ترجمه فصل ۴ تا ۹ استاندارد VDA 5: قابلیت فرآیندهای اندازه‌گیری | مشاور ISO 17025 - عصر کیفیت

مشاوره پیاده سازی استانداردISO 17025:2017

1 📘 فصل‌های ۴ تا ۹: قابلیت فرآیندهای اندازه‌گیری (VDA 5)

📘 فصل‌های ۴ تا ۹: قابلیت فرآیندهای اندازه‌گیری (VDA 5)

مترجم: عصر کیفیت | مشاور ISO 17025 · مشاور ایزو 17025 · مشاور تایید صلاحیت آزمایشگاه آزمون و کالیبراسیون

ترجمه کامل و دقیق فصل‌های چهارم تا نهم از سند VDA 5 (نسخه ۲۰۱۱) به همراه پیوست‌های اصلی، با حفظ ساختار، جداول، فرمول‌ها و نکات فنی.

۴. روش عمومی برای ایجاد قابلیت فرآیندهای اندازه‌گیری

بازرسی‌های مربوط به کنترل تولید سری و ارزیابی انطباق نیازمند ویژگی‌هایی هستند که به‌درستی به عنوان ویژگی‌های منطبق (o.k.) یعنی درون محدودیت‌های مشخصات، یا غیرمنطبق (n.o.k.) یعنی خارج از محدودیت‌های مشخصات با تلرانس شناسایی شوند. توجه به خطای اندازه‌گیری ناشی از تغییرات فرآیند تولید و همچنین خطاهای ناشی از فرآیند اندازه‌گیری ضروری است. خطاهای اندازه‌گیری ناشی از فرآیند اندازه‌گیری منجر به نتیجه اندازه‌گیری نامطمئن و در نتیجه تصمیم‌گیری‌های غلط می‌شود. خطاها باید شناخته شوند و فقط تا حد معینی نسبت به تلرانس مشخص شده بازرسی قابل قبول هستند.

۴.۱. تأثیرات مؤثر بر عدم قطعیت نتایج اندازه‌گیری

تأثیرات ناشی از سیستم‌های اندازه‌گیری، اپراتورها، قطعات آزمون، محیط و غیره معمولاً به عنوان خطاهای تصادفی بر نتیجه اندازه‌گیری تأثیر می‌گذارند (شکل ۵ را ببینید).

📊 شکل ۵: مهمترین تأثیرات بر عدم قطعیت نتایج اندازه‌گیری (به فایل اصلی مراجعه شود)

استاندارد اندازه‌گیری / استاندارد مرجع

بسته به کیفیت استاندارد اندازه‌گیری، می‌تواند سهم قابل‌توجهی از عدم قطعیت نتیجه اندازه‌گیری را به خود اختصاص دهد. گواهی کالیبراسیون معمولاً عدم قطعیت مربوطه را شامل می‌شود. قابلیت ردیابی استاندارد مورد استفاده باید اثبات شود.

تجهیزات اندازه‌گیری / سیستم اندازه‌گیری

مؤلفه‌های تأثیرگذار مهم مرتبط با سیستم اندازه‌گیری عبارتند از: وضوح (رزولوشن)، تنظیم استاندارد مرجع بر روی یک یا چند قطعه آزمون، انحراف خطی / خطای سیستماتیک اندازه‌گیری، تکرارپذیری اندازه‌گیری.

محیط

مؤلفه‌های تأثیرگذار مهم محیط بر فرآیند اندازه‌گیری عبارتند از: دما، روشنایی، لرزش، آلودگی، رطوبت. تأثیر تغییرات دما بر قطعه آزمون، سیستم اندازه‌گیری و فیکسچر به‌ویژه از نظر شرایط محیطی قابل توجه است. در مورد اندازه‌گیری‌های طولی، این واقعیت منجر به نتایج اندازه‌گیری متفاوت در هنگام تغییر دما می‌شود. جدول ۱۱ و پیوست B توصیه‌هایی برای تعیین عدم قطعیت استاندارد اندازه‌گیری از دما ارائه می‌دهند.

