SPC(2015) MSA ( 측정시스템분석 ) Prof. Kwang S. Lee kslee@osan.ac.kr
TIPS 측정 (Measurements) : 어떤물질의특정한성질을나타내기위하여물질에수치를부여하는것 측정과정 (Measurement Process) : 수치를부여하는절차 측정치 (Measurement Value) : 부여된수치 계측치 ( 또는 Gage) : 측정치를얻기위한모든장치의총칭 측정시스템 (Measurement System) : 작동법, 절차, 게이지와다른장비, S/W, 요원등측정치를얻기위해사용되는전체 2
측정 측정 (Measurements) : 공정관리와품질관리에서매우중요한역할을함 제조현장에서정확하지못한측정은 제품의품질판정에오류를초래하며, 품질비용의상승을수반함 품질비용은통제비용과실패비용으로구분됨 3
품질비용 품질비용 (Quality Cost) : 제품을애초부터잘만들지않음으로써발생하는비용. 부적합비용 (Cost Of Non-conformance) 불량품의생산, 예방, 검사, 수리등과관련된비용만포함 4
측정 제품품질의지속적인개선을위해서는생산되는제품의산포를줄여야함 그러기위해서는측정과정에존재하는변동량원인을이해하고정량화하여야함 측정치산포는제품자체의변동및계측기자체의정확정밀도, 측정작업자의능력차에의해발생 따라서올바른측정시스템의관리와적절한통계적분석이요구됨 측정시스템분석은공정관리와품질관리의시발점 5
측정 측정의역할 만약아는것을수치로나타낼수없다면, 실제로는제대로알고있는것이아니다. 제대로알고있지않으면, 그에대해관리할수없다. 우리가관리할수없으면, 운에의해결과가좌우된다. - The Vision of Six Sigma (Mikel J. Harry) 중에서 측정은정확한의사결정의기초자료가된다. 6
측정 왜측정을하는가? 프로세스에대한더나은이해 사실에대한정확한이해 올바른의사결정의기초마련등 왜측정시스템을평가하는가? 내몸무게가 60kg! 다이어트해야하나? 올바른측정은올바른의사결정의기초자료가된다. 7
측정 측정값은어떻게구성되는가? 측정값 = 참값 + 측정오차 = + 측정값 참값 측정오차 비록측정하여수치로나타난데이터를얻었다고하더라도그것이항상있는사실을그대로보여주는것은아니다. 따라서, 주어진데이터가어느정도의진실을반영하고있는지를확인할필요가있다. 8
측정 잘못된측정값의원인은무엇인가? 계측기 측정자 고정장치 부속품마모 사용자편리성 차별력 느낌, 감각, 기분 숙련도 표준시료양산시료양품시료 측정위치측정횟수측정조건 온도 / 습도먼지 / 소음진동 / 조도 보관 / 관리 SOP 시료방법환경 측정오차 잘못된측정값 측정값의오류는측정시스템전체에기인한다. 9
측정 잘못된측정값 ( 측정오차 ) 의분류 10
측정 어떻게측정시스템을평가하여야하는가? 측정시스템이차별력을갖고있는가? 실제참값인가? 다시측정해도같은결과를가져올것인가? 다른측정시스템으로측정해도같은결과를가져올것인가? 시간이지나도같은결과를가져올것인가? 계수형 DATA 도같은개념임. 11
MSA 개요 MSA( Measurement System Analysis(Assessment)) 측정시스템으로발생한변동이공정변동에얼마나영향을미치는지를분석하는것 측정장비의정밀성과신뢰성및측정시스템운영전체를검증하는것. MTB 사용, 측정시스템의정밀성여부를조사하는메뉴 Gage R&R 연구와 Gage 런차트, Gage 의선형성과정확성을 조사하는 Gage 선형성및치우침연구메뉴를제공 12
MTB / 측정시스템분석모듈
