QM-Forum › Foren › Qualitätsmanagement › Prüfmittelfähigkeit bei einer zerstörenden Prüfung
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Guten Abend,
im Rahmen meines Praxissemesters habe ich eine Prüfvorrichtung für eine Materialprüfmaschine konstruiert.
Ganz kurz zur Prüfung:
Es wird ein Grundkörper aus Kunststoff mit eingepresstem Metallteil beidseitig fest eingespannt (also jeweils an Kunststoff und Metall) und dann gegeneinander verdreht, um herauszufinden bei welchem Drehmoment sich das eingepresste Metallteil im Kunststoff löst.
Als Grenzwert gibt es nur ein „Mindesthaltemoment“, das heißt alle Teile müssen darüber liegen, um als i.O. zu gelten.Eine Drehmomentmesswelle nimmt die Messdaten auf. Diese gehört aber nicht zur eigentlichen Prüfvorrichtung, ich habe sie hier lediglich bezüglich der Ermittlung der Auflösung erwähnt (bereits auf die Auswertung bezogen).
Man kann bereits erkennen, dass es sich um eine zerstörende Prüfung handelt.
Trotzdem muss ich eine Prüfmittelfähigkeit durchführen.
Von der bisher verwendeten Prüfvorrichtung gibt es keine Prüfmittelfähigkeit.Nach Recherche bin ich auf die geschachtelte MSA gestoßen.
Folgende Punkte stimmen mit der Prüfung überein:
– Ein Prüfer misst eine Charge
– Quasi-Identität zwischen den Teilen einer ChargeJetzt habe ich bereits 150 Teile geprüft, so dass ich diese in 6×25 Einheiten aufteilen kann.
Die Auswertung wollte ich nun mit dem Statistik-Programm „Minitab“ ausführen, allerdings bekomme ich eine Fehlermeldung, dass nur ein Prüfer vorhanden ist und daher keine Auswertung möglich ist.
Die Prüfbedingungen habe ich soweit definiert und vereinfacht, dass der Bedienereinfluss eigentlich vernachlässigbar klein ist. In Realität ist ebenfalls nur ein zuständiger Prüfer vorhanden.
Zum Thema MSA ohne Bedienereinfluss bin ich noch auf das Verfahren 3 gestoßen, ich weiß allerdings nicht, ob ich das für diesen Fall verwenden kann bzw. darf.
Meine Frage lautet nun, ist es möglich mit den bisher erhaltenen Messwerten eine Prüfmittelfähigkeit durchzuführen und wenn ja, auf welche Weise?
Andernfalls, welche Alternativen gibt es zur Auswertung einer solchen Prüfung?Vielen Dank im Voraus.
Mit freundlichen Grüßen
-MSA-Hallo MSA,
willkommen im QM-Forum [:)]
Bei der zerstörenden Prüfung bist Du mit der Quasi-Gleichheit von Teilen schon auf dem richtigen Weg. Wenn alle Werte von 1 Prüfer aufgenommen werden, funktioniert das mit der geschachtelten MSA nicht, weil es keine verschiedenen Schachteln gibt:
Geschachtelte MSA
- 1 Prüfer = 1 Schachtel
- innerhalb der Schachtel echt unterschiedliche Teile-Typen, jeweils mit Quasi-gleichen Teilen für die Wiederholstreuung
- z. B. 3 Teile-Typen mit je 2 Quasi-gleichen Teilen je Teile-Typ -> 10*2=20 Teile für 1 Prüfer, bei 2 Prüfern insgesamt 2*20=40 Prüfergebnisse
Bei der geschachtelten MSA werden jetzt die Prüfer-Schachteln miteinander verglichen. An dieser Stelle funktioniert Deine Auswertung nicht, weil Du nur 1 Schachtel (1 Prüfer) hast. Damit ist kein Vergleich möglich.
Von der Auswertung her kannst Du dafür das Verfahren 3 (automatische Prüfung bzw. Prüfung in der nur 1 Prüfer tätig ist) verwenden. In Minitab findest Du das entweder unter
Statistik > Qualitätswerkzeuge > Messsystemanalyse (MSA) > Messsystemanalyse (gekreuzt)
oder
Assistent > Messsystemanalyse (MSA) > Messsystemanalyse (gekreuzt)
Das Feld für den Prüfer bleibt in beiden Menüs einfach leer.Viele Grüße
Barbara
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Eine gute wissenschaftliche Theorie sollte einer Bardame erklärbar sein.
