01
Teil-zu-Teil-Streuung
Diese Komponente beschreibt die tatsächlichen Unterschiede zwischen den
untersuchten Prüfobjekten. Ein geeignetes Messsystem muss diese realen
Unterschiede zuverlässig erkennen können.
Tatsächliche Prozessvariation
TABTRAINER® FACHWISSEN
Messsystemanalyse einfach erklärt: Gage R&R richtig interpretieren
Eine Messsystemanalyse untersucht, wie stark ein Messsystem die beobachteten
Messwerte beeinflusst. Die gekreuzte Gage-R&R-Studie trennt insbesondere
Wiederholbarkeit, Reproduzierbarkeit und die tatsächlichen Unterschiede
zwischen den geprüften Teilen.
Warum ist eine Messsystemanalyse erforderlich?
Prozessdaten bilden nicht ausschließlich die tatsächliche Streuung eines
Fertigungsprozesses ab. Ein Teil der beobachteten Unterschiede kann durch
das eingesetzte Messsystem entstehen. Dazu gehören unter anderem das
Messgerät, die Prüfer, das Prüfverfahren, die Messstrategie und die
Umgebungsbedingungen.
Ist die Messsystemstreuung zu groß, können reale Prozessunterschiede verdeckt
oder scheinbare Unterschiede erzeugt werden. Prozessfähigkeit,
Hypothesentests, Regelkarten und Optimierungsmaßnahmen würden dann auf einer
unsicheren Datengrundlage beruhen. Deshalb muss die Eignung des Messsystems
vor einer weiterführenden Prozessanalyse beurteilt werden.
GRUNDLAGEN
Die zentralen Bestandteile einer Gage-R&R-Studie
Die beobachtete Gesamtstreuung wird in die tatsächliche Teil-zu-Teil-Streuung
und die durch das Messsystem verursachte Streuung zerlegt.
02
Wiederholbarkeit
Die Wiederholbarkeit beschreibt die Streuung, wenn derselbe Prüfer dasselbe
Teil mit demselben Messgerät unter vergleichbaren Bedingungen mehrfach misst.
Streuung innerhalb eines Prüfers
03
Reproduzierbarkeit
Die Reproduzierbarkeit untersucht Unterschiede zwischen den beteiligten
Prüfern. Sie zeigt, ob verschiedene Prüfer bei denselben Teilen vergleichbare
Messwerte erzeugen.
Streuung zwischen den Prüfern
04
Gage R&R
Gage R&R fasst die durch Wiederholbarkeit und Reproduzierbarkeit verursachten
Streuungsanteile zusammen. Je kleiner dieser Anteil im jeweiligen
Anwendungskontext ist, desto besser kann das Messsystem reale
Teileunterschiede abbilden.
Gesamte Messsystemstreuung
05
Prüfer-Teil-Wechselwirkung
Eine Wechselwirkung liegt vor, wenn Prüfer nicht bei allen Teilen gleichartig
messen. Ein Prüfer kann beispielsweise nur bei bestimmten Geometrien oder
Messbereichen auffällige Abweichungen erzeugen.
Teileabhängiges Prüferverhalten
06
Auflösungsvermögen
Das Messsystem muss genügend unterschiedliche Messwertkategorien erkennen
können. Der Kennwert ndc beschreibt, wie viele unterscheidbare Kategorien das
Messsystem innerhalb der beobachteten Teilevariation abbilden kann.
Number of distinct categories
ENTSCHEIDENDER GRUNDSATZ
Ein Messsystem muss Unterschiede erkennen, nicht selbst erzeugen
Eine geringe Messsystemstreuung ist nur dann wirklich nützlich, wenn die
ausgewählten Prüfobjekte den relevanten Prozessbereich repräsentieren. Sind
die Teile nahezu identisch, kann selbst ein gutes Messsystem nur wenige
Unterschiede erkennen. Deshalb müssen Studiendesign, Teileauswahl und
Kennzahlen immer gemeinsam beurteilt werden.
STUDIENDESIGN
Wann wird eine gekreuzte Messsystemanalyse eingesetzt?
Eine gekreuzte Studie ist geeignet, wenn jedes Prüfobjekt von jedem Prüfer
mehrfach untersucht werden kann. Das Prüfobjekt muss nach der Messung
weiterhin für die nachfolgenden Messungen zur Verfügung stehen.
01
Zerstörungsfreie Prüfung
Dasselbe Prüfobjekt kann von sämtlichen Prüfern wiederholt gemessen werden,
ohne dass es durch die Prüfung verändert oder zerstört wird.