انسان / اپراتور

تأثیرات اپراتورها که منجر به عدم قطعیت نتایج اندازه‌گیری می‌شود ناشی از صلاحیت و مهارت‌های متفاوت اپراتورها در انجام اندازه‌گیری‌ها است: نیروهای اندازه‌گیری متفاوت، خطاهای خواندن به دلیل پدیدۀ پارالاکس، وضعیت جسمی و روانی اپراتور، صلاحیت، انگیزه و دقت.

قطعه آزمون

تأثیرات ناشی از قطعات آزمون زمانی قابل تشخیص است که برای مثال، همان ویژگی در نقاط مختلف روی قطعه آزمون اندازه‌گیری شود. این تأثیرات ناشی از: انحرافات هندسی (انحرافات فرم و تغییرات در بافت سطح)، خواص مواد (مانند الاستیسیته)، عدم پایداری ذاتی است.

روش اندازه‌گیری / رویه اندازه‌گیری

روش انجام اندازه‌گیری یا استراتژی نمونه‌گیری انتخابی بر نتیجه اندازه‌گیری تأثیر دارد. حتی رویه‌های ریاضی اعمال‌شده برای تعیین مقدار کمیت اندازه‌گیری‌شده نیز بر نتیجه تأثیر می‌گذارند.

وسیله نصب (فیکسچر)

اگر ابزارهای اندازه‌گیری در تأسیسات نصب شوند، آنها نیز بر نتیجه اندازه‌گیری تأثیر خواهند گذاشت.

روش ارزیابی

رویه‌های ریاضی و آماری مورد استفاده برای ارزیابی (به عنوان مثال حذف داده‌های پرت شناسایی‌شده یا فیلتر کردن) می‌توانند بر نتیجه تأثیر بگذارند.

۴.۲. اطلاعات عمومی

ارزیابی فرآیندهای اندازه‌گیری و در نظر گرفتن عدم قطعیت اندازه‌گیری بر اساس جدول ۲ است.

جدول ۲: اطلاعات ورودی، شرح و نتیجه برای مراحل مختلف ارزیابی
اطلاعات ورودی	شرح	نتیجه
اطلاعات در مورد سیستم اندازه‌گیری، ویژگی آزمون و استانداردهای اندازه‌گیری (مراجع)	تحلیل قابلیت سیستم اندازه‌گیری	عدم قطعیت اندازه‌گیری گسترش‌یافته U_MS، نسبت قابلیت Q_MS
اطلاعات در مورد فرآیند اندازه‌گیری و ویژگی آزمون شامل تمام مؤلفه‌های عدم قطعیت	تحلیل قابلیت فرآیند اندازه‌گیری	عدم قطعیت گسترش‌یافته U_MP، نسبت قابلیت Q_MP
اطلاعات در مورد ویژگی آزمون و عدم قطعیت گسترش‌یافته مربوطه U_MP	ارزیابی انطباق شامل عدم قطعیت اندازه‌گیری گسترش‌یافته	منطقه انطباق یا عدم انطباق (طبق ISO/TS 14253)
اطلاعات از سیستم اندازه‌گیری، فرآیند اندازه‌گیری و ویژگی آزمون	بازبینی مداوم قابلیت فرآیند اندازه‌گیری	نمودار کنترل شامل حدود اقدام محاسبه‌شده

۴.۳. رویکردهای خاص

۴.۳.۱. خطاهای اندازه‌گیری

خطاهای اندازه‌گیری در یک فرآیند اندازه‌گیری شامل خطاهای سیستماتیک شناخته‌شده و ناشناخته از منابع و علل مختلف است. انواع مختلف خطاهای اندازه‌گیری در نتایج اندازه‌گیری ظاهر می‌شوند:

خطاهای اندازه‌گیری تصادفی: ناشی از عوامل تأثیر تصادفی کنترل‌نشده.
خطاهای اندازه‌گیری سیستماتیک (شناخته‌شده، ناشناخته): با اندازه و علامت مشخص می‌شوند.
رانش ابزاری: ناشی از تأثیر سیستماتیک عوامل تأثیر کنترل‌نشده (اغلب اثر زمان یا سایش).
داده پرت (Outlier): ناشی از رویدادهای غیرقابل تکرار در اندازه‌گیری (مثلاً نویز الکتریکی، خطای انسانی).