MSA 개요 측정시스템조사는측정오류에서기인된공정변동의점유율을나타낸다. 측정시스템은두개또는그이상의측정장치이거나, 두명또는그이상 의작업자를서로비교하는도구이다. 제조에사용되는새로운측정장비의채택여부를결정시, 채택기준의한 부분으로측정시스템분석이이루어져야한다. 문제가있는것으로여겨지는측정시스템평가시, 측정시스템분석은 그판단기준이된다. 공정또는제품의관찰된변동 공정또는제품의실제변동 측정변동 장기변동 단기변동 작업자로인한변동 측정장치 ( 게이지 ) 로인한변동 14
MSA 개요 MSA(Measurement Systems Analysis) 란측정시스템산포로인하여 관측된공정산포에얼마나많은영향을미치는지를분석하는것. 산포의구성 전체산포 (TV) 제품산포 (PV) 측정시스템산포 (R&R) 반복성 Repeatability 재현성 Reproducibility 15
정확도 vs 정밀도
MSA 개요 산포의분해 전체산포 (TV) 제품산포 (PV) 피타고라스정리 σ 2 TV = σ 측정시스템산포 (TV) 2 PV + σ 2 RR 측정시스템산포 (TV) 재현성 (Reproducibility) 반복성 (Repeatability) 2 σ = σ RR 2 Re peatability + σ 2 Re producibility 17
MSA 개요 측정시스템편의 : 교정프로그램 으로평가 : ( 정확도 ) 관찰값 = 기준값 + 측정오차 µ = µ + total product µ measurement system 실제값 측정값 측정시스템편의 : 변수 R&R 조사 로평가 : ( 정밀도 ) 2 total 관찰변이 = 제품변이 2 product + 측정변이 측정오차 σ = σ + σ 실제값 2 measurement 측정값 system 18
MSA 개요 측정오차의구성 측정오차 = 정확도 ( 중심 ) + 정밀도 ( 산포 ) - 중심 : 정확도치우침 µ total = µ product + µ MS Calibration Study - 교정주기 - 방법및절차 - 산포 : 정밀도산포 2 2 σ total = σ product + σ 2 MS 게이지 R&R - 측정기개선 - 측정방법개선 - 표준화 19
MSA 개요 측정오차 관측된공정변동 실제공정변동 측정시스템변동변동 부품간변동 부품내변동 측정작업자로인한변동 ( 재현성 ) 계측기로인한변동 정확도및정확도직선성검? 직선성교정반복성안정성 측정의변동 = 부품의변동 + 계측기의변동 + 측정자의변동 = 부품의변동 + 측정시스템의변동 20
MSA 개요 차별력 측정의최소단위는프로세스산포의범위혹은규격폭의 1/10 단위이상정밀하게측정할수있어야한다. 차별력이나쁨 차별력이좋음 21
측정시스템과 5 가지산포발생원인 프로세스산포 정확도 : 중심에서벗어난정도를나타냄 ( 게이지검교정대상 ) 공정변화에의한산포 측정산포 정밀도 : 흩어진정도를나타냄 ( 게이지 R&R 로실무에서관리대상 ) 장기 (Longterm) 프로세스산포 단기 (Short -term) 프로세스산포 시료채취시의산포 계측기산포 계측자산포 Accuracy Stability Linearity Repeatability Reproducibility 정확성안정성선형성반복성재현성 위치 (Location) 22
측정시스템평가 정확도와정밀도 정확도 (Accuracy) : 치우침 (Bias) 의정도를말하며, 편의 ( 偏倚, Bias) = 측정값의평균 기준값정확도는치우침으로평가될수있다. 정확도는부품의측정값과실제값사이의차이 정밀도 (Precision) : 동일한부품을동일한장치로반복해서측정시, 나타나는변동. Precise, Not Accuracy Accuracy, Not Precise 23
