3.2. Chỉ số dưới

g

thiết bị đo

k

nhỏ nhất

L

giới hạn quy định dưới

m

máy

...

...

...

quá trình

t

tổng

U

giới hạn quy định trên

w

trong phân nhóm

4. Điều kiện tiên quyết cho ứng dụng

4.1. Các khía cạnh liên quan khi thiết lập quy định kỹ thuật

...

...

...

4.2. Phân bố và cỡ mẫu

Chỉ số năng lực và hiệu năng mô tả dáng điệu đuôi của phân bố đặc trưng sản phẩm. Các họ phân bố khác nhau có dáng điệu đuôi rất khác nhau và các chỉ số ước lượng sẽ phụ thuộc nhiều vào phân bố được chọn. Vì vậy, điều thiết yếu là phải rất cẩn thận trọng chọn lựa phân bố thích hợp.

Bước đầu tiên là xác định cỡ mẫu và tần số lấy mẫu sẽ cần sử dụng trong quá trình phân tích.

Cỡ mẫu tổng dựa vào đó thực hiện các tính toán cần được chọn dựa trên loại quá trình đang nghiên cứu. Cỡ này cần đủ lớn để đưa ra cơ sở thống kê tốt. Thông thường nó sẽ lớn hơn 100 quan trắc.

Trong trường hợp nghi ngờ dữ liệu không được phân bố chuẩn, cần tăng cỡ mẫu lên đáng kể để xác định phân bố thích hợp. Điều này có thể đòi hỏi tăng 50 % lượng dữ liệu cần thiết.

Trong trường hợp đặc biệt, ví dụ phân tích phép đo, cỡ mẫu có thể nhỏ hơn 100.

4.3. Vật liệu dùng trong nghiên cứu

Tất cả các vật liệu sử dụng và sản phẩm được dùng trong các nghiên cứu khác nhau cần chứng tỏ sự phù hợp với các quy định kỹ thuật. Tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, không nên tiến hành nghiên cứu với các vật liệu nằm ngoài quy định kỹ thuật vì điều này có thể dẫn đến kết luận sai.

Đối với mọi nghiên cứu, phải cẩn trọng để không đưa vào các nguồn gây biến động ngoài các nguồn được nghiên cứu.

...

...

...

Trong nhiều trường hợp, sẽ có tình huống quá trình quan trắc là kết quả của nhiều dòng khác nhau. Một ví dụ điển hình là nhựa đúc, trong đó quá trình thu được đến từ các ngăn khác nhau hoặc sản xuất nhiều dòng.

Trong những trường hợp như vậy, mọi ngăn đơn cần được coi là một quá trình và được phân tích riêng. Sau khi phân tích, các ngăn có thể được để cùng nhau nếu khách hàng chỉ yêu cầu một chỉ số năng lực và quá trình kết hợp thỏa mãn quy định kỹ thuật.

5. Thu thập dữ liệu

5.1. Khả năng truy tìm nguồn gốc của dữ liệu

Điều quan trọng đối với mọi nghiên cứu là dữ liệu thu thập có thể truy tìm nguồn gốc sao cho có thể điều tra các dữ liệu không mong muốn. Điều này có nghĩa là các điều kiện chi phối chính trong quá trình nghiên cứu cần được ghi lại. Ít nhất là cần tuân thủ trình tự thu thập để có thể vẽ được các chuỗi dữ liệu quan trắc theo trình tự thời gian. Đồ thị chuỗi thời gian này rất hữu ích cho việc chỉ ra các biến động không mong muốn có thể có. Sự xuất hiện như vậy cần được giải thích và cần đưa ra quyết định về khả năng chấp nhận các dữ liệu như vậy. Đối với việc phân tích quá trình, sổ nhật ký sẽ phù hợp cho việc ghi lại tất cả các thiết lập quá trình và dùng để theo dõi tất cả các sự kiện trong quá trình nghiên cứu như việc điều chỉnh hoặc thay đổi nhiệt độ.

5.2. Độ không đảm bảo đo

Khi báo cáo kết quả đo, điều quan trọng là chỉ ra được chất lượng của các kết quả đo này. Độ không đảm bảo đo luôn tồn tại trong phép đo các đặc trưng quan tâm cần được đánh giá và liên hệ hợp lý với quy định kỹ thuật thực tế. Điều này có nghĩa là thiết bị đo sử dụng cần có đủ đặc trưng đo lường cho nhiệm vụ đo đó.

