittel eine Messsystemanalyse durchzuführen?

• Es besteht die Möglichkeit die Prüfmittel gleicher Bauart zu Messgerätefamilien zusammenzufassen. Beispiel: Eine definierte Gruppe von Prüfern angenommen 3 haben Zugriff auf z. B. 5 verschiedene jedoch baugleiche Messschieber, dann wäre es möglich, dass die Messschieber zusammengefasst werden.

Zur Analyse unserer Messdaten nutzen wir eine entsprechende Software zur Auswertung (Maschinenfähigkeit / Messsystemanalyse und SPC) eines namhaften Herstellers. Ist es nun trotzdem notwendig nochmals durch eigene Berechnungen nachzuweisen, dass die Software ein korrektes Ergebnis ausgibt?

• Durchaus, es ist ja nicht nur die Software an sich, welche eine Fehlerquelle darstellen kann, sondern auch die Bedienung bzw. Einstellung der Software durch Ihre Mitarbeiter, welche zu falschen Ergebnissen führen kann. 
  
• Nutzen Sie zur Verifizierung der Ergebnisse beispielsweise die auf der Automotive Core-Tools DVD der AIAG hinterlegten Excelsheets

Müssen Messmittel einem bestimmten Prüfarbeitsplatz zugeordnet sein?

• Sie sollten tunlichst die Messmittel einem bestimmten Prüfarbeitsplatz und Personenkreis zuordnen können. Stellen Sie sich einmal folgendes Szenario in der Praxis vor. Durch Zufall bzw. Im Rahmen der Prüfmittelüberwachung wird festgestellt, dass das eingesetzte Messmittel fehlerhafte Ergebnisse liefert. Wie können Sie nun eingrenzen, welche Bauteile mit dem als fehlerhaft identifizierten Messmittel gemessen wurden? Messungen müssen ebenso wie Produkte rückverfolgbar sein, d.h. wer hat wann mit welchen Messmittel die Messung durchgeführt. 

Wir führen vor Serienbeginn Messsystemanalysen durch, jedoch sind die jeweiligen Prüfer nicht unbedingt diejenigen, welche im Serienprozess die Prüfungen durchführen. Stellt diese Vorgehensweise ein Problem dar?

• Ja, nach dieser Vorgehensweise ist Ihre Messsystemanalyse, welche unter Prüfereinfluss steht, wertlos. Sie müssen im Hinblick der Messung den Nachweis erbringen, dass die Prüfer geeignet sind, um solche Messvorgaben durchführen zu können. Leider stellen wir auch bei unseren Audits diesen Umstand immer wieder fest, dass Messsystemanalysen stets von Mitarbeitern durchgeführt werden, welche im Serienmessprozess keinerlei Rolle spielen.

Messmittelfähigkeit

Hersteller der Prüfmittel:

• Anzunehmende Fähigkeit bei bestimmungsgemäßem Gebrauch
  

Automobil-Richtlinien:

• Kunden verlagen Fähigkeitsuntersuchungen für jedes zu messende quantitative diskrete Merkmal (jedes Messsystem bzw. Prüfmittel)
  
• Überprüfung der Eignung des Mess- bzw. Prüfmittels unter Berücksichtigung aller Einflussgrößen
  
• Fähigkeit = Unsicherheit eines Messsystems zur Werkstücktoleranz

Merkmale eines Mess- bzw. Prüfmittels

• Auflösung
  
  • AIAG MSA = 10 % / VDA Band 5 = 5 %
    
  • Tolerantbreite 1 mm = 0,1 mm (MSA) / 0,05 mm (VDA 5)
    
