Qualitätsmethode - MSA - Messsystemanalyse


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Webinar / Seminar
MSA Messsystemanalyse

Ziel / Bedeutung von Messsystemanalysen

Messsystemanalyse im Produktentstehungsprozess

Verfahrensunterscheidungen: (Verfahren 1, Verfahren 2, Verfahren 3)

Messabweichung

Wiederholbarkeit

Vergleichbarkeit

Durchführung einer Messsystemanalyse

Bewertung von Messsystemanalyse-Ergebnissen

Prüfmittel und Prüfsysteme je nach Einsatzzweck

Unterscheidung MSA und VDA 5

 

Kontakt

Erfahren Sie mehr über die Notwendigkeit der Messsystemanalyse. 

Bei allen Messsystemanalyse / Prüfprozesseignungen gilt:

  • Führen Sie die Messsystemanalyse auch mit denjenigen Personen durch, welche hinterher auch die Messungen durchführen
  • Dokumentieren Sie die Rahmenbedingungen der Analysen
  • Beachten Sie die jeweils aktuellen Vorgaben von MSA und VDA 5

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
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Spanne (R) ausrechnen

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Festlegen der Klassen (K)

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Breite (H) der Klassen ausrechnen:

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Daten den Klassen zuordnen (z.B. Strichliste)

Mittelwert / Median / Range

Mittelwert:

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Median

  • n = gerade
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  • n = ungerade 

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Range

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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)

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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)

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Reproduzierbarkeit – Prüferstreuung (AV)

K = abhäging von der Anzahl der Prüfer

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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)

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Wiederholbarkeit & Reproduzierbarkeit (R & R) / GRR

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Bezug zur Gesamtstreuung (TV)

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Teilestreuung (PV) Placeholder image

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) 

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ndc= 1,41 * (PV / RR) größer 5

Variation

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Präzision

Präzision im Verhältnis zur Toleranz 

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%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 Placeholder image

% 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