Quy trình đơn giản để ước lượng độ không đảm bảo trong phép đo hình học là lập bảng thành phần độ không đảm bảo đo như mô tả trong ISO 14253-2.

Một yêu cầu thường thấy là độ không đảm bảo đo (ví dụ như trong phân tích độ lặp lại và độ tái lập) không lớn hơn 30 % và tốt nhất là nhỏ hơn 10 % độ biến động quá trình. Nếu độ không đảm bảo nằm giữa 10 % và 30 % thì có thể sử dụng hệ thống nhưng nên thực thi phương án cải tiến. Hệ thống cho độ không đảm bảo trên 30 % thường được coi là không đáp ứng và không nên sử dụng với điều kiện hiện có của nó vì rất có thể che giấu độ biến động quá trình.

...

...

...

5.3. Ghi dữ liệu

Các quan trắc cần được nhập vào môi trường phù hợp cùng với các điều kiện kỹ thuật hiện hành như lô đầu vào, công cụ, người thao tác, v.v…

5.4. Giá trị bất thường

Giá trị bất thường là một phần nhỏ các quan trắc trong một tập hợp dữ liệu thể hiện sự không nhất quán với phần còn lại của tập dữ liệu đó. Giá trị bất thường có thể bắt nguồn từ một tổng thể khác hoặc là kết quả của việc ghi chép sai hoặc sai số đo gộp. Có thể sử dụng các đồ thị như đồ thị thân và lá, đồ thị điểm và đồ thị hộp hoặc kiểm nghiệm thống kê để phát hiện giá trị bất thường.

Nếu nghi ngờ là các giá trị như vậy không thuộc cùng một tổng thể gốc như các giá trị thu được khác thì phải nghiên cứu tính hợp lệ của chúng. Nếu có, các giá trị này có thể dẫn đến kết luận sai và không phản ánh hiệu năng thực của quá trình.

Giá trị bất thường có thể xuất hiện, ví dụ, khi phép đo được đọc không đúng, phương tiện đo được hiệu chuẩn không đúng, sự kiện không thể kiểm soát được làm ảnh hưởng đến kết quả hoặc xuất hiện sai số ghi.

Có thể sử dụng phân tích chuỗi thời gian, biểu đồ kiểm soát hoặc kiểm nghiệm thống kê để phát hiện giá trị bất thường.

6. Phân tích hiệu năng, năng lực và quá trình

6.1. Sáu loại hiệu năng và năng lực khác nhau

...

...

...

1) hiệu năng máy;

2) hiệu năng quá trình;

3) năng lực quá trình;

4) hiệu năng của thiết bị đo;

5) hiệu năng vị trí - hiệu năng của các đặc trưng đa biến;

6) hiệu năng dữ liệu định tính.

Đôi khi, cần tính toán các chỉ số năng lực đặc biệt; chúng được đề cập trong 6.7.

Ba loại năng lực đề cập đầu tiên trong danh mục trên thuộc cùng một nhóm. Phân biệt chính giữa các loại kiểm tra năng lực này là thời điểm hình thành cơ sở của kiểm tra và, theo đó, cơ sở của tính toán độ lệch chuẩn.

6.2. Xem xét cơ bản

...

...

...

Bước 1: Vẽ biểu đồ dữ liệu thu thập nhờ lấy mẫu (phân bố tần số) (xem Hình 1).

Hình 1 - Biểu đồ tần số

Bước 2: Mô hình phân bố thống kê thích hợp được chọn dựa trên dữ liệu thu thập thực tế và hiểu biết về quá trình (xem Hình 2).

Hình 2 - Mô hình phân bố

Bước 3: Xác định giới hạn quy định đối với đặc trưng lựa chọn (xem Hình 3).

Hình 3 - Giới hạn quy định

...

...

...

Hình 4 - So sánh

Hình 5 - Quá trình được kiểm soát và tính toán năng lực

Hình 6 - Quá trình ngoài kiểm soát và tính toán hiệu năng

Việc phân tích năng lực quá trình, như thể hiện trên Hình 5, có thể thực hiện tại nhiều thời điểm.