• Richtigkeit / Genauigkeit > Systematische Messabweichung
  
• Präzision
  
  • Wiederholbarkeit (repeatability) >> R
    
  • Reproduzierbarkeit (reproduceability) >> R
    
• Linearität
  
• Stabilität

Wiederholbarkeit / Reproduzierbarkeit

• Wiederholbarkeit
  
  • Der selbe Prüfling
    
  • Der selbe Bediener
    
  • Das selbe Messmittel
    
  • Der selbe Ort
    
• Reproduzierbarkeit
  
  • Der selbe Prüfling
    
• Verschiedene Bediener (2 – 3)
  
• Zwischen den einzelnen Messungen sind die nummerierten Prüflinge zurückzulegen

Richtigkeit

• Systematischer Fehler eines Messgerätes
  
• Wird durch das Eichen bzw. Kalibrieren beeinflusst
  
  • Eichen: amtlich beglaubigt
    
  • Kalibrieren: vom Kalibrierunternehmen bestätigt
    
• Regelmäßige Überprüfung der Richtigkeit im Rahmen der Mess- bzw. Prüfmittelüberwachung

Linearität eines Messsystems

Betrachtung der Genauigkeit über die Spannweite des Messmittels

• Beispiel - Sie haben einen elektronischen Messschieber im Messbereich von 0 - 100 mm.
  • Mit der Untersuchung auf Linearität schauen Sie, ob über den gesamten Messbereich des Messschiebers - in diesem Fall 0 - 100 mm die Abweichung vom Sollwert überall genau gleich ist
  • Sie werden dabei feststellen, dass Sie den elektronischen Messschieber eventuell nur im Wertebereich von 20 - 70 mm verlässlich einsetzen können

Folgende Faktoren müssen dabei gleich sein:

• Messgerät
  
• Ort
  
• Bediener
  
• Messverfahren

Stabilität

• Folgende Faktoren sind dabei gleich:
  
  • Messgerät
    
  • Ort
    
  • Bediener
    
  • Messverfahren
    
  • Prüfling
    
• Betrachtung über einen festgelegten Intervall
  
• Nachweis der Mess- bzw. Prüfprozesseignung
  
• Führen von Qualitätsregelkarten

Prozessvariation (Beobachtet)

• Aktuelle Prozessvariation
  
  • Langzeit- / Kurzzeitvariation
    
• Variation des Messsystems
  
  • Durch Bediener >> Reproduzierpräzision
    
  • Durch Messmittel >> Wiederholpräzision / Richtigkeit / Stabilität / Linearität
    
• = Analyse im Rahmen GR&R

Prüferübereinstimmung (attributive Prüfung)

• Bei allen Sichtprüfungen
  
• Einstufung der Merkmale in Klassen (Prüflinge = min. 3 * Anzahl der Klassen)
  
  • Beispiel: 5 Klassen = 15 Prüflinge
    
• I. O. / n. i. O. Prüfungen = 20 Prüflinge (5 schlecht / 5 grenzwertig / 5 gut)
  
• Wiederholung der Prüfvorgänge 2 – 3 mal
• Definieren Sie die Übereinstimmung der durchgeführten Prüfentscheidungen mit dem Expertenentscheid

Prüfmitteleignung / Prüfprozesseignung

• Prüfmitteleignung
  
  • Messunsicherheit des Prüfmittels
    
• Prüfprozesseignung
  
  • Messsicherheit des Prüfmittels + Messunsicherheit des Prüfverfahrens

Ausprägungen von Daten

• Attributive Daten
  
  • Ordinal (Noten)
    
• Nominal (i. O. / n. i. O.)
  
• Variable / quantitative Daten
  
  • Diskret / zählbar (Anzahl ...)
    
