Giai đoạn Measure trong chuỗi DMAIC, để dữ liệu thu thập được là đáng tin cậy và cho kết quả phân tích chính xác, cần tiến hành đánh giá hệ thống đo lường (MSA).
Trước khi đi vào một số phương pháp đánh giá hệ thống đo lường, bài viết này sẽ đề cập tới một số thuật ngữ và khái niệm được tổng hợp từ giáo trình do thầy Lê Minh Sáng biên soạn.
CHẤT LƯỢNG CỦA DỮ LIỆU
- Nhằm mục đích kiểm soát các quá trình sản xuất và đánh giá chất lượng sản phẩm, người ta tiến hành đo rất nhiều thông số. Các dữ liệu này góp phần vào việc đưa ra các quyết định dựa theo nguyên lý “quyết định dựa trên số liệu và bằng chứng” (data driven)
- Chất lượng của dữ liệu được xác định theo các đặc tính thống kê khi hệ thống đo lường thực hiện nhiều phép đo trong điều kiện ổn định. Ví dụ khi đo một thông số nào đó lặp lại với một tần số nhất định, nếu các giá trị gần với nhau và giá trình trung bình của các lần đo gần với giá trị tham chiếu thì ta nói hệ thống đo lường là tốt và dữ liệu có chất lượng cao. Ngược lại, khi dữ liệu không có sự lặp lại và gần nhau thì hệ thống đo lường là không tốt, hoặc giá trị trung bình các lần đo không gần với giá trị tham chiếu thì chất lượng của giá trị đo là chưa tốt.
- Chất lượng của dữ liệu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như môi trường, dụng cụ, người đo, …
CÁC THUẬT NGỮ
1. ĐO LƯỜNG
- Đo lường là một quá trình đánh giá định lượng một đại lượng cần đo để có kết quả bằng số theo đơn vị đo quy ước
- Đo lường là hành động cụ thể thực hiện bằng dụng cụ đo lường để tìm trị số gần đúng của một đại lượng cần xác định và biểu thị bằng đơn vị đo lường
- Trong một số trường hợp, đo lường như là quá trình so sánh đại lượng cần đo với đại lượng chuẩn và số ta nhận được gọi là kết quả đo lường hay đại lượng được đo. (Ví dụ so sánh quả cân với các mẫu chuẩn trong phòng thí nghiệm)
2. GAGE
- Là khái niệm dùng để chỉ bất kỳ thiết bị, dụng cụ (hoặc hệ thống thiết bị, dụng cụ) được dùng để đo lường (bao gồm cả các kết quả định tính như OK/NG, Pass/Fail…)
- Khái niệm này thường được dùng để chỉ các thiết bị đo lường, các hệ thống kiểm tra, đánh giá chất lượng sản phẩm của các hệ thống sản xuất.
3. HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG (Measurement System)
- Một hệ thống bao gồm nhiều thiết bị, tiêu chuẩn, phương pháp, phầm mềm, con người… cấu thành để có được giá trị đo lượng được gọi là hệ thống đo lường. Hệ thống đo lường thường phải đáp ứng các tiêu chuẩn đặt ra (nội bộ, khách hàng, quốc gia, quốc tế…)
4. ĐỘ PHÂN GIẢI (Discrimination, readability, resolution)
- Độ phân giải của một thiết bị là đơn vị đo nhỏ nhất có thể đọc được của thiết bị đo trong quá trình đo lường một thông số nào đó.
- Độ phân giải là đơn vị đo lường hoặc đầu ra nhỏ nhất của một dụng cụ đo lường và được quyết định bởi thiết kế của thiết bị đó
- Khi lựa chọn độ phân giải, người ta thường áp dụng quy luật 1/10 trong đo lường. (Độ phân giải của dụng cụ đo phải nhỏ hơn 10 lần so với sai số của phép đo – ví dụ đo kích thước 10±0.5mm, cần dụng cụ đo có độ phân giải nhỏ hơn 10 lần sai số của phép đo. Sai số của phép đo ở đây là 0.1mm → cần chọn dụng cụ có độ phân giải 0.01mm). Quy luật này giúp cho hệ thống đo lường có độ phân giải tối thiểu cần thiết để thu thập số liệu phục vụ cho việc theo dõi, kiểm soát chính xác các quá trình sản xuất cũng như đánh giá chất lượng sản phẩm.