Nếu chỉ quy định một phía, ví dụ như dung sai hình học, thì chỉ tính chỉ số tới hạn. Các tính toán được xử lý theo cách tương tự như với giới hạn quy định hai phía.

6.3. Hiệu năng máy

...

...

...

6.4. Hiệu năng quá trình và năng lực quá trình

Hiệu năng quá trình và năng lực quá trình, là các phân tích tương tự nhau, đề cập đến việc kiểm tra dạng biến động tự nhiên mà quá trình tạo ra trong một khoảng thời gian cho trước, như thể hiện trên Hình 5 và Hình 6. Đối với một đặc trưng đã cho, hiệu năng quá trình và năng lực quá trình mô tả phân bố của đặc trưng hiện tại của quá trình theo thời gian. Điều này cho phép đánh giá khả năng của quá trình trong việc tạo ra các kết quả phù hợp với quy định kỹ thuật hoặc dung sai cho trước.

Trước tiên, thực hiện việc kiểm tra ban đầu quá trình của một quá trình mới hoặc thay đổi (xem Hình 5). Việc này cho phép có được thông tin sớm về hiệu năng chất lượng. Trong kiểm tra ban đầu này, một số mẫu được vẽ trên biểu đồ kiểm soát sử dụng cùng với việc kiểm tra trước khi có thể tính toán kết quả.

Trong những trường hợp nhất định, nghiên cứu ban đầu này có thể thay thế phân tích hiệu năng máy được sử dụng cho đến thời điểm này. So với phân tích này, việc kiểm tra ban đầu quá trình có ưu điểm là đưa ra ước lượng về độ ổn định của quá trình trong dài hạn.

Khi dữ liệu thu thập là dữ liệu đo được (đối với sản phẩm hoặc quá trình) thì có thể xác định dạng biến động tự nhiên của quá trình. Nếu quá trình nằm trong trạng thái kiểm soát thống kê thì dạng của phân bố cần dự đoán trước được.

Nếu như vậy, và nếu là phân bố chuẩn, thì có thể mô tả sự phân tán của quá trình thông qua việc sử dụng sáu độ lệch chuẩn được tính toán trên cơ sở phân bố của quá trình. Nếu các quan trắc của quá trình tuân theo phân bố (hình chuông) chuẩn thì (về lý thuyết) sự phân tán này sẽ bao trùm 99,73 % tổng thể. Nếu không phải là phân bố chuẩn thì cần sử dụng công thức khác để ước lượng sự phân tán. Thông tin thêm về phân tích hiệu năng và năng lực quá trình, xem TCVN 9944-4 (ISO/TR 22514-4).

6.5. Hiệu năng vị trí

Các phương pháp truyền thống dùng cho tính toán hiệu năng dựa trên các phân bố một chiều. Trong trường hợp dung sai vị trí theo ISO 1101, trong đó quy định kỹ thuật xác định giới hạn cho vị trí của trục liên quan tới hai hoặc nhiều mốc đo lường, thì kết quả sẽ hình thành phân bố hai chiều, khi đó được dùng như mô hình để mô tả đầu ra của quá trình. Ví dụ điển hình của trường hợp này là vị trí của tâm lỗ khoan.

Nói chung, ta có thể nhận thấy các điểm dưới đây.

...

...

...

- Thông thường, dung sai vị trí được xác định là vùng dung sai tròn chứ không phải hình chữ nhật.

- Kết quả là, các chỉ số hiệu năng đặc biệt được sử dụng; chúng được gọi là P_o và P_ok và tương ứng với P_p và P_pk.

Về cơ bản, việc phân tích và tính toán các chỉ số đều sử dụng cùng các định nghĩa như đối với đặc trưng một chiều và dùng nó để so sánh giữa quy định kỹ thuật và biểu hiện của quá trình. Trong trường hợp này là so sánh giữa hình elip thể hiện các kết quả của quá trình với hình elip thể hiện vùng dung sai.

Dữ liệu đo theo hai trục được nghiên cứu có tham chiếu đến độ ổn định.