• Stetig / kontinuierlich (Durchmesser)

Histogramm

• Erster Ansatz einer Datenanalyse
  
• Zeigt die Verteilung der Datenreihen übersichtlich an
  
• Lässt eine Aussage über die Streuung des Prozesses zu
  
• Aufbau:
  
  • Gesammelte Daten werden zu Klassen zusammengefasst
    
  • Jede Säule bildet eine Klasse
    
  • Grafische Darstellung der Datenverteilung
    
  • Range ermitteln (größte Zahl – kleinste Zahl)
    
  • Ermittlung der Klassenanzahl
    
  • Ermittlung der Breite jeder einzelnen Klasse

Spanne (R) ausrechnen

Festlegen der Klassen (K)

Breite (H) der Klassen ausrechnen:

Daten den Klassen zuordnen (z.B. Strichliste)

Mittelwert / Median / Range

Mittelwert:

Median

• n = gerade

• n = ungerade 

Range

N = Anzahl aller Prozesswerte (Grundgesamtheit)

Messmittelfähigkeitsuntersuchungen

• Auswahl des Messmittels - auf geeignete Auflösung achten =< 5 % der Merkmals-Toleranz
  
• Linearität des Messmittels bestimmen
  
• Verfahren 1
  
  • Wiederholbarkeit des Messsystems
    
• Verfahren 2
  
  • Wiederhol- und Vergleichspräzision mit Bedienereinfluss
    
• Verfahren 3
  
  • Wiederhol- und Vergleichspräzision ohne Bedienereinfluss

MSA Verfahren 1 (type-1 study)

• Systematische Messabweichung und Wiederholpräzision
  
• Ein Teil (Merkmalswert bekannt) wird 50-mal (mindestens 25-mal) gemessen.
  
• Festlegung des firmenspezifischen Toleranzbereiches
  
• Messung von einem Teil durch einen Prüfer
  
• Berechnung von Cg und Cgk

MSA Verfahren 2 (type-2 study, Gauge R&R study)

• Wiederhol-, Vergleichspräzision (mit Bedienereinfluss)
  
  • Repeatability and Reproduceability
    
• Voraussetzung aus Verfahren 1 muss gegeben sein
  
• Mehrere Teile, Werker, Messgeräte, Orte
  
  • (3 Werker / 3 Messreihen / 10 Teile)
    
• GR&R = Verhältnis der Variation des Maßsystems zur Gesamtvariation
  
• %P/T = Verhältnis der Variation des Maßsystems zur Toleranz

Ergebnis R&R

• R&R ist kleiner 10%
  
  • Das Messsystem ist annehmbar
    
• R&R ist 10% bis 30%
  
  • Das Messsystem kann annehmbar sein, abhängig von der Wichtigkeit der Anwendung, der Kosten des Messmittels, der Reparaturkosten usw.
    
• R&R ist größer 30%
  
  • Das Messsystem muss verbessert werden! Es muss alles unternommen werden, um die Probleme zu erkennen und zu beseitigen

MSA Verfahren 3 (type-3 study, R&R study)

• Wiederhol-, Vergleichspräzision (ohne Bedienereinfluss)
  
• Bei Messsystemen ohne Werkereinfluss = automatisierte Messsysteme
• Z. B. Roboter legt selbstständig das Bauteil zur Messdurchführung ein

Varianzanalyse

• Mit der Varianzanalyse wird die im Messvorgang beobachtete Gesamtstreuung in einzelne Streukomponenten bezüglich Ihres Einflusses zu zerlegen
  • Wiederholpräzision EV
  • Vergleichspräzision AV
  • Teilestreuung PV
  • Prüfsystem R&R
• Vergleich von Mittelwerten aus zwei oder mehr Stichproben, ob die beobachtete Differenz signifikant ist. (Unterschiede aus mindestens 2 Grundgesamtheiten)
  
• Grundlage ist die F-Verteilung
• Schätzung der Streukomponenten ist mit folgenden Verfahren möglich:
  • Mittelwert-Spannweiten-Methode (ARM = Average Range-Method)
    
  • Varianzanalyse = ANOVA = „Analysis Of Variance“
  • Beachten Sie aber, dass sich unterschiedliche Ergebnisse ergeben - geben Sie somit immer das verwendete Verfahren mit an

Ablauf Anova

• Ablauf Anova
  
• Auswahl des Tests nach dem beantworten folgender Fragen:
  
  • Wie viele Stichproben werden verglichen?
    
  • Sind die Daten stetig oder diskret?
    
  • Welche Merkmale der Stichproben sollen verglichen werden?
    
• Formulieren der Nullhypothese H0: und der Alternativhypothese Ha:
  
• Auswahl des a-Risikos (i.d.R. a = 0,05)
  
• Grafische Darstellung der Daten als geschichtetes Punktdiagramm
  
• Prüfen der Daten auf Normalverteilung
  
• Prüfen der Daten auf gleiche Varianzen
  
• Durchführen des Tests (Berechnen der Prüfgröße (F) und des p-Wertes)
  
• Ergebnis analysieren (p-Wert mit a vergleichen). Entscheidung für eine der Hypothesen.
  
• Prüfen der Gültigkeit des Modells
  
  • Standardabweichung der Residuen „s“ und des Determinationskoeffizients „R2“
    
  • Analyse der Residuen Grafiken (Residuen = geschätzte Störgrößen)

Messmethode

• Berührungslos
  
• Taktile Antastungen
  
• Anordnung der Messpunkte
  
• Anzahl der Messpunkte
  
• Position der Referenzpunkte

Messmittel

• Auflösung (Kundeanforderung?)
  
• Belastbarkeit
  
• Stabilität
  
• Messbereich
  
• Empfindlichkeit
  
• Einstellunsicherheit
  
• Kalibrierung / Justierung
  
• Zufällige - / nicht erfasste Messabweichungen
  
• Zeit und Kosten

Aufnahmevorrichtung

• Position
  
• Lage
  
• Form
  
• Stabilität

Normal

• Messbeständigkeit
  
• Form und Position
  
• Art des Normal
  
• Oberflächenbeschaffenheit

Wiederholpräszision

• Es geht hierbei um den Messgeräteinfluss 
• Beispiel (10 Teile, 3 Prüfer und 2 Wiederholungen)
• Gleiche Teile vom selben Bediener in der Messreihe wiederholt messen
• Im vorliegenden Fall gibt es insgesamt 10 Teile. D. h. jedes Teil wurde von den 3 Prüfern 2 mal wiederholt gemessen
• Es ergibt sich also eine Spannweite zwischen den beiden gemessenen Werten, in dem Sie den großen vom kleineren Messwert abziehen. Wiederholt wird dies für alle Teile (insgesamt 10)
• Anschließend werden die ermittelten Spannweiten von Prüfer 1 addiert - Sie erhalten den Mittelwert der Spannweiten von Prüfer 1. Dies ist für die Prüfer 2 und 3 ebenso durchzuführen
• Ergebnis - Sie erhalten nun für jeden Prüfer die Spannweitenmittelwerte.
• Werden nun alle Spannweitenmittelwerte addiert und die Summe durch 3 geteilt, so erhalten Sie die den Mittelwert der Spannweitenmittelwerte
• Jetzt muss nur noch der Schätzwert der Standadabweichung der Wiederholpräzision berechnet werden (Mithilfe der d2 Tabelle auf Seite 202 im MSA Band 4) (Spalte 2 ganz unten - Wert 1,12838)
• In der Berechnung des EV Wertes muss für den K Faktor die Anzahl der Wiederholungen eingesetzt werden
• In der Berechnung des %EV Wertes muss die Toleranz berücksichtigt werden

Vergleichspräzision

• Es geht hierbei um den Bedienereinfluss
  
• Beispiel (10 Teile und 2 Messdurchläufe)
  
• Im vorliegenden Fall hat jeder Prüfer 20 Messungen durchgeführt
  
• Es werden die 20 Messergebnisse aufaddiert und durch 20 geteilt - Sie erhalten das Ergebnis für Prüfer 1 - Wiederholen Sie den Vorgang für Prüfer 2 und 3 - Somit erhalten Sie von jedem Prüfer einen Gesamtmittelwert
  
