Specifikationer för Process- och mätförmågor

engflaggsveflaggEftersom varken produktions- som mätprocesserna är perfekta, kommer det alltid finnas en viss dispersion hos det observerade produktvärde, antigen vid upprepade mätningar av ett objekt eller vid mätning av en serie av objekt.

Bedömning av överensstämmelse (Eng. conformity assessment) har fokus på att bestämma aktuella produktfel: skenbar dispersion som härrör från begränsat mätförmåga, bör vanligen vara försvinnande liten.

Produktspecifikationer

Första steget är att sätta toleranser för produkten:

  • Specifikationgränser, USL och LSL, för storleken av en egenskap av en viss enhet
  • För varje enhet,  maximala (enhets) fel, MPE.

För ett symmetriskt, dubbelsidigt toleransintervall:   MPE = (USL – LSL)/2.

För ett ensidigt toleransintervall:  MPE = USL – nominell, t ex.

Notera att dessa specificationer normalt sätts av producenten baserade på inte endast vad som kan praktiskt och ekonomiskt tillverkas, men även, i slutändan, på vad användaren, kunden eller konsumenten kräver i termer av produktegenskaper.

Ett enkelt exempel är färdigtförpackade kaffe. Konsumentkrav med målet att försäkra att varje kaffepaket inte säljs till undervikt, tvingar producenten att testa att de tillverkade kaffepaket av, låt oss säger, nominell massa 500g, faktiskt  väger minst 485g. Detta ensidiga toleransintervall på kvalitetsegenskapet ‘massa per paket’ har en motsvarande  MPE om – 15g, som stipuleras i gängse EU reglering och direktiv för färdigtförpackade varor.

Typiska siffror är att en kaffeproducent kan fylla cirka 100000 packets à 0.5 kg per dygn. Råvaravärden ligger kring 10 €/kg på marknaden, medan produktionskostnader ska vara någon bråkdel för att producenten ska gör ett överskott. Dessa ekonomiska faktorer kan användas vid optimering av produktionen, genom att balansera produktionskostnader mot konsekvenskostnader förknippade med missnöjda användare.

Att separera produktions- & mätfel

I fall där mätspridning är av jämför storlek till aktuella produktvariationer, kan det vara svårt att separera dessa.

Metrologiska specifikationer

För att kunna bedöma en enhet enligt ovanstående produktkrav, måste sättas motsvarande mätspecifikationer. Dessa är av två skillda typer:

  • gränser om maximalt tillåten mätosäkerhet (alt, ekvivalent, minimum mätförmåga) när produkt testas
  • gränser om maximalt tillåten fel i visningen av mätinstrumentet/mätsystem avsett för användning när produkt testas

Mätsystemspecifikationer. MPE Instrument

Att sätta gränser om maximalt tillåten fel i visningen av mätinstrumentet/mätsystem avsett för användning när produkt testas kan ses som ett speciellt fall av allmän conformity assessment, där enheten som bedöms är mätinstrumentet/mätsystem, där dess kvalitetskarakterisk kan vara:

  • mätinstrumentets visning
  • fel förknippade med den valda mätmetod, -operatör osv

Att sätta en gräns för MPE på mätsystemet är ett sätt att se till, när sedan mätningar faktiskt utförs vid produktprov, att krav avssende maximalt tillåten mätosäkerhet (MPU) kommer sannoligen att uppfyllas: Om kraven uppfylls eller inte beror inte endast på instrumentspecifikationerna men också på den aktuella metrologiska prestanda vid mätningarna.

Ett välkänt exempel är legalmätteknik, som täcks av EU Mätinstrumentdirektivet (MID), där i stället för att bedöma överensstämmelse med krav för samtliga mätningar med juridiska konsekvenser i samhället (bränslor, energi, råvaror, vatten, miljöutsläpp osv), man väljer att bedöma överensstämmelse för de mätinstrument i bruk i samhället – såväl genom typgodkännande som vid initial & återkommande verifiering. I typiska fall, tillsammans med mer kvalitativa attributkrav – som inspektion av korrekt instrumentmärkning och försegling (plombering), kan mätspecifikationer också sättas i termer av variabler som MPE, för varje huvudegenskap (t ex  visning av en elektriskenergimätare) och dessutom relevanta influensstorheter (t ex  nivå av störande elektromagnetiska fält, vid EMC-testning) att testas genom kvantitativ mätning.

  • En fråga sällan berörd i litteraturen är: vad är en lämpligen värde för maximalt tillåten fel, MPE, specificerade för instrumentet eller mätsystemet, i relation till motsvarande specifikationsgräns på enhetsfel  – också det ett MPE?

Förmågafaktorer

Nästa stegen är att fastställa specifikationer för productionprocess- och mätprocessförmågor som krävs för att kunna tillverka produkt enligt dess specifikation.

Gränser för såväl process- som mätförmågor sätts traditionellt i termer av vissa faktorer  –  Cp resp. Cm – som är bråkdelar av samma produkttoleranser (specifikationsgränser, USL och LSL, för storleken av en egenskap av en viss enhet) och maximalt tillåtna produktvärdefel, t ex USL – LSL.

Processförmågaindex , Cp, definieras i termer av uppskattade produktvariationer som:

Process capability

Processförmåga

med standardavvikelse sp och där Cp = 2 används i den berömda ‘six-sigma’ approach till statistiskprocesstyrning (SPC) [Joglekar 2003].

Analogt definieras en mätförmågaindex, Cm, i termer av uppskattade mätvariationer som:

Measurement capability

Mätförmåga

med standardmätosäkerhet um och typiskt M = 4 (motsvarande en täckningsfaktor, k = 2 och 95% konfidensnivå).

Gränser för förmågafaktorer

Det maximalt tillåtna osäkerheten eller ‘målosäkerhet’, MPU = 1/Cm,min i termer av en ekvivalenta minimalt mätförmåga.

I olika conformity assessment sektorer finns olika gränser för mätförmågan, med  Cm,min varierande typiskt mellan  3 till 10. En vanlig gräns för att se till att mätkvalitetsspridning är liten är um_sp < 30%,

så som inom Mätsystemanlys (MSA) i fordonsindustrin, som exempel.

Men flera av dessa regler har vissa inslag av godtycka och gränser varierar, oftast med liten motivering i termer av aktuella konsekvenser för inkorrekt beslutsfattande i conformity assessment. Frågor om lämpliga regler för beslutsfattande i conformity assessment med hänsyn till mätosäkerhet och beslutsrisker väcker i sin tur frågor som i slutändan kan svaras i termer av ekonomi och effekter.

Referenser

A.M. Joglekar 2003, Statistical methods for six sigma in R&D and manufacturing. Wiley, Hoboken ISBN: 0-471-20342-4


 


Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: