Analisi dei Sistemi di Misurazione - MSA

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1 Data: 16 Marzo 2011

2 Indice Il processo zione impiego specifico Cenni di SPC e di MSA 2

3 CARATTERISTICA DA CONTROLLARE, TOLLERANZA E RELATIVA CLASSE DI IMPORTANZA METODO DI CONTROLLO STRUMENTO DI MISURA TARATO PERSONALE ADDESTRATO CONDIZIONI OPERATIVE DI MISURA PARTICOLARI DA MISURARE INPUT Analisi dei Sistemi di Misurazione Assicurare l adeguatezza dei sistemi zione rispetto alle tolleranze delle caratteristiche da controllare TEAM: Quality Process Engineering Plant OUTPUT VARIABILITÀ DELLE MISURE E DEI RELATIVI FATTORI VALUTAZIONE DELL IDONEITÀ DEL SISTEMA DI MISURAZIONE IN RELAZIONE ALLA TOLLERANZA NELLE CONDIZIONI OPERATIVE D IMPIEGO impiego specifico MEZZI: SW STATISTICO DI GESTIONE QS-STAT 3

4 CHE COSA È L Analisi dei sistemi zione - MSA è un insieme di metodi di valutazione con lo scopo di determinare se la variabilità dei risultati ottenuti con un sistema zione (strumento, metodo zione, addetti alla, ecc.) è accettabile in relazione al campo di tolleranza prescritto per la caratteristica di prodotto/parametro di processo oggetto zione. impiego specifico Cenni di SPC e di MSA 4

5 (segue) A COSA SERVE A valutare l adeguatezza dei sistemi zione prima del loro utilizzo in produzione. A stimare i contributi dei fattori agenti sul sistema zione che influiscono sulle misure ottenute. Benefici attesi: Attendibilità dei risultati delle misurazioni anche in relazione alla tolleranza della caratteristica da misurare Ottimizzazione del processo zione in funzione della caratteristica da tenere sotto controllo impiego specifico 5

6 Idoneità dei sistemi zione L idoneità di un sistema zione deve essere valutata: rispetto all ampiezza del campo di tolleranza relativo alla caratteristica da misurare nelle condizioni reali di impiego dello strumento di misura, considerando l influenza dell addetto alla misura e delle altre condizioni di utilizzo. Un sistema zione per variabili viene definito idoneo quando la variabilità del processo zione può essere considerata trascurabile rispetto alla tolleranza prescritta per la caratteristica da misurare e quindi i risultati possono essere utilizzati per valutarne la conformità con la necessaria sicurezza. impiego specifico 6

7 Processo zione Fattori d influenza 5M Procedimento operativo (Metodi) Operatore (Mano d Opera) Strumento (Mezzi) Misurando (Materiali) Ambiente ( Milieu ) Errori casuali ed errori sistematici Principali caratteristiche metrologiche dello strumento Variabilità del valore impiego specifico 7

8 Processo zione Fattori d influenza controllabili Grandezza d interesse (misurando) Sistema di Misurazione costituito da: Strumento zione Allestimento per la (Operatore e condizioni ambientali) Metodo di controllo Valore di misura (risultato) impiego specifico Fattori d influenza non controllabili 8

9 L approccio ISO alla valutazione dell influenza dell incertezza sui risultati delle misurazioni La norma ISO/TR Parte 1 indica i criteri per la definizione delle zone di conformità, ambiguità e non conformità considerando i valori di tolleranza prescritti e il valore di incertezza del sistema zione. Lo schema riportato di seguito, tratto dalla stessa norma, ne rappresenta la logica. Influenza dell incertezza di misura INCREMENTO DEL VALORE DI INCERTEZZA DI MISURA U ZONA DI FUORI SPECIFICA ZONA DI NON CONFORMITÀ ZONA DI NON CONFORMITÀ ZONA DI AMBIGUITÀ ZONA DI AMBIGUITÀ ZONA DI SPECIFICA ZONA DI CONFORMITÀ ZONA DI CONFORMITÀ ZONA DI AMBIGUITÀ ZONA DI AMBIGUITÀ ZONA DI FUORI SPECIFICA ZONA DI NON CONFORMITÀ ZONA DI NON CONFORMITÀ impiego specifico 9

10 L approccio ISO alla valutazione dell influenza dell incertezza sui risultati delle misurazioni (segue) Influenza dell incertezza di misura impiego specifico 10

11 Strumenti di Strumenti che vengono utilizzati in diversi processi zione di una data grandezza fisica, con diversi valori di tolleranza. Strumenti specifici Strumenti che vengono utilizzati in una specifica fase del processo produttivo per la verifica di una caratteristica con una determinata tolleranza. In ambito industriale i termini strumento e mezzo di controllo sono da ritenere equivalenti. Tipologia degli strumenti impiego specifico 11

12 Flusso di gestione degli strumenti Lo strumento viene utilizzato per dimostrare la conformità del prodotto a requisiti specificati? no Identificare lo strumento come indicativo, da non sottoporre a taratura, ma a verifiche funzionali periodiche Tipologia degli strumenti sì impiego specifico sì Valutare: la risoluzione la funzionalità l accuratezza e la ripetibilità dello strumento ( Studio di Tipo 1 ), con la periodicità definita dalle prescrizioni aziendali Lo strumento di misura è da considerare specifico? no Effettuare la taratura dello strumento con la periodicità definita dalle prescrizioni aziendali 12

13 Valutazione dell idoneità degli strumenti di In ambito industriale un sistema zione si considera convenzionalmente idoneo quando il rapporto tra la sua incertezza U e la tolleranza della caratteristica da misurare risulta minore o uguale a 1/10 e comunque mai maggiore di 1/5, ossia: U 1/10 T pre di impiego specifico 13

14 Strumenti per variabili Sono definiti strumenti per variabili (calibri, micrometri, comparatori, ecc.) quelle apparecchiature di controllo in grado di attribuire un valore numerico alle misurazioni effettuate. 14

15 Valutazione dell idoneità dei sistemi zione per variabili Strumento specifico Processo di Studio di Tipo di 2 Strumento nuovo/ modificato sì nok Risoluzione adeguata? ok Prova funzionale ok Studio di Tipo 1 ok Possibile influenza dell operatore? nok nok nok no Sostituire lo strumento Migliorare il sistema zione Studio di Tipo di 3 nok ok Sistema zione accettato ok 15

16 Sistemi zione per variabili Metodologie di analisi Strumento Studio di Tipo 1: accuratezza e ripetibilità Processo zione Studio di Tipo 2: ripetibilità e riproducibilità Studio di Tipo 3: ripetibilità del sistema zione, nelle condizioni reali di impiego, nei casi in cui non sussiste l influenza dell operatore 16

17 Risoluzione dello strumento La più piccola variazione della grandezza misurata che produce una variazione apprezzabile dallo strumento [VIM 4.14]. 17

18 Risoluzione dello strumento Test di valutazione Criterio di accettabilità: 5% della tolleranza totale Esempio: Dimensione specificata = 56,83 ± 0,01 mm Con una tolleranza di 0,02 mm, il 5% corrisponde a 0,001 mm. Quindi lo strumento deve avere una risoluzione massima di 0,001 sul totale del campo zione. 18

19 Accuratezza Grado di concordanza tra il risultato di una e un valore vero del misurando Grandezze [rif. VIM 2.13]. d influenza Media dei valori misurati Grandezza d interesse + Processo di Errore sistematico strumentale Valor vero Informazione Valor vero del misurando 19

20 Ripetibilità dei risultati zione Grado di concordanza tra i risultati di successive misurazioni dello stesso misurando effettuate nelle stesse condizioni [rif. VIM 2.21]. Media dei valori misurati 6 s La ripetibilità viene valutata utilizzando la deviazione standard s della serie delle misure ripetute. 20

21 Riproducibilità dei risultati zione Grado di concordanza tra i risultati zioni dello stesso misurando effettuate cambiando le condizioni [rif. VIM 2.25]. Operatori La riproducibilità può essere espressa in termini di varianza totale intesa come somma delle varianze ottenute con le singole condizioni Varianza Totale 21

22 Prova funzionale Le attività di analisi devono essere precedute da una prova funzionale dello strumento, da effettuare con un intero ciclo operativo su un pezzo rappresentativo o un campione master. Questa prova dovrebbe anche includere una valutazione preliminare approssimata dell accuratezza, per evitare macroerrori prima di avviare i successivi studi. 22