(Ernest Rutherford, Physiker)Hallo Barbara,
vielen Dank für das herzliche Willkommen und die schnelle Rückmeldung[:)].
Die Methode der geschachtelten MSA habe ich wohl leider falsch verstanden, vielen Dank an dieser Stelle für den Hinweis.
Die Messkurve hat übrigens einen linearen Bereich (bis das Metallteil sich im Kunststoff löst) und dann kommt es zum Maximum. Der lineare Bereich ist bei allen Prüflingen nahezu identisch und deshalb habe ich mich entschieden nicht die Extremwerte zu verwenden, welche eine viel größere Streuung aufweisen, sondern jeweils die Werte aus dem linearen Bereich immer an der selben Stelle.
Anschließend würde ich gerne die Verteilung der Werte prüfen, bevor ich zum Verfahren 3 übergehe. Welche Art der Verteilung wäre hier denn zu empfehlen?
Benötige ich alle 150 Messwerte oder sind diese zu viel für eine Auswertung?
Vielen Dank im Voraus und viele Grüße
-MSA-Hallo MSA,
naja, nur weil die Werte eine größere Streuung haben kannst Du nicht hingehen und einfach die Messvorschrift ändern. Du willst doch die Messung für die Werte qualifizieren, anhand denen später im Prozess die Entscheidung iO/niO getroffen wird. Ich geh mal davon aus, dass das die Extremwerte sind, also würd ich auch dieselbe Art von Messwerten für die MSA verwenden.
Bei der Verteilungsprüfung habe ich mich gefragt, welche Werte Du prüfen willst und welche Prüfverteilung dafür sinnvoll ist. (Verteilungsprüfung ist üblicherweise bei der MSA nicht vorgesehen und bringt aus meiner Sicht an der Stelle auch wenig.) Wenn Du verschiedene Teile-Typen hast, sollten die für die MSA deutlich unterschiedlich sein (=hohe Teile-Streuung/Part-Variation/PV) während die Wiederholstreuung (=Equipment Variation/EV, bei zerstörender Prüfung eigentlich EV plus Teileunterschiede bei Quasi-Gleichheit) klein sein sollte. Das wird über die Varianzanalyse (ANOVA) / Streuungszerlegung / Varianzkomonenten geprüft.
Ggf. kann es sinnvoll sein neben der Standard-Auswertung mit der Ermittlung von Unsicherheitsanteilen aus den Varianzkomponenten noch zusätzlich eine „normale“ Varianzanalyse zu machen und die Residuen zusammen mit ihrer Verteilung anzuschauen. In Minitab gibts diese Auswertung unter
Statistik > Varianzanalyse (ANOVA) > Allgmeines Lineares Modell > Allgemeines Lineares Modell anpassen
Die Residuen müssten bei dieser Auswertung normalverteilt sein.150 Messwerte find ich nicht so arg viel, dass ich über Auswahlkriterien oder den Ausschluss von Werten nachdenken würde. Ich würd mir vermutlich erstmal eine Zeitreihe anschauen, in der die Reihenfolge der Messwerte abgebildet ist und für die 6 Teile-Typen (mit je 25 Werten) jeweils unterschiedliche Symbole verwendet werden. In Minitab z. B. mit
Grafik > Zeitreihendiagramm > Mit Gruppen
oder auch mal einen Vergleich der sechs Teile-Typen über Boxplots
Grafik > Boxplot > Mit GruppenIm optimalen Fall sind die Unterschiede zwischen den Teile-Typen groß (PV hoch) und die Unterschiede je Teile-Typ klein (EV niedrig). Im ungünstigsten Fall ist es umgekehrt.
Viele Grüße
Barbara
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Eine gute wissenschaftliche Theorie sollte einer Bardame erklärbar sein.
(Ernest Rutherford, Physiker)Hallo allerseits,
@ Barbara: Vielen Dank für diese erneut sehr ausführliche Antwort und Hilfestellung.
Die Messwerte liegen alle deutlich über der geforderten Grenze und sind damit alle i.O.
Deshalb habe ich überlegt, ob ich einen weiteren Störfaktor ausschließen kann, z.B. beim Lösen des Metallteils im Kunststoff, was durch unterschiedliche Oberflächenstrukturen (und andere Faktoren) durchaus variieren kann.
