Poczuj PISMOEA nosem, czyli elementy systemu pomiarowego

Zanim zaczniesz czytać ten artykuł, proponuję krótką przechadzkę po własnym zakładzie i przeprowadzenie mini-ankiety. Zadawaj tylko jedno proste pytanie: „Co to jest system pomiarowy?” Bynajmniej nie sugeruję pogoni za uciekającymi wózkami widłowymi czy przerywania niezwykle

 

 ważnych obowiązków pracowników administracji. Zapytaj te osoby, które mają do czynienia z pomiarami, a więc operatorów, laborantów, metrologów i kontrolerów jakości. Gwarantuję, że na 10 odpowiedzi, każda będzie inna – oczywiście nie licząc stwierdzeń typu „Nie wiem”. Pomijając odpowiedzi wskazujące na błogą niewiedzę, najczęściej spotkamy wyjaśnienie, że systemem pomiarowy to jakieś skomplikowane urządzenie do przeprowadzania pomiarów. Osoby bardziej świadome dodadzą, że jego istotnym elementem jest również sposób pomiaru. Jeszcze bardziej zaawansowani, którzy kiedyś próbowali rozszyfrować skrót GRR dorzucą, że na pomiar ma wpływ również sam człowiek trzymający w ręku suwmiarkę.
Każda z tych definicji jest gorszym lub lepszym przybliżeniem tego, co powinniśmy nazywać systemem pomiarowym. Czy jednak mogą nas one satysfakcjonować? Z pewnością nie.

 

W podręczniku MSA v.4 pojęcia systemu pomiarowego zostało jasno zdefiniowane. Jest to zbiór składający się z: narzędzi pomiarowych, wzorców, operacji, metod, mocowań, oprogramowania, personelu, środowiska i założeń, które są używane w procesie pomiaru i które mogą mieć wpływ na uzyskany wynik.

Aby usystematyzować te czynniki wprowadzono akronim P.I.S.M.O.E.A. Każda z liter definiuje najważniejsze elementy systemu pomiarowego, które powinniśmy wziąć pod uwagę przystępując do jego planowania lub oceny. Spróbujmy przyjrzeć się im bliżej.

 

P – Part (część)

Mierzony komponent lub część wchodzą w skład systemu pomiarowego? Przecież część nie wykonuje pomiaru, tylko suwmiarka i człowiek. Nic bardziej błędnego. Trzymając się powyższej definicji, musimy zadać pytanie: „czy mierzona część wpływa na pomiar?". Odpowiedź wydaje się oczywista. Przecież nikt nie podważy tego, że będziemy uzyskiwać inne wyniki pomiarów jeżeli dany element jest wykonany z gumy a inne, jeżeli jest plastikowy lub stalowy. Albo czy takie same błędy będziemy popełniać mierząc średnicę elementu stożkowego albo walcowego? Przykładów można by mnożyć, ale konkluzja jest jedna. Mierzona część ma wpływ na pomiar a więc stanowi część systemu pomiarowego.


I – Instrument (rządzenie pomiarowe)

Ten element systemu pomiarowego budzi najmniej wątpliwości, bo jest najbardziej oczywisty. Nie należy jednak zapominać o powodzie, dla którego urządzenia pomiarowe umieszczono w modelu P.I.S.M.O.E.A. Otóż suwmiarki, mikrometry, twardościomierze i inne urządzenia też wpływają na wynik pomiaru. Decydują o tym ich parametry konstrukcyjne, właściwości mechaniczne a często zwykłe zużycie.

Przy doborze sprzętu pomiarowego należy również uwzględniać zakres zmienności badanej charakterystyki. Sprzęt o zbyt małej rozdzielności może nie dawać danych wystarczających do statystycznej analizy procesu. Z drugiej strony, może się okazać, że niepotrzebnie wykonujemy kosztowne pomiary, podczas gdy potrzeby procesu są znacznie mniejsze. Odpowiedzi na to pytanie udzieli poprawnie przeprowadzona analiza GRR.

 

S – Standard (norma, standard, wzorzec)

W praktycznie każdym pomiarze odwołujemy się do jakichś wzorców. Mogą one mieć charakter fizyczny (płytki pomiarowe, wzorniki barw) ale również matematyczny (wartości stałe, współczynniki tabelaryczne). W pierwszym przypadku płytka pomiarowa może być zniekształcona a wzorzec wyblakły. W drugim, możemy przyjąć takie lub inne zaokrąglenie, posłużyć się innym współczynnikiem, użyć innego wzoru. W rezultacie aksjomaty mogę utracić swoją moc „niezmienności" i wpłynąć na wnioskowanie w procesie pomiarowym.