• Ermittelten Sie nun von diesen 3 Gesamtmittelwerten den kleinsten und größten Wert (Spannweite der Prüfermittelwerte)
  
• Jetzt muss nur noch der Schätzwert der Standadabweichung der Vergeichspräzision berechnet werden (Mithilfe der d2 Tabelle auf Seite 202 im MSA Band 4) (Zeile 1 und Spalte 3 Wert 1,91155)
• In der Berechnung des AV Wertes muss für den K Faktor die Anzahl der Prüfer, in diesem Fall 3 berücksichtigt werden
  
• In der Berechnung des %AV Wertes muss die Toleranz berücksichtigt werden

Wechselwirkungen

• Ergebnis, welches sich durch Bedienereinfluss, Wiederholbarkeit an Prüfobjekten und den Prozessbedingungen ergibt
  
• Es lassen sich die Standardunsicherheiten für folgende Faktoren ermitteln
  
  • Auflösung der Anzeige
    
  • Kalibrierunsicherheit
    
  • Wiederholbarkeit am Normal
    
  • Linearität
    
  • Bais
    
  • Messsystem
    
  • Vergleichbarkeit der Prüfer
    
  • Wiederholbarkeit am Profobjekt
    
  • Messprozess

MSA Berechnung

Wiederholbarkeit – Meßmittelstreuung (EV)

K = abhängig von Anzahl der Versuche

Anzahl Versuche: MSA Version 3 / MSA Version 4

2 Versuche: 4,56 / 0,8862

3 Versuche: 3,05 / 0,5908

Bezug zur Gesamtstreuung (TV)

Reproduzierbarkeit – Prüferstreuung (AV)

K = abhäging von der Anzahl der Prüfer

Anzahl Prüfer: MSA Version 3 / MSA Version 4 

2 Prüfer: 3,65 / 0,7071 

3 Prüfer: 2,70 / 0,5231 

n= Anzahl Teile / r= Anzahl Wiederholungen Bezug zur Gesamtstreuung (TV) 

Bezug zur Gesamtstreuung (TV)

Wiederholbarkeit & Reproduzierbarkeit (R & R) / GRR

Bezug zur Gesamtstreuung (TV)

Teilestreuung (PV) 

K = abhängig von der Anzahl der Teile 

Anzahl Teile: MSA Version 3 / MSA Version 4

2 Teile: 3,56 / 0,7071

3 Teile: 3,05 / 0,5231 

4 Teile: 2,70 / 0,4467 

5 Teile: 2,30 / 0,4030 

6 Teile: 2,08 / 0,3742 

7 Teile: 1,93 / 0,3534 

8 Teile: 1,82 / 0,3375 

9 Teile: 1,67 / 0,3249 

10 Teile: 1,62 / 0,3146 

Bezug zur Gesamtstreuung (TV) 

ndc= 1,41 * (PV / RR) größer 5

Variation

Präzision

Präzision im Verhältnis zur Toleranz 

%P/T < 10 = Sehr gutes Messsystem 

%P/T = 10 bis 20 = Gutes Messsystem 

%P/T = 20 bis 30 = Akzeptables Messsystem %P/T > 30 = Messsystem muss optimiert werden 

Präzision im Verhältnis zur Gesamtvariation 

% GR&R < 10 - Sehr gutes Messsystem 

% GR&R = 10 bis 20 - Gutes Messsystem 

% GR&R = 20 bis 30 - Akzeptables Messsystem 

% GR&R > 30 - Messsystem muss optimiert werden

Einflussfaktor Mensch

• Qualifikation
  
• Konstitution
  
• Physisch
  
• Psychisch
  
• Disziplin
  
• Sorgfalt
  
• Motivation

Einflussfaktor Messobjekt

• Zugänglichkeit
  
• Form
• Material