Darum der Gedanke mit dem linearen Bereich.Im linearen Bereich wird dann ein Weg bzw. Winkel gewählt, bei dem alle Teile mit einer gewissen Sicherheit über dem geforderten Mindestwert liegen. Auf diese Weise könnte man doch leichter den Einfluss der Prüfvorrichtung sehen, da das Verhalten beim Lösen (was vor allem bei Kunststoff nicht 100% gleich sein kann) nicht mehr berücksichtigt wird.
Was die Erfassung von n.i.O.-Teilen betrifft, ist das eine schwierige Frage, da dies in meinen Messreihen bisher noch nicht vorgekommen ist, da müsste ich mal alte Messprotokolle anschauen.
Liege ich mit dieser für mich scheinbar vereinfachten Annahme komplett daneben oder wäre dies doch eine Möglichkeit, um eine noch deutlichere Aussage treffen zu können?
Bei der gekreuzten MSA gibt es in „Minitab“ zwei Varianten, die Lösungsmethode mit ANOVA und X-quer.
Wo genau liegen bei den beiden Verfahren die Unterschiede?Ich werde dem Ratschlag mit der Zeitreihe folgen und diese erstellen.
Vielen Dank für die Hilfe und viele Grüße
-MSA-Hallo MSA,
es geht nicht darum ob die Messwerte bei der MSA alle in Ordnung sind. Im Gegenteil: Damit Du Dir sicher sein kannst, dass niO-Teile auch zuverlässig angezeigt werden, sollten in der MSA auch Teile außerhalb der Toleranz verwendet werden. Ein Mess-Prozess, der nur im Gut-Bereich der Teile zuverlässig funktioniert, nutzt für die Frage „in der Toleranz oder nicht“ wenig.
Bei der Entscheidung welcher Messwert für die Beurteilung herangezogen wird (linearer Bereich, Extremwert,…) würde ich mich an das halten was in der Praxis passiert: Schaut der Prüfer später auf einen linearen Bereich oder nimmt der den Extremwert? Gerade wenn bei den Extremwerten eine große Streuung vorhanden ist könnte es sein, dass gut-Teile irrtümlich als schlecht und schlecht-Teile irrtümlich als gut bewertet werden.
Die Auswertungsmethode ANOVA ist seit 2010 vom VDA 5 und MSA 4 die bevorzugte Methode (und aus statistischer Sicht auch, weil die Kennzahlen präziser sind). Die Auswertung über Mittelwert und Spannweite (Xquer-R) sollte nur noch dann gemacht werden, wenn kein PC für die Berechnung vorhanden ist. Also eigentlich für den deutschsprachigen Raum nie, jedenfalls kann ich mich nicht daran erinnern in den letzten Jahren einen Arbeitsplatz bei der MSA gesehen zu haben, wo kein PC oder Laptop verfügbar war. (Aus historischen Gründen ist diese Option in Minitab noch auf der Hauptseite der Dialogbox verfügbar.)
Viele Grüße
Barbara
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Eine gute wissenschaftliche Theorie sollte einer Bardame erklärbar sein.
(Ernest Rutherford, Physiker)Guten Tag,
die Erstellung der Zeitreihen und Boxplots hat ergeben, dass die Streuung innerhalb der Teile-Typen groß ist und zwischen den verschiedenen Teile-Typen klein.
Die gekreuzte MSA (in „Minitab“) liefert mir als Ergebnis eine fast 100% Streuung bei R&R gesamt und Wiederholbarkeit, aber nur eine 0-30% Streuung zwischen den Teilen im Bezug auf die Prozessstreuung.
Rein subjektiv empfunden müsste es allerdings genau umgekehrt sein.Ich habe die Auswertungen übrigens jeweils mit den Werten aus dem linearen Bereich und mit den Extremwerten durchgeführt, bei den Werten aus dem linearen Bereich ist die Streuung zwischen den Teilen bei 0%.
Bezüglich der Prüfung schlechter Teile ist dies nicht ohne weiteres möglich, da ein n.i.O.-Teil eigentlich nur von der Beschaffenheit des Metallteils abhängig ist. Es gibt also nur komplette n.i.O.-Chargen, z.B. wenn das Werkzeug zur Bearbeitung des Metallteils abgenutzt oder kaputt ist. Einzelne n.i.O.-Teile innerhalb einer Messreihe kommen also nicht vor.