5. GIÁ TRỊ THAM CHIẾU (Reference value)
- Là giá trị được cho là giá trị đúng và đã biết trước của một thông số nào đó của mẫu đang được nghiên cứu hoặc phân tích (thường là mẫu chuẩn). Ví dụ để phân tích độ lệch (Bias) của thiết bị, bạn có thể dùng một mẫu chuẩn có khối lượng 0.025 gram. Giá trị 0.025 gram được xem là giá trị tham chiếu của mẫu chuẩn này.
- Một cách lý tưởng, mẫu dùng để tham chiếu và hiệu chuẩn thiết bị nên có giá trị nằm ở trung tâm của dải dung sai chế tạo
- Chú ý: Giá trị tham chiếu có thể xác định bằng nhiều cách tùy thuộc vào nhành nghề, tùy theo tiêu chuẩn của từng tổ chức và phụ thuộc vào yêu cầu của khách hàng. Cách thông dụng là lấy theo giá trị trung bình của nhiều lần đo của thiết bị đo có độ chính xác cao hơn.
6. GIÁ TRỊ THỰC
- Giá trị thực là giá trị đúng của một thông số nào đó của một hiện vật nhất định
- Chúng ta không biết và không thể biết giá trị thực (giá trị tuyệt đối)
- Thông qua việc sử dụng các thiết bị đo lường có độ chính xác cao, chúng ta có thể biết giá trị gần đúng của giá trị thực.
- Khi ta đo một thông số nào đó thì kết quả đo lường bao gồm các thành phần sau đây:
- Giá trị thực
- Sai số đo lường
- →Giá trị đo = Giá trị thực + sai số đo lường
7. ĐỘ CHÍNH XÁC (Accuracy)
Độ chính xác là khả năng thiết bị có được giá trị đo gần với giá trị thực của một thông số đo. Nói cách khác là mức độ khác biệt giữa giá trị thực và giá trị đo được. Độ chính xác bao gồm độ chệch (bias), độ tuyến tính (linearity) và độ ổn định (stability)
- Độ chệch (bias): là độ khác biệt giữa giá trị trung bình của các lần đo với giá trị tham chiếu của thông số đó của cùng vật đo.
- Độ tuyến tính (linearity): Là độ khác biệt của độ chệch bias theo các giá trị đo khác nhau của thang đo. Về bản chất, độ tuyến tính là độ chệch theo độ lớn của thông số đo (bias by size)
- Độ ổn định (Stability): Độ khác biệt của giá trị trung bình của các lần đo theo thời gian khi đo cùng một chi tiết nhiều lần bởi cùng một người đo. Về bản chất, độ ổn định là độ chệch theo thời gian (bias by time)
8. ĐỘ CHỤM (precision)
Độ chụm còn được gọi là “độ tập trung” – là độ khác biệt của giá trị đo khi cùng một chi tiết được đo lặp đi lặp lại nhiều lần trên cùng một thiết bị đo. Độ chụm bao gồm:
- Độ lặp (repeatability): Là khả năng có được các kết quả đo tương tự khi cùng người đo, đo cùng một chi tiết lặp lại nhiều lần trên cùng 1 thiết bị đo. Độ lặp thường liên quan đến thiết bị đo (sai số do thiết bị)
- Độ tái lập (reproducibility): Là khả năng có được các kết quả đo tương tự khi các người đo khác nhau sử dụng cùng một thiết bị đo để đo cùng 1 chi tiết. Độ tái lặp thường liên quan đến người đo (sai số do người đo)
9. GRR study (Gage R&R Study)
Là một khái niệm dùng để chỉ quá trình phân tích, đánh giá khả năng lặp lại (repeatability) và khả năng tái lập (reproducibility) của một hệ thống đo lường
10. NĂNG LỰC CỦA THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG
Là một khái niệm dùng để chỉ khả năng đo chính xác các thông số đo của hệ thống đo lường. Năng lực của hệ thống đo lường được quyết định bởi độ chệch (bias), độ tuyến tính (Linearity), độ ổn định (Stability) và độ lặp (Repeatability). Năng lực của thiết bị đo thường được xét trong 2 trường hợp: Ngắn hạn (Gage Capability) và dài hạn (Gage Performance)
Chú ý: Trong dài hạn, năng lực đo của thiết bị còn phụ thuộc vào cả các yếu tố bên ngoài như điều kiện sử dụng, tay nghề người đo…
11. CÁC LOẠI SAI LỖI CỦA HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG
Trong quá trình đo lường, đặc biệt các hệ thống đo lường để đánh giá chất lượng sản phẩm (pass/fail) luôn luôn có xác suất đánh giá sai do sự dao động của kết quả đo. Các dao động này gây ra bởi độ lặp (repeatability) và độ tái lập (reproducibility) của hệ thống đo lường.