 

M – Method (metoda pomiaru)

Aby wyjaśnić, czy metoda pomiaru jest częścią systemu pomiarowego, ponownie zadajmy sobie pytanie odnoszące się do definicji tego systemu – czy metoda pomiaru wpływa na uzyskiwane wartości pomiarowe? Każdy, kto choć raz w życiu trzymał w ręku suwmiarkę, odpowie, że tak. Sposób przyłożenia narzędzia, kąt pod jakim zostaną zaciśnięte szczęki, miejsce, w którym dotkną mierzonego obiektu – to wszystko ma kluczowe znaczenie dla precyzji pomiaru. Nie wolno również zapominać o czynnościach pomocniczych, takich jak przygotowanie części do pomiaru (jej temperatura, czystość itp.) czy sposobie umieszczenia jej w uchwycie bądź pryzmie.

Częstym błędem popełnianym przez firmy, jest kupowanie drogich systemów pomiarowych, podczas gdy ogromny i niewykorzystany potencjał tkwi w dopracowaniu metod pomiaru. Wynika to przede wszystkim z braku analizy wyników badania GRR – ich poprawna interpretacja wyraźnie pokaże, czy należy doskonalić sprzęt pomiarowy, czy też metody i kwalifikacje pracowników.

 

O – Operator (pomiarowiec)

W tym punkcie wiele do powiedzenia mieliby pracownicy laboratoriów oraz inżynierowie szkolący pracowników produkcyjnych. Ilu reklamacji dałoby się uniknąć, gdyby kolega X właściwie przyłożył suwmiarkę, właściwie odczytał wynik i co więcej zapisał go we właściwej rubryczce. Warto zauważyć, że wpływ operatora na uzyskiwany wynik jest często najsilniejszym z czynników modelu P.I.S.M.O.E.A.. Wiąże się on też z pozostałymi – jeżeli pomiarowiec będzie się posługiwał niewłaściwym urządzeniem a metoda pomiarowa będzie niedopracowana, nie pomogą nawet najlepsze kwalifikacje pracownika.

Pamiętajmy więc, że analizując ten punkt powinniśmy patrzyć wyłącznie na kompetencje osoby dokonującej pomiary, jej doświadczenie, wiedzę oraz zaangażowanie. Jeżeli zauważymy, że nasz operator popełnia błędy, bo nie mierzy części stale w tym samym miejscu, zapytajmy najpierw, czy metoda pomiarowa została precyzyjnie zdefiniowana, a dopiero potem szukajmy zaniedbań w samym procesie pomiaru.

 

E – Environment (środowisko)

Subiektywność oceny zmysłowej rozpatrywali już starożytni Grecy. To co dla jednego jest zielone, dla innej osoby będzie seledynowe lub oliwkowe. Relatywizm barw jest zjawiskiem dosyć dobrze znanym, ale często o nim zapominamy. W rezultacie niewłaściwie oświetlone stanowisko do oceny koloru lakieru może prowadzić do zupełnie sprzecznych wniosków.

To tylko jeden z przykładów, w jaki sposób środowisko (w tym przypadku oświetlenie) może wpłynąć na pomiar. A co się stanie, gdy będziemy mierzyć podobne elementy plastikowe lecz w różnej temperaturze? Zakładając, że plastik twardnieje wraz z ochładzaniem się, możemy podejrzewać, że bardziej nagrzane elementy będą ulegać większemu ugięciu, co z kolei wpłynie na pomiar.

 

A – Assumptions – Założenia

Typowymi założeniami stosowanymi zarówno w SPC jak i MSA jest założenie o normalności procesów, o niezależności prób losowych, o reprezentatywności próbki czy o powtarzalności pomiaru. Niestety, nie zawsze mamy podstawy, by te założenia przyjąć za słuszne.
W tym miejscu najlepiej zacytować podręcznik MSA: Wszystkie metody analizy systemów pomiarowych są narzędziami jakości, zaś wszystkie narzędzia jakości opierają się na założeniach. Jeżeli założenia te zostaną naruszone, działanie narzędzia staje się nieprzewidywalne (w najlepszym przypadku), co z kolei może prowadzić do błędnych wniosków (w najgorszym przypadku).

 

Mam nadzieję, że przedstawione uwagi pomogą w lepszym planowaniu systemów pomiarowych i uwzględnianiu czynników wpływających na proces pomiaru. Nie wolno nam zapominać, że system pomiarowy to nie tylko prosta suwmiarka lub skomplikowana maszyna z setką czujników, ale wszystko co wpływa na pomiar, czyli po prostu P.I.S.M.O.E.A.

 

Piotr Stokłosa