Als „historische Standardabweichung“ habe ich die Standardabweichung aller Messwerte angegeben, ist dies korrekt?
Außerdem wird eine spezifische Toleranzgrenze gefordert, gebe ich hier einfach die Untergrenze, z.B. 10 Nm ein oder wie genau fließt dieser Schritt in die Berechung mit ein?
Ich bin mir nicht sicher, ob ich erneut einen Fehler bei der Auswertung gemacht habe oder eine Prüfmittelfähigkeit in diesem Sonderfall einfach nicht möglich ist.
Besteht noch eine andere Möglichkeit zur Bewertung der Prüfvorrichtung anhand der Messwerte?
Vielen Dank im Voraus und viele Grüße
-MSA-Hallo MSA,
wenn Deine Teile-Typen alle gleich sind (=sehr ähnliche Werte bzw. gleiche Boxplots bei Wert je Teile-Typ), dann ist Deine PV (Part Variation) auch klein. Abgesehen davon, dass das für die Bewertung der Mess-Unsicherheit schwierig sein kann (s. u.) heißt das im Ergebnis, dass Du Deine Mess-Unsicherheit anhand von 1 Teile-Typ qualifizieren willst. Das ist ein bisschen wenig. Im Allgemeinen sollte es bei Verfahren 3 (ohne Prüfereinfluss bzw. mit immer demselben Prüfer) mindestens 15 verschiedene Teile-Typen geben.
Im theoretisch optimalen Fall hast Du so gut wie keine Streuung innerhalb eines Teile-Typen und deutliche Unterschiede (=Streuung) zwischen den Teile-Typen. Bei Dir scheinen die Werte genau anders herum zu liegen. (Ganz blöde Frage: Hast Du ggf. einfach die falschen Werte/Kombinationen im Arbeitsblatt eingetragen oder in der Dialogbox ausgewählt?)
So richtig unschön wird das mit den sehr ähnlichen Teilen bei der Bewertung der Mess-Unsicherheit im Vergleich zur Prozess-Streuung. Wenn Du hier die „historische Standardabweichung“ einträgst, dann ist das die Standardabweichung aus dem normalen (bereits laufenden) Fertigungsprozess, NICHT die aus Deiner MSA-Untersuchung. Entscheidest Du Dich für „Aus den Teilen der Untersuchung schätzen“ wird die Gesamt-Streuung der Fertigung aus den Messwerten in der MSA berechnet. Insgesamt ist
S²(gesamt) = S²(Fertigung) + S²(Messung)
wobei Du nur S²(gesamt) als Gesamt-Standardabweichung der Fertigungsmesswerte aufnehmen kannst und S²(Messung) über die MSA.
Und wenn Du in der MSA sehr ähnliche Teile hast und als S²(gesamt) die Streuung in der Untersuchung bzw. die Standardabweichung aus der MSA nimmst, dann wird die ganze Streuung in den Messwerten scheinbar durch die Messung verursacht (für S²(Fertigung) bleibt so nix über).
Ggf. kannst Du Deine Auswertung noch retten, wenn Du aus dem laufenden Prozess Messwerte (unabhängig von den MSA-Werten) hast, mit denen Du die Gesamt-Standardabweichung S²(gesamt) berechnen kannst. Wenn Du die nicht hast, brauchst Du zwingend neue Teile-Typen und die sollten wirklich echt unterschiedlich sein und bestenfalls den gesamten möglichen Wertebereich repräsentieren (ja ich weiß, dass das viel leichter gesagt als getan ist, insbesondere bei zerstörenden Prüfungen).
In der Auswertung mit Verfahren 3 (1 Prüfer, unterschiedliche Teile bzw. Teile-Typen) gibst Du dann in Minitab Folgendes ein:
Assistent > Mess-System-Analyse > Messsystemanalyse (gekreuzt)
Prüfer: [bleibt leer da konstant 1 Prüfer]
Teile: [Teile-Typen]
Messwerte: [Messwerte]
Prozessstreuung: wenn möglich Option 1 „Historische Standardabweichung verwenden“ und Standardabweichung aus normalen Fertigungs-Messdaten berechnen und eintragen, sonst Option 2 „Aus Teilen der Untesuchung schätzen“ wählen
Prozesstoleranz (optional)
untere Spezifikationsgrenze: 10 eintragen [für 10 Nm Mindesthaltemoment, muss nicht sein, hilft bei der Bewertung (s. u.)](Da Du nur 1 Prüfer hast gibt es in der Auswertung keinen Unterschied zwischen der gekreuzten und geschachtelten MSA. Bei mehreren Prüfern muss die Auswertung über Statistik > Qualitätswerkzeuge > Mess-System-Analyse (MSA) > Messsystemanalyse (geschachtelt) berechnet werden!)