Voraussetzung für das Kreuzen
02
Repräsentative Teile
Die ausgewählten Teile sollen den praktisch relevanten Streubereich des
Prozesses abdecken. Zu eng ausgewählte Teile können das Messsystem
ungünstiger erscheinen lassen, als es tatsächlich ist.
Relevante Prozessvariation abbilden
03
Mehrere Prüfer
Die Studie muss die Personen einbeziehen, die das Messverfahren später im
betrieblichen Alltag anwenden. Nur so lassen sich prüferabhängige Unterschiede
realistisch beurteilen.
Reproduzierbarkeit untersuchen
04
Wiederholmessungen
Jeder Prüfer misst jedes Prüfobjekt mehrfach. Dadurch kann beurteilt werden,
wie stabil ein Prüfer unter gleichbleibenden Bedingungen reproduzierbare
Messwerte erzeugt.
Wiederholbarkeit bestimmen
05
Randomisierte Reihenfolge
Die Teile werden den Prüfern in wechselnder, zufälliger Reihenfolge vorgelegt.
Dadurch werden Erinnerungs-, Reihenfolge- und Gewöhnungseffekte reduziert.
Systematische Einflüsse vermeiden
06
Definierte Messbedingungen
Messgerät, Prüfverfahren, Messposition und relevante Umgebungsbedingungen
müssen eindeutig beschrieben sein. Nicht kontrollierte Änderungen können die
Interpretation verfälschen.
Vergleichbarkeit sicherstellen
Warum heißt die Studie „gekreuzt“?
Das Studiendesign wird als gekreuzt bezeichnet, weil jeder Prüfer jedes
Prüfobjekt untersucht. Die Faktoren „Prüfer“ und „Teil“ werden dadurch
vollständig miteinander kombiniert. Für jedes Teil liegen somit Messwerte
sämtlicher Prüfer und aus mehreren Wiederholungen vor.
Dieses Design ermöglicht es, die Streuung innerhalb der Prüfer, die Unterschiede
zwischen den Prüfern und mögliche Prüfer-Teil-Wechselwirkungen voneinander
zu trennen. Bei zerstörenden Prüfungen ist eine solche vollständige Kreuzung
nicht möglich; dort sind andere Studiendesigns erforderlich.
AUSWERTUNG
Welche Ergebnisse müssen interpretiert werden?
Eine Gage-R&R-Studie darf nicht anhand einer einzigen Zahl beurteilt werden.
Kennzahlen, Varianzkomponenten und grafische Darstellungen bilden gemeinsam
das fachliche Gesamtbild.
01
Prozent Streuung in der Untersuchung
Diese Auswertung stellt die Streuung des Messsystems der gesamten in der
Studie beobachteten Streuung gegenüber. Sie zeigt, wie stark das Messsystem
die Differenzierung der Teile beeinflusst.
Bezug zur Studienvariation
02
Prozent Toleranz
Hier wird die Breite der Messsystemstreuung mit dem vorgegebenen
Toleranzbereich verglichen. Die Aussage ist besonders für Prüf- und
Freigabeentscheidungen relevant.
Bezug zur Produktspezifikation
03
Varianzkomponenten
Die Varianzkomponenten zeigen, welche Anteile auf Teile, Wiederholbarkeit,
Prüferunterschiede und gegebenenfalls Wechselwirkungen zurückzuführen sind.
Ursachen der Streuung trennen
04
ndc
Der ndc-Wert beschreibt die Anzahl der unterscheidbaren Messwertkategorien.
Ein höherer Wert bedeutet, dass das Messsystem feinere Unterschiede zwischen
den untersuchten Teilen erkennen kann.
Trennschärfe des Messsystems
05
Regelkarten
Spannweiten- und Mittelwertkarten helfen, auffällige Wiederholmessungen,
Prüferunterschiede und die erkennbare Teil-zu-Teil-Streuung grafisch
einzuordnen.
Streuungsverhalten visualisieren
06
Wechselwirkungsdiagramm
Nicht parallele oder sich kreuzende Verläufe können darauf hindeuten, dass
Prüfer bestimmte Teile unterschiedlich messen. Die Ursache muss anschließend
technisch untersucht werden.
Prüfer-Teil-Effekte erkennen
ANOVA-METHODE
Wiederholbarkeit, Reproduzierbarkeit und Wechselwirkungen trennen
Die ANOVA-Auswertung zerlegt die beobachtete Streuung in statistisch
unterscheidbare Komponenten. Im Gegensatz zu einer reinen
Mittelwert-Spannweiten-Auswertung kann sie zusätzlich untersuchen, ob
Prüfer-Teil-Wechselwirkungen vorliegen. Dadurch lassen sich Ursachen eines
ungeeigneten Messsystems differenzierter eingrenzen.