Bi = |x̄_g – x_m|

۴.۳.۲. تحلیل بلندمدت قابلیت فرآیند اندازه‌گیری

رویه‌های شناخته‌شده برای تحلیل‌های قابلیت سیستم‌های اندازه‌گیری و فرآیندهای اندازه‌گیری در بازه‌ای از چند دقیقه تا چند ساعت انجام می‌شوند. با این حال، نتایج فقط "نتایج کوتاه‌مدت" هستند و اطلاعاتی در مورد رفتار بلندمدت ارائه نمی‌دهند. برای به‌دست آوردن اطلاعات عمیق، بازرسی‌های مورد نیاز باید چندین بار در یک دوره معقول و قابل توجه انجام شوند.

۴.۳.۳. تکرارپذیری سیستم‌های اندازه‌گیری یکسان

در بسیاری از موارد، چندین سیستم اندازه‌گیری یکسان اما مستقل برای فرآیندهای اندازه‌گیری با وظیفه اندازه‌گیری یکسان استفاده می‌شود. هدف از این تحلیل اطمینان از تکرارپذیری سیستم‌های اندازه‌گیری منفرد با استفاده از تغییرات و خطای اندازه‌گیری است.

۴.۴. عدم قطعیت‌های استاندارد

GUM [22] نحوه تعیین عدم قطعیت اندازه‌گیری خاص وظیفه اندازه‌گیری مربوطه را شرح می‌دهد. عدم قطعیت‌های استاندارد برای هر عامل تأثیر مرتبط با استفاده از مدل ریاضی فرآیند اندازه‌گیری برآورد می‌شوند.

۴.۴.۱. ارزیابی نوع A (انحراف استاندارد)

در ساده‌ترین حالت، انحراف استاندارد s_g از n مشاهده فردی از یک سری n مشاهده که تحت شرایط اندازه‌گیری مشخص شده یکسان به‌دست آمده‌اند محاسبه می‌شود:

s_g = √[∑(x_i – x̄)² / (n‑1)]

تعداد ۲۵ اندازه‌گیری تکراری برای تعیین انحراف استاندارد توصیه می‌شود.

۴.۴.۲. ارزیابی نوع A (ANOVA)

علاوه بر روش‌های توصیف‌شده برای تعیین تنها یک مؤلفه عدم قطعیت، یک تکنیک آماری نیز برای شناسایی و کمّی‌سازی اثرات چندین عامل تأثیر در یک آزمایش وجود دارد. این روش برای سال‌ها در تحلیل قابلیت مطابق کتاب MSA [1] اعمال شده است.

۴.۴.۳. ارزیابی نوع B

اگر نتوان عدم قطعیت استاندارد را با ارزیابی نوع A تعیین کرد یا اگر این روش از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه نباشد، عدم قطعیت‌های استاندارد مربوطه بر اساس اطلاعات موجود برآورد می‌شوند (اطلاعات قبلی، مشخصات سازنده، گواهی‌ها و غیره).

۴.۴.۳.۱. ارزیابی نوع B: عدم قطعیت اندازه‌گیری گسترش‌یافته U_MP شناخته‌شده است

u(x_i) = U_MP / k

۴.۴.۳.۲. ارزیابی نوع B: عدم قطعیت اندازه‌گیری گسترش‌یافته U_MP ناشناخته است

u(x_i) = a · b

که a حد تغییرات و b ضریب توزیع (مثلاً 1/√3 برای توزیع مستطیلی) است.