- Sai lỗi loại 1 (Type I error): Sản phẩm “tốt” nhưng bị đánh giá là “không đạt”. Sai lỗi này được gọi là rủi ro của nhà sản xuất
- Sai lỗi loại 2 (Type II error): Sản phẩm “không đạt” nhưng lại được đánh giá là “tốt”. Sai lỗi này được gọi là rủi do của khách hàng
- Các sai lỗi thường xảy ra với các giá trị cận biên (giá trị gần với giới hạn kiểm soát) của thông số.
Các sai lỗi này có thể xuất hiện khi các giá trị đo phân bố xung quanh các giới hạn kỹ thuật
- Khu vực 1: Sản phẩm lỗi luôn được đánh giá là “lỗi” → đánh giá đúng vì có sự sai khác rất lớn so với chuẩn
- Khu vực 2: Là khu vực có khả năng bị đánh giá sai (sản phẩm “tốt” có nguy cơ bị đánh giá “lỗi” và ngược lại)
- Khu vực 3: Sản phẩm “tốt” luôn được đánh giá là “Tốt” → đánh giá luôn đúng.
Các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát sai lỗi loại I và loại II
- Giảm thiểu các dao động của quá trình sản xuất và đưa các thông số về giá trị trung tâm (khu vực III). Trong trường hợp này, giá trị đo không phân phối trong khu vực có thể xảy ra sai lỗi
- Cải tiến hệ thống đo lường để giảm thiểu dao động (thu hẹp phạm vi khu vực II)
(Ở nội dung này, chúng ta không đề cập tới các nguyên nhân bất thường tác động lên hệ thống đo lường)
12. SỐ NHÓM DỮ LIỆU
- Là khái niệm dùng để chỉ khả năng của hệ thống đo lường có thể phân chia một tập hợp các đối tượng được đo thành các nhóm có giá trị riêng biệt (không chồng lên nhau)
- Số nhóm dữ liệu mà hệ thống đo lường có thể phân biệt phụ thuộc vào độ phân giải của nó và được tính theo công thức sau
Số nhóm = (độ lệch chuẩn chế tạo / Độ lệch chuẩn hệ thống đo) * 1.41
Độ lệch chuẩn chế tạo (Part’s standard deviation)
Độ lệch chuẩn hệ thống đo (Gage’s standard deviation)
Chú ý: Để phục vụ việc theo dõi và kiểm soát các quá trình sản xuất, số nhóm dữ liệu phải tối thiểu bằng 5 (theo AIAG)
13. ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA HỆ THỐNG ĐO LƯỜNG
Hệ thống đo lường có độ chính xác cao khi cả “độ chính xác của thiết bị” và “độ chụm” đều cao.
Giống như xạ thủ. Cần bắn trúng vòng tròn tâm và phải có độ chụm cần thiết giữa các lần bắn (các lần bắn đều trúng tâm). Hệ thống đo lường vừa cần phải có độ chính xác (Accuracy) vừa phải có độ chụm (precision)