挖掘合格数据下的隐患

2021-07-08张红

上海质量 2021年5期

编者按

在使用计算机辅助检查产品质量时，往往用绿色标记位于公差范围内的数据，用红色标记超出公差范围的数据。但绿色的数据并不总代表着优质的产品。本文原载于2020年12月的《质量管理》杂志，介绍了如何分析绿色数据，发现质量缺陷。作者迈克尔•阿德科克（Michael Adcock）是一名计量解决方案工程师。

在计算机辅助检测行业，有一些存在已久的惯例。例如，用三坐标测量机（CMM）进行测量时，往往用绿色标记位于公差范围内的数据，用红色标记超出公差范围的值。红色数字出现在一份报告中会引发注意（也可能触发警报），而绿色的数字常常被掩盖或遗忘。正如有方法修改CMM的常规程序或评估、把红色报告变为绿色报告那样，也有方法把劣质产品隐藏在绿色数字之中。其实，绿色标记不能等同于良好。

为什么我们相信绿色是良好的

所有的公差最初都是由工程部门制定的，所以我们倾向于相信数字处理技术专业人员选择了正确的公差。即使他们没有选择正确的公差，制造和质量等下游部门通常也没有足够的信息来挑战这些公差。因此，我们一般都会接受工程师设定的公差，将其作为区分优质产品和劣质产品的分界线。

在进行特征检查时，程序已经撰写、编辑完成，并在至少一个样本零件上进行了运行。这个验证过程很可能会进行几轮，以生成客户可以接受的数据（客户可能来自内部或外部）。在这个过程中，程序员会发现：从某个地方而不是其他地方收集数据，更有可能获得最终的绿色（公差范围内）结果。

知道某个特征处于公差范围内，对组织来说很重要。它不仅表明被检验的产品是可以销售的，而且表明用于制造该零件的过程是受控的。对于那些跟踪过程能力指数（CpK）的人来说，这意味着把数值1或更好的数值分配给这个过程。由于解决制造过程中的问题和更换工具可能对时间和预算造成很大压力，因此各级管理人员都希望看到绿色报告。

让我们以一次客户体验为例进行说明。在测量焊接点时，程序员最初测量了一个圆形而不是圆柱体。在本例中，圆柱体大约有25毫米长，所以本应该很容易收集到圆柱体的数据。

由此产生的圆形特征报告为绿色，程序员对自己很满意（见表1）。

为什么绿色等同于良好的观念是一种误导

在一份典型的CMM报告中，如表1所示，特征名称指示出所报告物件的几何形状——在这种情况下是圆形。在其他情况下，可以根据情况设定特征名称，甚至替换掉几何图形。检查报告的读者并不在乎报告中几何图形具有什么基本性质。这是非常重要的，因为工程师的直径参数并不简单适用于检查员选择的零件上的圆。参数需要描述出整个长度、宽度和深度特征。如果测量一个圆形使用了10个点的数据，那么测量圆柱体时，改为使用20个点的数据是可以接受的，因为它提供了圆柱体两端圆形的数据。测量结果变为表2的数值。

表1 圆形的外径特征报告CIR_30.050_OD

现在的特征显示为红色，程序员对程序的结果感到不舒服。

特征描述性名称的变化，揭示了为什么报告中零件的同一圆柱体表面的测量数值与之前的大相径庭。客户认识到，0.004毫米是一个非常小的超差值。客户认为自己的用户可能会接受这种偏差，并购买这些在技术上超出公差的零件，因此他们没有选择报废，或重新生产零件，或采取更严肃的行动——进行大规模的流程纠正，来消除这种偏差。

但是，通过对程序和结果的进一步检查，我们了解到，程序中所用的特征拟合算法是系统默认的最小二乘法。最小二乘拟合算法是三坐标测量机的核心算法。它非常稳健且可重复，但并不总是符合工程标准。在ASME Y14.5标准中，外径的测量被定义为外切该特征的、仅与外径高点接触的最小计数器几何组态。这被描述为最小外切拟合算法。大多数三坐标测量机软件会提供一些不同的拟合算法。如果我们要确保设计意图、故障模式以及预测分析对交付的产品有效，那么这里正是质量部门和工程部门之间协调发挥作用的地方。此时程序中加入了最小外切的拟合算法，重新对圆柱体特征进行评估，获得表3的结果。