Biểu đồ phân tán (Hình 7) được dùng để đưa ra quyết định về các quan trắc nếu tất cả các phép đo đều nằm trong vùng dung sai. Phân bố của các tập dữ liệu được nghiên cứu cho các điểm phân đoạn hoặc phi ngẫu nhiên.

CHÚ DẪN

X vị trí x

Y vị trí y

...

...

...

Có thể sử dụng các nguyên tắc tương tự trong trường hợp xét nhiều hơn hai khía cạnh gây ảnh hưởng đến đặc trưng nghiên cứu.

6.6. Phân tích hệ thống đo

Phân tích hệ thống đo là tập hợp các phương pháp sử dụng để đánh giá độ không đảm bảo của quá trình đo trong phạm vi các điều kiện mà quá trình hoạt động. Quá trình đo được phân tích bằng cách sử dụng cùng các phương pháp như tất cả các quá trình khác.

Thực tế, luôn có độ biến động gắn với phép đo và việc thu được thông tin về các yếu tố đóng góp vào độ biến động này cần xem là bước cơ bản trong tất cả các phân tích quá trình. Khi độ biến động trong hệ thống đo được xem là lớn so với độ biến động từng phần thì cần giảm số thành phần độ không đảm bảo ảnh hưởng đến hệ thống đo trước khi phân tích ảnh hưởng của các thành phần lên quá trình.

Nghiên cứu hệ thống đo thường được chia thành ba loại kiểm nghiệm khác nhau:

- kiểm nghiệm loại 1 dùng cho xác định độ chệch;

- kiểm nghiệm loại 2 dùng cho xác định độ lặp lại và độ chụm trung gian, thường gọi là "độ tái lập";

- kiểm nghiệm loại 2 đặc biệt, gọi là "loại 3", dùng cho xác định độ lặp lại khi không có ảnh hưởng của người thao tác.

Phân tích phép đo đưa ra cách thức hiệu quả trong lựa chọn quá trình và thiết bị đo. Nó cũng cung cấp cơ sở cho việc so sánh và điều chỉnh chênh lệch trong các phép đo bằng cách định lượng độ biến động trong quá trình đo.

...

...

...

Các loại hiệu năng và năng lực khác nhau có thể biểu thị bằng chỉ số liên kết quá trình hiện tại với khoảng quy định. Chỉ số năng lực thường sử dụng là "C_p", là chỉ số đo lường quan hệ giữa toàn bộ khoảng quy định và khoảng quy chiếu đối với đặc trưng sản phẩm (trong trường hợp phân bố chuẩn là 6s). Khoảng này là thước đo năng lực lý thuyết đối với quá trình có trung bình nằm chính giữa hai giới hạn quy định.

Một chỉ số thường sử dụng khác là "C_pk", mô tả năng lực hiện hành đối với một quá trình có trung bình không nhất thiết nằm ở trung bình của hai giới hạn quy định.

Các chỉ số mới như P_p và P_pk hoặc P_m và P_mk được xây dựng để cải thiện hiểu biết về các dạng biến động dài hạn và ngắn hạn cũng như các biến động quanh giá trị đích có chủ ý của quá trình.

Như hệ quả của các cách thức sử dụng PCI khác nhau, các chỉ số mới đã được phát triển có tính chất tốt hơn trong một số trường hợp đặc biệt (ví dụ khi có các phân bố không chuẩn). Một trong số chúng được gọi là chỉ số C_p và được xác định bằng công thức:

trong đó

T là "giá trị đích";

d là một nửa quy định;

E[.] ký hiệu cho "giá trị kỳ vọng".

...

...

...

Khi đó, công thức là

trong đó z_{1 - p} là phân vị (1 - p) trong phân bố chuẩn chuẩn hóa.

7. Kết quả sử dụng

Các chỉ số hiệu năng và năng lực được sử dụng để xác định khả năng của quá trình trong việc tuân thủ quy định kỹ thuật. Chúng cũng được dùng để ước lượng lượng sản phẩm không theo quy định kỹ thuật.

Theo cách tương tự, hiệu năng và năng lực có thể được sử dụng để ước lượng mức độ phù hợp với yêu cầu đối với mỗi phần đơn lẻ của một quá trình, nghĩa là máy riêng lẻ. Phân tích "hiệu năng máy" có thể sử dụng cho việc đánh giá thiết bị hoặc đánh giá đóng góp của nó vào năng lực quá trình tổng thể.