In der Auswertung kriegst Du dann zwei Bewertungen der Mess-Unsicherheit
a) bezogen auf Deinen Fertigungsprozess als Antwort darauf, ob Du den Prozess bzw. Prozessveränderungen über die Messwerte erkennen kannst
b) bezogen auf Deine Toleranz(grenze) als Antwort darauf, ob Du zuverlässig genug entscheiden kannst ob das Produkt in Ordnung oder nicht in Ordnung istEine Erklärung zu den Ergebnissen im Assistenten mit Hinweisen zu weiteren Informationsquellen findest Du in den Technical Papers auf der Minitab-Webseite. Die Formeln gibts auf den Hilfeseiten unter dem Punkt „Siehe auch“ > „Methoden und Formeln“ („Siehe auch“ ist direkt rechts unter dem Hilfeseiten-Titel wie z. B. Messsystemanalyse (geschachtelt)). Da kannst Du dann auch sehen wie genau die Toleranzgrenze in den Formeln verwendet wird.
Vielleicht wird das ja noch was [;)] Grundsätzlich ist Dein Ansatz auch aus statistischer Sicht möglich und umsetzbar – voraugesetzt die Anforderungen an die Teile-Typen (gleiche Repräsentanten, unterschiedliche Teile-Typen) sind erfüllt.
Viele Grüße
Barbara
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Eine gute wissenschaftliche Theorie sollte einer Bardame erklärbar sein.
(Ernest Rutherford, Physiker)Hallo Barbara,
ich habe heute nochmal nachgeprüft, ob der Fehler tatsächlich bei den zu ähnlichen Teile-Typen liegt:
Und zwar habe ich einfach angenommen, dass die Werte aus dem linearen Bereich einen Teile-Typ darstellen und die Extremwerte einen anderen Teile-Typ.
Davon habe ich jeweils die ersten 30 Werte genommen, also je zehn Teile und drei Replikationen bei den zwei „Quasi-Teile-Typen“.
Die Standardabweichung habe ich schätzen lassen.Das Ergebnis fällt nun wie gewünscht aus. R&R gesamt und Wiederholpräzision liegen bei ca. 30% und die Streuung zwischen den Teilen liegt bei 95%.
Natürlich kann man die MSA auf diese Weise mit den beiden Messreihen nicht durchführen, das sollte lediglich eine Bestätigung darstellen.
Das Problem wird also wie von dir bereits beschrieben durch deutlich verschiedene Teile-Typen gelöst.
Eine Standardabweichung aus dem laufenden Prozess zu entnehmen ist hier leider nicht möglich, deshalb muss der Wert vom Programm geschätzt werden. Mehrere unterschiedliche Teile-Typen sind möglich, jedoch keine 15 verschiedenen.
Allerdings gibt es auch Prüfvorrichtungen bei denen wirklich nur ein Teile-Typ vorhanden ist. Dort wird die beste Lösung die Anfertigung eines Normals sein, um einen Vergleichswert zu erhalten und dann evtl. in Verfahren 1 auszuwerten.
Vielen Dank für die schnelle und vor allem kompetente Hilfe Barbara, du hast mir wirklich weitergeholfen!
Viele Grüße und einen schönen Abend,
-MSA-Hallo MSA,
immer gerne.
Alternativ zu Versuchen kannst Du auch die einzelnen Unsicherheitskomponenten aus Zertifikaten, Fachliteratur, usw. ermitteln und dann zu einer Mess-Unsicherheit kombinieren. Ist etwas weiter von der eigentlichen Anwendung weg und damit ggf. weniger aussagekräftig, nur wenn sich die Versuche nicht sinnvoll realisieren lassen, könnte das ein Ausweg sein. Weitere Infos dazu findest Du in VDA 5 und ISO 22514-7.
Viele Grüße
Barbara
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Eine gute wissenschaftliche Theorie sollte einer Bardame erklärbar sein.
(Ernest Rutherford, Physiker) -
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