23 Condizioni preliminari alle attività di analisi E necessario operare in accordo alle condizioni definite nelle specifiche tecniche del mezzo di controllo, quali: le condizioni ambientali la messa a punto e taratura le modalità di funzionamento il tempo ciclo le interazioni tra mezzo di controllo ed elementi oggetto delle misurazioni (posizionamento reciproco, tipo di tastatori, ecc.). 23

24 Studio di Tipo 1: Finalità Lo Studio Tipo 1 viene utilizzato per determinare ripetibilità, accuratezza del sistema zione, in relazione al suo comportamento intrinseco nel campo di tolleranza. 24

25 Studio di Tipo 1: Modalità operative Devono essere effettuate da un operatore una serie di n 50 misurazioni consecutive del campione master, stabilizzato alla temperatura ambiente, impiegando l intero ciclo operativo previsto per il mezzo di controllo. Il mezzo di controllo non può essere regolato durante lo studio. Il campione master non può essere sostituito durante lo studio e deve essere posizionato e orientato in modo costante per effettuare le misurazioni sempre nella stessa zona. 25

26 Caratteristiche del campione master Per l effettuazione dello Studio Tipo 1, si deve disporre di un campione master di valore noto (valore vero e incertezza ). Si richiede che l incertezza U rif del campione master rispetto alla tolleranza prescritta della caratteristica da misurare T pre soddisfi la relazione: U rif T pre / 20 Nel casi di caratteristiche dimensionali con T pre 16 µm si ammette che sia U T pre / 5 Il campione master deve essere sottoposto a taratura all interno dell Azienda oppure dotato di Certificato di Taratura rilasciato da un Centro esterno accreditato a livello nazionale (SIT) / internazionale (IEC 17025). 26

27 Studio di Tipo 1 L ambiente può non essere rappresentativo della normale produzione. Ciascun campione master deve essere corredato di Certificato di taratura. Ad ogni replica zione il campione deve essere rimosso e riposizionato. 27

28 Studio di Tipo 1: Modalità di calcolo degli indici di capacità C g = 0,2 6 T s pre g Ripetibilità del sistema x m Xg C gk = 0,1 T pre x 3 s g g x m Ripetibilità e accuratezza del sistema di misura Criteri di accettabilità: C g, C gk 1,33 6 s g 28

29 Indici di capacità C g e tolleranza LTI T pre LTS C g=1.0 6s g = 0.2 T pre C g =1.33 0,2 T pre 6 s g 8 s g 6s g = 0.15 T pre C g =1.67 6s g = 0.12 T pre 10 s g 29

30 Studio di Tipo 2: Finalità Lo Studio Tipo 2 viene utilizzato per determinare ripetibilità, riproducibilità del sistema zione nei casi in cui può sussistere un influenza dell operatore. Lo Studio Tipo 2 viene quindi svolto per valutare l idoneità del mezzo di controllo nelle condizioni reali di impiego, considerando l influenza dell addetto alla e delle altre condizioni d impiego. 30

31 Studio di Tipo 2: Modalità operative Lo Studio Tipo 2 viene eseguito dopo aver completato lo Studio Tipo 1 con esito positivo. Si deve operare come segue: selezionare 2, o preferibilmente 3, operatori (k) selezionare e numerare un minimo di 5 pezzi (n), in modo da coprire l intero campo di tolleranza della caratteristica da misurare, senza comunicare agli operatori i rispettivi valori far effettuare dagli operatori, indipendentemente l uno dall altro, 2 o 3 serie zioni (r) degli stessi n pezzi in ogni caso assicurare che risulti k n r 30 il mezzo di controllo non può essere regolato durante lo studio nel caso in cui la posizione e/o l orientamento del pezzo possano influire sul risultato della, si deve aver cura di mantenerli invariati nel corso della prova. 31

32 Studio di Tipo 2 L ambiente deve essere quello della normale produzione. Gli operatori devono essere coloro che eseguiranno le misurazioni in produzione. Ad ogni replica zione il particolare deve essere rimosso e riposizionato. 32

33 Studio di Tipo 2: Modalità di calcolo con il metodo ARM Stima della ripetibilità Stima della ripetibilità in % di T pre EV = K 1 R EV % EV = 100 % Tpre Stima della riproducibilità AV = ( K x 2 2 Diff ) EV n r 2 Stima della riproducibilità in % di T pre AV % AV = 100% T pre 33