측정시스템평가 중심에대한평가 ( 계량형 DATA) 안정성 정확도 직선성 USL 참값 측정데이터평균 LSL 정확도 : 측정치의평균과참값의일치정도 직선성 : 측정전범위에걸친측정시스템의일관성 안정성 : 시간에따른측정시스템의변동정도 24
정확성의세가지요소 MTB / Gage 선형성및치우침연구 직선성 (Linearity) 부품의크기는측정시스템 ( 계측기 ) 의정확성에어떻게영향을미치는가? 측정기의측정범위내에서의측정의일관성을벗어나는변동 ( 선형성 ) 정확성 (Accuracy) 치우침 (Bias) 측정치의평균값과참값 ( 마스터게이지로측정한값 ) 과의차이 ( 편의라고도함 ) 의변동 안정성 (Stability) 동일한부품을동일한측정기로오랜시간지속적으로측정할때얻는변동 시간이경과함에따라측정시스템이측정을얼마나정화하게수행하는지에대한척도 25
측정시스템평가 정확도 적절한교정프로그램은장치의정확도가유지될수있도록해준다 정확도는측정의관찰평균과실제평균 ( 또는오차 ) 이다. 실제평균설정은가장정확한측정도구로부위를측정하거나, 그값을이미알고있는부위 ( 예, 표준교정장비 ) 를사용하여이루어진다. 정확도유발요인들 실제평균정확도관찰평균 1. 게이지의적절한교정미이행 2. 조작자의게이지부적절한사용 3. 절차의불명확 4. 인간의한계 성능특성 µ = µ + total product µ measurement system 26
측정시스템평가 직선성 ( 선형성 ) 계측기의측정가능범위전체에걸친치우침 ( 편의 ) 의차이를말한다. 치우침이일정하면선형성이좋다고말함비선형성유발요인들 1) 기준값vs측정평균 기울기 45도로직선 2) 기준값 vs 치우침 - 기울기 0 도인수평선 1. 게이지의동작범위내에서적절한교정미흡 2. 게이지의노후화 3. 게이지의오류 ( 설계잘못 ) 4. 게이지자체의내부적특성 참값 1 관측값 1 참값 2 관측값 치우침치우침없음 참값 관측값 2 작은치우침 많은치우침 측정의하한범위 측정의상한범위 27
측정시스템평가 안정성 동일한특성을서로다른시점에동일한게이지로측정한결과의 평균값차이를말한다 불안전성유발요인들 시간이중요한요소이지만 1. 게이지의일정기간마다의미교정 2. 측정절차나내용이다른경우 1) 게이지조작상의차이 2) 작업자의변경 3) S/W 변경 분석하는동안시스템이 처할수있는 환경에대해고려도 안정성 필요함 시점 1 시점 2 28
측정시스템평가 산포에대한평가 ( 계량형 DATA) A B 반복성 반복성 재현성 반복성 : 다시측정해도같은결과를가질것인가? 재현성 : 다른측정시스템으로측정해도같은결과를가질것인가? 측정시스템 : 사람, 장비, 환경, 방법, 재료등이모두될수있다. 29
측정시스템평가 잠재적변동요인 계량형 DATA 중심 산포 정확도평가 (%Bias) 직선성평가 (%Linearity) 정밀도평가 (%R&R) DATA 유형 시간 중심 안정도평가 전문가재평가 (%Effective) 계수형 DATA 산포 Round Robin 평가 (%Efficiency) 시간 계수형안정도평가 측정시스템은기본적으로차별력을가져야한다. 30
정밀성의두가지요소 MTB / Gage R&R 연구 반복성 (Repeatability) 동일한측정자가동일한측정기로동일제품을측정하였을때발생되는측정기변동 / 게이지문제측정시스템내의산포 (Equipment Variation) 정밀성 (Precision) 재현성 (Reproducibility) 다수의측정자가동일한측정기로동일제품을측정하였을때발생되는측정자의변동 / 측정자문제측정시스템간에발생하는산포 (Operator Variation) 31