Phân tích hiệu năng máy có thể sử dụng để đánh giá khả năng của máy trong việc sản xuất hoặc hoạt động phù hợp với yêu cầu của công ty hoặc cho việc mua hàng và khả năng chấp nhận điều kiện sửa chữa.

Các giá trị cao của chỉ số hiệu năng và năng lực quá trình (ví dụ Pp hoặc Cp > 2) được dùng cho việc đánh giá khả năng chấp nhận các thành phần hay cụm lắp ráp con riêng lẻ để đạt được chất lượng yêu cầu và hiệu năng tin cậy.

Hiệu năng và năng lực có thể tạo nên cơ sở cho việc thiết lập các quy định kỹ thuật hợp lý, được lựa chọn tốt và có thể đánh giá được đối với sản phẩm được sản xuất. Chúng làm như vậy bằng cách đảm bảo rằng độ biến động của các đặc trưng riêng lẻ phù hợp với quy định kỹ thuật cho phép đối với toàn bộ sản phẩm. Tuy nhiên, trong trường hợp cần có các quy định kỹ thuật chặt chẽ, nhà sản xuất các thành phần riêng rẽ phải tuân thủ mức độ và năng lực quá trình yêu cầu.

...

...

...

Phân tích năng lực quá trình tạo cơ hội thu được cả đánh giá dạng biến động tự nhiên của quá trình lẫn ước lượng về lượng đơn vị không phù hợp có thể có. Điều này cho phép công ty ước lượng chi phí gắn với sản phẩm không phù hợp và định hướng công ty trong việc quyết định cần thực hiện thay đổi gì để cải tiến quá trình sản xuất.

Việc xác định yêu cầu tối thiểu cho năng lực quá trình có thể giúp công ty trong việc lựa chọn các quá trình và thiết bị có khả năng tạo ra sản phẩm đáp ứng yêu cầu. Những yêu cầu như vậy cũng có thể được sử dụng trong các thỏa thuận mua các cấu thành trong đó khách hàng và nhà cung cấp có thể quy định các yêu cầu về chất lượng dưới dạng yêu cầu tối thiểu đối với chỉ số năng lực.

9. Hạn chế áp dụng

Khái niệm năng lực thực tế và các chỉ số tương ứng chỉ có hiệu lực đối với quá trình được kiểm soát thống kê. Do đó, phân tích năng lực chỉ có thể sử dụng với các phương pháp dùng cho kiểm soát thống kê quá trình để đảm bảo tính ổn định của quá trình luôn được duy trì.

Các chỉ số năng lực có thể bị sai lạc khi phân bố của quá trình sai lệch đáng kể so với phân bố chuẩn nếu yếu tố này không được tính đến trong quá trình tính toán.

Theo cách tương tự, chỉ số cho các quá trình, chịu sự ảnh hưởng của độ biến động hệ thống và có thể quy cho những nguyên nhân nhất định (ví dụ sự hư hỏng và hao mòn của dụng cụ), cũng có thể bị sai lạc nếu không sử dụng quy trình phù hợp để tính toán và diễn giải năng lực.

Nếu các tính toán dựa trên ước lượng phần trăm sản phẩm không phù hợp thì điều kiện tiên quyết thường là phân bố chuẩn được sử dụng như một mô hình. Nếu điều kiện tiên quyết này không được đáp ứng trong thực tế thì ước lượng này phải được xử lý thận trọng, đặc biệt đối với các quá trình có chỉ số năng lực cao.

Ngoài ra, phân bố chuẩn là điều kiện tiên quyết để ước lượng tỷ lệ thành phần không phù hợp. Nếu ước lượng về tỷ lệ thành phần không phù hợp cần phải tiến hành với phân bố khác thì chúng cần được ước lượng dựa trên phương pháp phân tích phụ thuộc vào phân bố hiện tại.

...

...

...