34 Studio di Tipo 2: Modalità di calcolo con il metodo ARM (segue) % R & R = EV 2 + AV % T pre Ripetibilità e riproducibilità del sistema Criteri di accettabilità: %R&R 20% 34

35 Studio di Tipo 3: Finalità Lo Studio Tipo 3 viene utilizzato per determinare ripetibilità del sistema zione, nelle condizioni reali di impiego, nei casi in cui non sussiste l influenza dell operatore (es. posizionamento automatico del particolare da misurare e del sensore). 35

36 Studio di Tipo 3: Modalità operative Lo Studio Tipo 3 è un caso particolare di Studio Tipo 2, e pertanto deve essere effettuato dopo aver completato lo Studio Tipo 1 con esito positivo. Si deve operare in modo analogo Studio Tipo 2, con le seguenti specificità: selezionare e numerare un minimo di 25 pezzi (n) effettuare r serie zioni degli stessi n pezzi in modo che n r 50 non è consentito il riposizionamento manuale di pezzi (a meno che non sia ancora disponibile la movimentazione all atto della verifica dell idoneità del mezzo di controllo). 36

37 Studio di Tipo 3 Valutare gli effetti della ripetibilità in un processo di senza operatori Scopo Operatori necessari Nessuno, lettura in automatico Repliche per campione p =10 r =2 Campioni necessari p r = 30 L ambiente deve essere quello della normale produzione. Ad ogni replica zione il particolare deve essere rimosso e riposizionato. 37

38 Studio di Tipo 3: Modalità di calcolo con il metodo ARM Poiché non c è l influenza dell operatore, si ha: AV = 0 e quindi: Ripetibilità del sistema zione nelle condizioni reali di impiego EV % R & R = 100% con T pre EV = K 1 R Criteri di accettabilità: %R&R 20% 38

39 Studi di Tipo 2 e Tipo 3: Metodo ANOVA Nel caso si riscontrasse con il metodo ARM risulti %R&R > 20% è necessario ripetere i calcoli usando il metodo ANOVA. Il più completo ma complesso metodo ANOVA permette di valutare, oltre ai contributi di variabilità stimabili con il metodo ARM, anche quello di un eventuale Interazione tra parte ed operatore. Cosa si intende per Interazione tra parte ed operatore? La si può considerare come l effetto sulla misura dovuto ad esempio alla presenza di difetti sul misurando non rilevati dall operatore che comporta quindi l acquisizione di un dato errato. 39

40 Studi di Tipo 2 e Tipo 3: Confronto tra metodi ARM e ANOVA 40

41 Criteri di accettazione Studi di Tipo 2 e Tipo 3 : Confronto tra metodi ARM e ANOVA (segue) 41

42 Studi di Tipo 2 e Tipo 3 Criteri di accettabilità in funzione dell importanza della caratteristica Al fine di minimizzare l influenza del Sistema zione sulla variabilità totale del processo, è opportuno far riferimento ai seguenti obiettivi di %R&R definiti in relazione alla classe di importanza della caratteristica da misurare: CLASSE CARATTERISTICA %R&R 25% 20% 15% 42

43 Sistemi zione per variabili - Azioni in caso di inadeguatezza Qualora non sia possibile / opportuno sostituire lo strumento di misura o non possa essere incrementata la tolleranza prescritta, è necessario valutare quanto di seguito indicato: Risoluzione Se la risoluzione non soddisfa l obiettivo definito Ris 0,05 ma risulta inferiore allo 0,1, allora è possibile utilizzare lo strumento dopo aver ottenuto specifica concessione da parte degli Enti che ne possiedono l autorità Studi di Tipo 1 o di Tipo 2 e 3 Se gli obiettivi non sono raggiunti, è necessario ridurre la tolleranza T pre di una quantità corrispondente all incertezza del sistema di : ±2 R%R (c.l. 95%) Una soluzione alternativa consiste nel rinunciare a discriminare tra valori diversi della caratteristica in esame ed effettuare le verifiche di conformità mediante strumenti per attributi, nei quali vengono materializzati i valori limiti dell intervallo di tolleranza della caratteristica da controllare. 43