۴.۵. عدم قطعیت استاندارد ترکیبی

u(y) = √[ u(x₁)² + u(x₂)² + u(x₃)² + … ]

۴.۶. عدم قطعیت اندازه‌گیری گسترش‌یافته

U_MP = k · u(y)

سطح اطمینان ۹۵٫۴۵٪ و عامل پوشش k=۲ برای محاسبه قابلیت سیستم‌ها و فرآیندهای اندازه‌گیری توصیه می‌شود.

۴.۷. محاسبه نسبت‌های قابلیت

Q_MS = (2 U_MS / TOL) · 100%

Q_MP = (2 U_MP / TOL) · 100%

حدود پیشنهادی: Q_MS,max ≤ ۱۵٪ و Q_MP,max ≤ ۳۰٪.

۴.۸. حداقل تلرانس ممکن برای سیستم‌ها / فرآیندهای اندازه‌گیری

TOL_MIN‑UMS = (2 U_MS / Q_MS,max) · 100%

۴.۹. بودجه عدم قطعیت

جدول ۵: نمونه بودجه عدم قطعیت
مؤلفه (نام)	نوع	حد a	ضریب b	انحراف معیار	u(x_i)
...	A/B	...	...	...	...
u(y) = √∑u(x_i)²
U_MPS = k · u(y)

۴.۱۰. قابلیت فرآیندهای اندازه‌گیری و تولید

s_obs = √(s_real² + s_MP²)

📈 شکل ۹: رابطه بین C_p,real و C_p,obs بر حسب Q_MP

۴.۱۱. برخورد با سیستم‌ها / فرآیندهای اندازه‌گیری ناقابل (Not Capable)

برای بهبود، عدم قطعیت‌های استاندارد باید کاهش یابند؛ مثلاً با انتخاب حسگرهای بهتر، استانداردهای باکیفیت‌تر، بهینه‌سازی استراتژی نمونه‌گیری، آموزش اپراتورها، کنترل دما و لرزش، و تشخیص رانش.

۵. تحلیل قابلیت فرآیند اندازه‌گیری

۵.۱. اصول پایه

این فصل نحوه تعیین مؤلفه‌های عدم قطعیت فردی u(x_i) را یا با استفاده از ارزیابی نوع B یا با آزمایش (نوع A) توضیح می‌دهد. یک روش استاندارد برای پوشش بیشتر تخمین‌های عدم قطعیت در عمل توصیه می‌شود.

۵.۲. تحلیل قابلیت یک سیستم اندازه‌گیری

سیستم‌های اندازه‌گیری نیاز دارند که وضوح (٪RE) کمتر از ۵٪ از مشخصات باشد. مؤلفه‌های عدم قطعیت مرتبط: عدم قطعیت کالیبراسیون (U_CAL)، بایاس (U_BI)، تکرارپذیری (U_EVR)، خطی بودن (U_LIN).

📋 شکل ۱۰: نمودار جریان تحلیل قابلیت سیستم اندازه‌گیری

جدول ۷: مؤلفه‌های عدم قطعیت معمولی یک سیستم اندازه‌گیری
مؤلفه	نماد	مدل / آزمایش
وضوح	U_RE	U_RE = 1/√12 · RE
عدم قطعیت کالیبراسیون	U_CAL	از گواهی کالیبراسیون: u_CAL = U_CAL/k_CAL
تکرارپذیری روی استاندارد	U_EVR	حداقل ۲۵ اندازه‌گیری تکراری روی یک استاندارد: u_EVR = s_g
عدم قطعیت ناشی از بایاس	U_BI	u_BI = \|x̄_g – x_m\| / √3
عدم قطعیت ناشی از خطی بودن	U_LIN	با ANOVA (انحراف lack‑of‑fit)

۵.۲.۱. وضوح سیستم اندازه‌گیری

وضوح باید کمتر از ۵٪ تلرانس باشد.