PRAXISBEISPIEL
Gekreuzte MSA für Kugellagerdurchmesser
In der Wareneingangskontrolle der Smartboard AG soll geprüft werden, ob eine
Präzisionsmikrometerschraube gemeinsam mit drei Prüfern für die Untersuchung
von Kugellagerdurchmessern geeignet ist.
10
Prüfobjekte
Zehn repräsentative Kugellager werden eindeutig gekennzeichnet. Die Auswahl
soll den praktisch relevanten Bereich der auftretenden Außendurchmesser
abbilden.
Repräsentative Teileauswahl
03
Prüfer
Drei Prüfer führen die Messungen mit demselben Messgerät und nach einer
einheitlich definierten Messmethodik durch.
Vergleichspräzision untersuchen
02
Wiederholungen
Jeder Prüfer misst jedes der zehn Kugellager zweimal. Die Teile werden in jedem
Durchgang in einer zufälligen Reihenfolge bereitgestellt.
Insgesamt 60 Messwerte
Gage R&R richtig interpretieren
Eine hohe Wiederholbarkeitsstreuung deutet darauf hin, dass ein Prüfer bei
wiederholten Messungen desselben Teils keine ausreichend stabilen Ergebnisse
erzeugt. Mögliche Ursachen sind eine ungeeignete Messmethode, unterschiedliche
Messpositionen, unzureichende Fixierung oder eine nicht beherrschte
Gerätebedienung.
Eine hohe Reproduzierbarkeitsstreuung weist dagegen auf systematische
Unterschiede zwischen den Prüfern hin. In diesem Fall müssen
Prüfanweisungen, Schulungsstand, Messkraft, Ableseverhalten und
Arbeitsbedingungen miteinander verglichen werden.
Eine auffällige Prüfer-Teil-Wechselwirkung bedeutet, dass die Prüfer nicht bei
allen Teilen in derselben Weise voneinander abweichen. Die Ursache kann
beispielsweise in besonderen Geometrien, unterschiedlichen Messpositionen
oder einer uneindeutigen Prüfanweisung liegen.
VORGEHENSWEISE
Messsystemanalyse Schritt für Schritt
01
Messaufgabe definieren
Qualitätsmerkmal, Messbereich, Toleranz, Messgerät, Prüfer und spätere
Verwendung der Messdaten eindeutig festlegen.
Untersuchungsziel klären
02
Teile auswählen
Prüfobjekte so auswählen, dass sie die für den Prozess relevante
Teil-zu-Teil-Streuung möglichst realistisch repräsentieren.
Prozessbereich abdecken
03
Studie randomisieren
Messreihenfolge für jeden Durchgang zufällig festlegen und sicherstellen, dass
die Prüfer vorherige Ergebnisse nicht kennen.
Verzerrungen reduzieren
04
Daten vollständig prüfen
Kontrollieren, ob für jede Kombination aus Teil, Prüfer und Wiederholung ein
plausibler Messwert vorliegt.
Datengrundlage absichern
05
Ergebnisse gemeinsam bewerten
Gage R&R, Wiederholbarkeit, Reproduzierbarkeit, ndc, Toleranzbezug,
Regelkarten und Wechselwirkungen nicht isoliert interpretieren.
Gesamtbild beurteilen
06
Verbesserung bestätigen
Nach Schulungen oder technischen Änderungen die Studie mit einem geeigneten
neuen Messplan wiederholen und die Wirksamkeit nachweisen.
Messsystem erneut validieren
Typische Fehler bei einer Messsystemanalyse
Zu den häufigsten Fehlern gehören eine zu enge Teileauswahl, eine nicht
randomisierte Messreihenfolge, unklare Messpositionen und eine Vermischung
unterschiedlicher Prüfbedingungen. Auch dürfen Prozentwerte aus der
Studienvariation und Prozentwerte bezogen auf die Toleranz nicht miteinander
verwechselt werden.
Ein einzelner Gage-R&R-Wert reicht nicht für eine belastbare Freigabeentscheidung.
Die Bewertung muss den Verwendungszweck der Messdaten, Kundenanforderungen,
Produktrisiken, die beobachtete Teilevariation und die grafischen
Analyseergebnisse berücksichtigen.
Gage R&R systematisch erlernen
Im TABTRAINER®-Training wird die gekreuzte Messsystemanalyse anhand eines
durchgängigen Kugellagerbeispiels durchgeführt. Behandelt werden
Wiederholbarkeit, Reproduzierbarkeit, ANOVA, Wechselwirkungen,
Regelkarten, Varianzkomponenten, ndc und die Ableitung konkreter
Verbesserungsmaßnahmen.