44 Idoneità dei sistemi zione Implicazione sul Controllo C p effettivo %R&R impiego specifico Implicazioni sul Controllo Statistico di Processo C p misurato nel processo 44

45 Idoneità dei sistemi zione Implicazione sul Controllo (segue) Ad esempio, nel caso di un sistema zione con dispersione 30% della tolleranza prescritta, si misurerebbe un valore di Cp pari a 1.4 quando l effettivo valore di Cp è Tale scostamento è dovuto alla composizione della varianza del processo produttivo con quella del processo zione. Nell esempio sopra citato nel caso di %R&R=30, il valore di Cp misurato nel processo produttivo è stato ricavato nel seguente modo: C % p effettivo R & da cui: 6 C p s misurato misurato R = = = = 30 6 T pre T s 6 pre misurato 6 s g s = effettivo T pre = % T nat = R & ( ) + ( 0. 3 ) = T pre T pre R T = C = pre p = T T = pre pre T pre impiego specifico Implicazioni sul Controllo Statistico di Processo 45

46 Strumenti per attributi Sono definiti strumenti per attributi quelle apparecchiature di controllo che hanno valori o intervalli predefiniti con i quali si verifica la conformità del misurando senza la possibilità di determinarne la misura, come ad esempio anelli, tamponi, forcelle. impiego specifico per attributi Il segnale in uscita definito dall operatore è OK o NON OK. 46

47 Sistemi zione per attributi (segue) SISTEMA DI MISURAZIONE PER ATTRIBUTI VALUTAZIONE OGGETTIVATA da strumenti Passa / Non Passa impiego specifico per attributi VALUTAZIONE NON OGGETTIVATA 47

48 Sistemi zione per attributi Valutazione oggettivata Il metodo di valutazione dell idoneità di questa tipologia di sistemi di consiste nell ispezionare 20 particolari di lavorazione precedentemente selezionati, con misure per variabili, in modo da includere la più vasta variabilità possibile della caratteristica oggetto della valutazione includendo anche pezzi fuori tolleranza. Se il controllo è eseguito mediante apparecchiature automatiche, i 20 particolari selezionati devono essere verificati 2 volte. Se il processo di controllo può risentire dell influenza dell operatore (es. nel posizionamento) i 20 particolari selezionati devono essere verificati ciascuno 2 volte da 2 operatori diversi. Occorre ovviamente adottare opportune precauzioni affinché i giudizi espressi dal primo operatore non influenzino quelli del secondo; nelle due serie di verifiche è quindi opportuno cambiare la sequenza dei particolari osservati. impiego specifico per attributi 48

49 Sistemi zione per attributi Valutazione oggettivata Il risultato dell osservazione della caratteristica di interesse, ottenuto mediante lo strumento di controllo per attributi, viene espresso in termini di conformità o non conformità rispetto alla tolleranza prescritta. Un sistema zione per attributi è giudicato idoneo quando le valutazioni di conformità / non conformità di tutti particolari sono in totale accordo tra tutti gli operatori. ACCORDO DEL 100% impiego specifico per attributi 49

50 Sistemi zione per attributi Valutazione oggettivata Azioni in caso di inadeguatezza Possibili provvedimenti per migliorare le prestazioni del processo di ispezione per attributi sono i seguenti: Addestramento dell operatore Correzioni nella procedura di movimentazione manuale Impiego di calibri alternativi Modifiche di progetto. Se l ulteriore esito di una verifica di idoneità ripetuta adottando lo stesso metodo risulta negativo, è necessario sostituire il processo di ispezione per attributi con un idoneo processo zione per variabili. impiego specifico per attributi 50

51 Sistemi zione per attributi Valutazione non oggettivata Misurare per attributi senza oggettivazione significa valutare caratteristiche di prodotto che non possono essere quantificate tramite uno strumento, ma solo qualificate come CONFORMI o NON CONFORMI da parte di un operatore in base a criteri di valutazione predefiniti. L elemento primario di incertezza del sistema è quindi costituito dalla soggettività della valutazione, in quanto essa viene effettuata da un operatore e non da uno strumento, come avviene ad esempio nel caso della valutazione di alcune caratteristiche estetiche. impiego specifico per attributi 51