측정시스템평가 반복성과재현성 시스템 A 시스템 B 시스템 C 반복성 5.15σ(99%) 재현성 32
측정시스템평가 반복성 동일인이동일부품, 동일특성을동일계기를사용하여반복측정하여얻은측정값간의산포. 좋은반복성 반복성유발요인들 기준치 장비 : 1. 게이지의유지보수미비 2. 게이지정확성저하 3. 부품의고정필요 기준치 좋지못한반복성 측정자 : 1. 환경적여건 ( 조명, 소음등 ) 2. 신체적조건 ( 시력등 ) 평균 평균 33
측정시스템평가 재현성 동일한특성을측정할때, 서로다른사람이똑같은계기를사용하여측정한값들의평균차이 재현성유발요인들 좋은재현성 기준치 1. 측정절차불분명 2. 조작상의명확한지침미설정 3. 측정자가게이지를읽고사용하는데따른적절한교육및훈련의미흡 기준치 좋지못한재현성 평가자 1 평가자 2 평가자 3 평가자 1 평가자 2 평가자 3 34
Gage R&R 연구 Gage R&R 연구 측정시스템의구성요소인측정자와측정기의변동이공정에얼마나영향을 주는지통계적으로분석 통계적관계 총변동 (Total Variance) = 부품간변동 + Gage R&R 변동 σ 2 TV = σ 2 PV + σ 2 RR Gage R&R 변동 = 반복성의변동 + 재현성의변동 = 측정기의변동 + 측정자의변동 = 측정기변동 + 순수측정자변동 + 측정자와측정기의교호작용의변동 35
Gage R&R 이란? 6σ는측정된 Data에근거함으로측정시스템에문제가있다면, Data자체의신뢰도가없어통계 tool을이용한분석결과에대한정도가나빠지게되어, 오히려공정을더욱악화시키거나실험도실패할수있다. 따라서 Project 시작전에정확한측정시스템을확보하는것이중요하다. Gage R&R 변동의이해 얼마인가? 계측기문제 = + 측정자문제 측정자 2 참평균값 측정평균값 참평균값 측정평균값 측정자1 참평균값 정확성 반복성 재현성 Accuracy Repeatability Reproducibility 36
계량형 Gage R&R 평가절차 사전확인사항파악 - 평가목적, 검교정실시여부 MSA 계획 - 평가기간, 평가주관, 평가대상, 시료수, 상세일정 시료선정 - 시료형태, 시료입수방법, 담당자 MSA 평가 Table 작성 - 반복수, 재현수, 양식 Test Order 결정 - 평가순서결정 MSA 실시 / 평가 - 평가실시및결과기록 결과판정 - 결과판정및 Feed-Back 37
일반사항 보통 2 ~ 3명의작업자에대해실시 일반적으로 10개시료를대상으로측정 보통 2 ~ 3회의반복측정 유의사항 계량형 Gage R&R (1) 시료는프로세스를대변할수있는시료를선정하여야한다. Bad Good!! Bad (2) 작업자의선정 : 프로세스내평소에검사하던작업자를대상으로평가 (3) Blind Measurement : 작업자가자신이측정하고있는표본이어느것인지모르도록함 Hawthorne Effect 의방지 38
MTB / Gage R&R 의평가방법 MTB / Gage R&R 평가방법 Xbar 및 R 방법과분산분석 (ANOVA) 방법 Xbar 및 R 방법 : 측정치의변동을부품대부품, 반복성, 재현성으로나눠분석, 수행 분산분석 (ANOVA) 방법 : 부품대부품, 반복성, 재현성으로나눠분석, 수행을포함하여, 재현성에대해서는운영자성분및부품과운영자의교호작용으로세분화를추가 Gage R&R( 교차 ) 분석 / 두방법모두사용반복측정이가능한경우 Gage R&R( 내포 ) 분석 / ANOVA 방법만사용파괴검사로측정이이뤄지는경우 39