۵.۲.۲. تکرارپذیری، خطای سیستماتیک، خطی بودن

۵.۲.۲.۱. برآورد خطای سیستماتیک و تکرارپذیری با "مطالعه نوع ۱"

u_EVR = s_g = √[∑(y_i – x̄_g)²/(K‑1)]

u_BI = |x̄_g – x_m| / √3

شاخص‌های قابلیت C_g و C_gk نیز قابل محاسبه هستند.

۵.۲.۲.۲. تحلیل خطی بودن با اصلاح روی ابزار اندازه‌گیری

روی حداقل سه استاندارد مرجع (با مقادیر پخش‌شده در محدوده تلرانس) حداقل ۱۰ اندازه‌گیری تکراری انجام می‌شود. تابع رگرسیون خطی برازش می‌شود:

ŷ = β̂₀ + β̂₁ x

📊 شکل ۱۵: نمودار تحلیل واریانس (ANOVA) برای خطی بودن

۶. بازبینی مداوم قابلیت فرآیند اندازه‌گیری

۶.۱. بازبینی عمومی پایداری اندازه‌گیری

پایداری کوتاه‌مدت و بلندمدت باید در نظر گرفته شود. یک نمودار کنترل برای پایش تغییرات بایاس در طول زمان استفاده می‌شود.

مراحل:

انتخاب یک استاندارد مرجع مناسب با مقدار مشخص.
اندازه‌گیری‌های منظم (روزانه، هر شیفت).
رسم مقادیر روی نمودار کنترل و تعیین حدود اقدام.
در صورت مشاهده سیگنال خارج از کنترل، فرآیند اندازه‌گیری باید بررسی شود.

۶.۲. اصلاح تابع رگرسیون

برای پایش خطی بودن، حدود کنترل برای تفاوت بین مقدار واقعی و مقدار پیش‌بینی‌شده محاسبه می‌شود:

UCL = (σ̂/β̂₁) · t_{(1‑α/(2m))} · (N·K‑2)

۷. راهنمای عملی برای تعیین عدم قطعیت‌های استاندارد معمولی

جدول ۱۴ خلاصه‌ای از روش‌های پیشنهادی برای برآورد عدم قطعیت‌ها را نشان می‌دهد.

بخشی از جدول ۱۴: روش‌های توصیه‌شده برای تعیین مؤلفه‌های عدم قطعیت
منبع عدم قطعیت	پیشنهادات / نکات	نوع
وضوح U_RE	U_RE = RE/(2√3) ; %RE ≤ 5%	B
عدم قطعیت کالیبراسیون U_CAL	از گواهی: u = U/k	B
تکرارپذیری روی قطعات U_EVO	۲۵ قطعه، ۲ بار تکرار، بدون تأثیر اپراتور	A
تکرارپذیری اپراتورها U_AV	۱۰ قطعه، ۲ اپراتور، ۲ تکرار – ANOVA	A
عدم قطعیت دما U_T	با یا بدون اصلاح انبساط حرارتی (پیوست B)	A/B

۷.۱. نمای کلی از مدل‌های معمولی فرآیند اندازه‌گیری

مدل‌های A تا E ترکیبات مختلفی از مؤلفه‌های عدم قطعیت را پوشش می‌دهند (جدول ۱۵).

۸. فرآیندهای اندازه‌گیری ویژه

۸.۱. فرآیند اندازه‌گیری با تلرانس‌های کوچک

تلرانس‌های بسیار کوچک نسبت به شرایط عادی، ایجاد و اندازه‌گیری را دشوار می‌سازند. شاخص‌های قابلیت معمول قابل دستیابی نیستند و نیاز به شرایط ویژه دارند.