[1] TCVN 5906:2007 (ISO 1101:2004), Đặc tính hình học của sản phẩm (GPS) - Dung sai hình học - Dung sai dạng, hướng, vị trí và độ đảo

[2] TCVN 8244-1 (ISO 3534-1), Thống kê học - Từ vựng và ký hiệu - Phần 1: Thuật ngữ chung về thống kê và thuật ngữ dùng trong xác suất

[3] TCVN 8244-2 (ISO 3534-2), Thống kê học - Từ vựng và ký hiệu - Phần 2: Thống kê ứng dụng

[4] TCVN 6910 (ISO 5725) (tất cả các phần), Độ chính xác (độ đúng và độ chụm) của phương pháp đo và kết quả đo

[5] TCVN ISO 9000:2007 (ISO 9000:2005), Hệ thống quản lý chất lượng - Cơ sở và từ vựng

[6] ISO 14253-2, Geometrical Product Specifications (GPS) - Inspection by measurement of workpieces and measuring equipment - Guide to the estimation of uncertainty in GPS measurement, in calibration of measuring equipment and in product verification [Đặc tính hình học của sản phẩm (GPS) - Kiểm tra bằng phép đo vật gia công và thiết bị đo - Hướng dẫn ước lượng độ không đảm bảo trong phép đo GPS, hiệu chuẩn thiết bị đo và kiểm tra xác nhận sản phẩm]

[7] TCVN 9599 (ISO 21147), Phương pháp thống kê - Thống kê hiệu năng và năng lực quá trình đối với các đặc trưng chất lượng đo được

[8] TCVN 9944-3 (ISO 22514-3), Phương pháp thống kê trong quản lý quá trình - Năng lực và hiệu năng - Phần 3: Nghiên cứu hiệu năng máy đối với dữ liệu đo được trên các bộ phận riêng biệt

[9] TCVN 9944-4 (ISO/TR 22514-4), Phương pháp thống kê trong quản lý quá trình - Năng lực và hiệu năng - Phần 4: Ước lượng năng lực quá trình và đo hiệu năng

...

...

...

[11] QS 9000, Measurement Systems Analysis Third Edition, Automotive Industry Action Group (AIAG) (Phân tích hệ thống đo lường xuất bản lần thứ ba)

[12] QS 9000, Statistical Process Control (SPC), Automotive Industry Action Group (AIAG), second edition [Kiểm soát thống kê quá trình (SPC)]

[13] Bosch reference guideline, volume 10 - Measurement and Gage Process Capability (Hướng dẫn tham khảo Bosch, tập 10 - Đo và thử năng lực quá trình)

[14] FORD Motor Co. EU 1880A, Measurement System and Equipment Capability (Năng lực hệ thống và thiết bị đo)

[15] GM Powertrain, SP-Q-EMS 3.4, Measurement system analysis (Phân tích hệ thống đo)

MỤC LỤC

Lời nói đầu

Lời giới thiệu

...

...

...

2. Thuật ngữ và định nghĩa

2.1. Thuật ngữ cơ bản

2.2. Hiệu năng - Thước đo và chỉ số

2.3. Năng lực - Thước đo và chỉ số

3. Ký hiệu, chữ viết tắt và chỉ số dưới

3.1. Ký hiệu và chữ viết tắt

3.2. Chỉ số dưới

4. Điều kiện tiên quyết cho ứng dụng

4.1. Các khía cạnh liên quan khi thiết lập quy định kỹ thuật

...

...

...

4.3. Vật liệu dùng trong nghiên cứu

4.4. Trường hợp đặc biệt

5. Thu thập dữ liệu

5.1. Khả năng truy tìm nguồn gốc của dữ liệu

5.2. Độ không đảm bảo đo

5.3. Ghi dữ liệu

5.4. Giá trị bất thường

6. Phân tích hiệu năng, năng lực và quá trình

6.1. Sáu loại hiệu năng và năng lực khác nhau

...

...

...

6.3. Hiệu năng máy

6.4. Hiệu năng quá trình và năng lực quá trình

6.5. Hiệu năng vị trí

6.6. Phân tích hệ thống đo

6.7. Chỉ số hiệu năng và năng lực (PCI)

7. Kết quả sử dụng

8. Lợi ích áp dụng

9. Hạn chế áp dụng

Thư mục tài liệu tham khảo

...

...

...

Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 9944-1:2013 (ISO 22514-1:2009) về Phương pháp thống kê trong quản lý quá trình - Năng lực và hiệu năng - Phần 1:Nguyên tắc chung và khái niệm