MTB / Gage R&R 의두방법 1) X bar - R 방법 계측시스템의산포를계측기산포와계측자산포만으로구분함 2) 분산분석 (ANOVA) 방법 계측시스템의산포를계측기산포, 계측자산포로 나누고계측자와 부품과의상호작용으로인한산포까지구분할수있음 ANOVA 방법이더정확한방법임 40
Gage R&R / 측정시스템평가 Gage R&R 평가기준 ( 일반적 ) Gage 정확성, 선형성, 안정성평가기준 ( 일반적 )
Gage R&R / 측정시스템평가 Gage R&R 평가기준 (MTB) % 연구변동, % 공차 (Tolerance) σ 2 MS σ 2 Total σ MS σ Total 5.15 σ MS Tolerance 구별되는 ( 판별 ) 범주의수 NCD (Number of Category Discrimination) SN Ratio = 부품산포 (σ p ) 측정산포 (σ MS )
Gage R&R / 측정시스템평가 Gage R&R 평가기준 (MTB) Gage R&R 평가지표명칭수식 % Contribution % 기여총변동대비변동점유율 % Study Variation % 연구변동 (%SV) % Tolerance % 공차 (SV/ 공차 ) % Process % 공정 (SV/ 공정변동 )=(SV/6σ) Number of Distinct Categories 구별되는범주의수 5 이상 - 공정관리사용적합 연구변동 6*SD = SV
Gage R&R / 측정시스템평가 측정시스템평가기준 구분 판단지표 판단기준 ( 우수 ) 판단기준 ( 고려 ) 판단기준 ( 부족 ) 비고 계량형 계수형 중심정확도 %Bias 직선성 %Linearity 5% 5~10% 10% 산포반복성 재현성 %R&R 10% 10~30% 30% 중심 정확도 %Effective 90% 70~90% 70% 산포 효율성 %Efficiency 90% 70~90% 70% Project 성격에따라기준변경가능 44
Gage R&R / 측정시스템평가 사전확인사항 올바른측정시스템을선정했는가? 선정된측정시스템이중요입력변수혹은중요출력변수에관계된것인가? 측정시스템의어떤통계적특성이만족스러워야하는가? 데이터의사용처가어디며어떤용도로사용될것인가? 측정항목에대한검 / 교정실시는이루어지고있으며그결과는어떠한가? 사후확인사항 시료는프로세스의전범위에걸쳐골고루선정되었는가? 프로세스산포와의비교가아닌규격과의비교결과는어떠한가? 측정시오류는없는가? 45
Gage R&R / 측정시스템평가 평가절차결정시고려사항 표준과의추적성확보 Blind Measurement 평가비용과시간 용어의통일과정의 다른측정시스템과비교 문서화필수항목 도해, 그림, 설명자료 부품선정방법 평가환경 데이터의수집, 기록, 분석방법 중요용어의정의및개념 기준계측기의보관, 유지및사용에대한사항 측정시스템평가절차는완벽하게문서화되어있어야한다. 46
Gage R&R / 측정시스템평가 측정시스템평가체크리스트 측정시스템관리계획이수립되어있는가? 검사및측정절차가문서화되어있는가? 상세프로세스맵이준비되어있는가? 구체적인측정시스템과 Set-UP이명시되어있는가? 훈련혹은인증받은작업자가측정하고있는가? 측정기교정이적절한주기로이루어지고있는가? 필요시공급자나고객과연계하고있는가? %Tolerance, % Study variation 및경향도는어떻게나타나고있나? 변동의원인은무엇이며측정오차는얼마나되나? 측정시스템을개선하기위해필요한사항은? 결과가필요한사람들에게알려지고있는가? 누가이측정시스템을맡고있으며문제해결은누구의책임인가? 동일한시스템이서로일관성있는가? 47