52 Sistemi zione per attributi Valutazione non oggettivata Un sistema di valutazione per attributi non oggettivato è da considerare idoneo quando è in grado di garantire una buona uniformità della valutazione della conformità / non conformità, riducendo la soggettività (che per sua natura non è del tutto eliminabile) entro limiti accettabili tramite: - la definizione di criteri di valutazione (conforme / non conforme) chiari e univocamente interpretabili; - l impiego di personale opportunamente addestrato in termini di conoscenza della caratteristica da valutare e dei criteri di valutazione stabiliti. L idoneità di questa tipologia di sistemi zione è valutata mediante uno specifico studio R&R per attributi. impiego specifico per attributi 52

53 Sistemi zione per attributi Valutazione non oggettivata Per una determinata tipologia di difettosità, i passi del metodo per stabilire l idoneità di questo sistema di valutazione sono: 1. Scegliere un campione di pezzi rappresentativi del processo per ottenere pezzi conformi e non conformi e numerarli 2. Far esaminare da un esperto i pezzi per giudicarne la conformità / non conformità 3. Il primo operatore esamina in ordine casuale i pezzi e li giudica 4. Il secondo operatore esamina in ordine casuale gli stessi pezzi e li giudica 5. Ripetere il punto precedente per i rimanenti operatori 6. Ripetere i passi 3-5 per il numero di ripetizioni previste (2, 3, ecc.) impiego specifico per attributi 53

54 Sistemi zione per attributi Valutazione non oggettivata 7. L accordo fra l esperto e ciascuno degli operatori ( ACCORDO ESPERTO - OPERATORE ) valuta l ACCURATEZZA di ogni singolo operatore, cioè quanto la valutazione di ognuno si discosta da quella dell esperto. 8. L accordo di ogni operatore con se stesso ( COERENZA INTERNA DI TUTTE LE PROVE ) valuta il livello di RIPETIBILITÀ del giudizio. 9. L accordo fra tutti gli operatori ( ACCORDO TOTALE TRA OPERATORI ) valuta il livello di RIPRODUCIBILITÀ del giudizio. 10.L accordo fra l esperto e tutti gli operatori valuta l ACCURATEZZA TOTALE che, pur non essendo un indicatore di R&R, quantifica il livello di comprensione e applicazione dei criteri di valutazione. Nelle tre pagine seguenti è riportato un esempio di valutazione relativo alla caratteristica Presenza di puntinature con 12 particolari, 3 operatori e 3 ripetizioni per ogni operatore. impiego specifico per attributi 54

55 Sistemi zione per attributi Valutazione non oggettivata Esempio - Caratteristica Presenza di puntinature impiego specifico per attributi 55

56 Sistemi zione per attributi Valutazione non oggettivata Esempio - Caratteristica Presenza di puntinature (segue) RIPETIBILITÀ Numero di volte in cui gli operatori valutano un particolare coerentemente con se stessi in tutte le prove eseguite rispetto al numero totale di particolari valutati. Nell esempio: - Accordo interno operatore 1 : 12/12 = 100% - Accordo interno operatore 2 : 12/12 = 100% - Accordo interno operatore 3 : 11/12 = 91,7% Ripetibilità: ( )/( ) = 35/36 = 97,2% RIPRODUCIBILITÀ Numero di volte in cui gli operatori sono tutti d accordo sulla valutazione dei particolari rispetto al numero totale di particolari esaminati. Nell esempio: impiego specifico per attributi Riproducibilità: 10/12 = 83,3% 56

57 Sistemi zione per attributi Valutazione non oggettivata Esempio - Caratteristica Presenza di puntinature (segue) ACCURATEZZA TOTALE Numero di volte in cui gli operatori sono tutti d accordo tra loro e anche con l esperto sulla valutazione dei particolari rispetto al numero totale di particolari esaminati. Nell esempio: Accuratezza totale: 9/12 = 75% impiego specifico per attributi 57

58 Sistemi zione per attributi Valutazione non oggettivata Criteri di accettabilità: RIPETIBILITÀ: 90% RIPRODUCIBILITÀ: 90% Se uno dei due precedenti criteri di valutazione è inferiore al 90%, è necessario procedere con le seguenti azioni correttive: ridefinizione dei criteri di giudizio per la conformità e la non conformità addestramento dell operatore condizioni operative in cui si svolge la valutazione. impiego specifico per attributi 58

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