۸.۲. طبقه‌بندی

در فرآیندهایی با تغییرات بالا، قطعات بر اساس اندازه به کلاس‌هایی تقسیم می‌شوند (مانند سیلندر و پیستون). عدم قطعیت می‌تواند منجر به طبقه‌بندی متفاوت در اندازه‌گیری‌های تکراری شود. برای اطمینان از تخصیص به حداکثر دو کلاس مجاور، باید:

U_MP / KB ≤ 0.5

حداکثر تعداد کلاس‌های مجاور = 2 U_MP / KB + 1

۸.۳. اعتبارسنجی نرم‌افزار اندازه‌گیری

نرم‌افزارهای اندازه‌گیری باید قبل از استفاده تأیید شوند (مطابق ISO 9001 و ISO 10012). مراحل شامل مقایسه شماره نسخه، مستندسازی تنظیمات، تست عملکرد، اندازه‌گیری روی استانداردهای مرجع، و مقایسه با نتایج نسخه قبلی است. پس از تأیید، نرم‌افزار رسماً برای استفاده تأیید می‌شود.

۹. تحلیل قابلیت فرآیندهای اندازه‌گیری صفت (Attribute)

۹.۱. مقدمه

به دلیل ماهیت اندازه‌گیری‌های صفت (گذر/عدم‌گذر)، محاسبه قابلیت با تلاش زیادی همراه است. احتمال نتیجه صحیح به مقدار واقعی ویژگی بستگی دارد.

۹.۲. محاسبات قابلیت بدون استفاده از مقادیر مرجع

آزمون با ۴۰ قطعه، ۳ بار تکرار توسط ۲ اپراتور. نتایج در جدول تقارن با آزمون Bowker بررسی می‌شود تا تفاوت معنی‌دار بین اپراتورها شناسایی شود.

۹.۳. محاسبات قابلیت با استفاده از مقادیر مرجع

۹.۳.۱. محاسبه محدوده عدم قطعیت

با استفاده از قطعات با مقادیر مرجع، نقاط انتقال بین قضاوت "+" (قبول) و "–" (رد) تعیین می‌شود. فاصله d_U و d_L محاسبه و میانگین d گرفته می‌شود.

U_ATTR = d / 2

Q_ATTR = (2 U_ATTR / TOL) · 100%

📊 شکل ۲۳: رسم مقادیر مرجع و محدوده عدم قطعیت

۹.۳.۲. بازبینی مداوم

حداقل ۳ قطعه با مقادیر مرجع در مناطق مشخص (I, II, III) انتخاب و توسط یک اپراتور اندازه‌گیری می‌شود تا پایداری فرآیند صفت پایش شود.

۱۰. ضمائم (گزیده)

پیوست A: فرمول‌های رگرسیون و ANOVA

y_nk = β₀ + β₁ x_n + ε_nk

β̂₁ = [∑(x_n–x̄)(y_n–ȳ)] / ∑(x_n–x̄)²

جداول ANOVA برای مؤلفه‌های تکرارپذیری، اپراتور، و تعاملات ارائه شده است.

پیوست B: عدم قطعیت ناشی از دما

با اصلاح انبساط (اندازه‌گیری مطلق):

Y_corr = y_i·(1+α_RΔT_R) / (1+α_OBJΔT_OBJ)

بدون اصلاح (روش ساده‌شده):

Δy ≈ y·(t_max–20)·(α_OBJ–α_R)

u_T = a / √3

پیوست C: کاهش عدم قطعیت با تکرار و میانگین‌گیری

u_EVO* = u_EVO / √n*

پیوست D: عوامل k (ضریب پوشش) برای درجه آزادی مختلف

برای سطح اطمینان ۹۵٫۴۵٪، k از توزیع t استیودنت با درجه آزادی f به دست می‌آید (مثلاً برای f=24، k≈2.11).

پیوست E: تنظیم نقطه(های) کار

روش‌های تنظیم با یک یا دو استاندارد مرجع در محدوده ±۱۰٪ حدود تلرانس.

پیوست F: مثال‌های محاسباتی

شامل مثال‌های عملی برای سیستم‌های مختلف: اندازه‌گیری سوراخ، CMM، دستگاه چندنقطه‌ای، بهینه‌سازی فرآیند و جبران دما.