To fejl, to omkostninger: Afvejning af falske alarme mod oversete fejl

Oversigt

Hver inspektionsstation begår to typer fejl: Den overser en defekt, der faktisk er til stede, og den markerer en fejlfri komponent som defekt. Begge fejl opstår som følge af samme tærskelværdi, og når denne tærskel justeres, sker der en ombytning mellem de to fejltyper. En specifikation, der kræver, at begge fejltyper skal være meget lave, kræver ikke en bedre maskine – den kræver en maskine, der ikke findes.

Det, der gør denne afvejning håndterbar, er, at de to fejl sjældent koster lige meget. En overset defekt på en sikkerhedskomponent kan medføre en tilbagetrækning; et falsk alarm koster typisk kun nogle få minutters geninspektion. Når omkostningerne adskiller sig med flere størrelsesordener, er den korrekte indstilling indlysende, og specifikationen bør derfor angive dette eksplicit i stedet for at kræve, at begge tal skal være små.

Denne artikel beskriver, hvordan de to fejltyper påvirker hinanden, hvad hver af dem koster i praksis og hvordan man skriver en specifikation, der angiver, hvilken fejl linjen kan tolerere. Big Bird Industrial (tidligere Shimada Big Bird Industrial) har bygget rengørings- og afgrædningssystemer til bilers drivlinjekomponenter siden 2001, og de opsporingsdata, der anvendes her, stammer fra produktionsstationer.

1. De to fejl

Terminologien bør fastlægges, fordi de to fejl ofte beskrives med de samme ord af forskellige personer.

En udeladt fejl

En defekt, der er til stede på komponenten, bliver ikke opdaget, og komponenten fortsætter ned ad linjen. Udeladelsesraten er den andel af defekte komponenter, der passerer, og produktionsstationer specificerer den typisk i størrelsesorden én komponent pr. tusind, mens de strengeste anvendelser når én pr. ti tusind.

En falsk alarm

En overensstemmende del markeres og forlader linjen til gennemgang, omformning eller kassering. Andelen af forkerte positive resultater på reelle overflader ligger mellem ca. én og syv procent, afhængigt af fejlklassen og overfladen; en station, der rapporterer nul, måler typisk noget lettere end kravet.

2. Hvorfor de bevæger sig sammen

En detektor træffer beslutning ved at sammenligne et signal med en tærskelværdi. Ved at sænke tærsklen registreres flere fejl, men også flere fejlfrie dele, fordi populationen af fejlfrie dele overlapper populationen af fejl i den egenskab, som detektoren måler.

Overlappet er fysisk

Overlappet er ikke en svaghed i modelleringen, som en bedre algoritme kan fjerne. En svag ridse og en værktøjsmærke frembringer lignende kontrast; en lille por og et støvkorn frembringer lignende mørkhed. Hvor de to populationer faktisk overlapper hinanden, kan ingen tærskel adskille dem perfekt, og den eneste måde at forbedre begge parametre på er at ændre, hvad der måles – ikke hvor grænsen trækkes.

Ændring af, hvad der måles

Tilføjelse af en anden belysning, en anden visning eller en luftpuls kan adskille populationer, som én enkelt måling ikke kan adskille. Det er den gyldige måde at forbedre begge hastigheder på, og det er en ændring af hardwaren snarere end en justeringsopgave.

3. Hvad hver fejl koster

Omkostningerne er asymmetriske, og kvantificeringen af dem er det, der gør handlen til en beslutning.

Omkladningen af en uundgåelig fejl

En uundgåelig fejl rejser sig. På en maskineret komponent kan den opdages ved montering, hvor omkostningen er en produktionsstop; på en sikkerhedskomponent kan den nå ud i feltet, hvor omkostningen er en tilbagekaldelse. Jo længere den rejser, jo mere stiger omkostningen, hvilket er grunden til, at uundgåelighedsraten specificeres ved den proces, hvor fejlen er billigst at opdage.

Omkladningen af en falsk alarm

Et forkert alarm forbruger en gennemgang, en geninspektion eller en omformning. Den forbruger også tillid: En operatør, der gentagne gange ser gode dele blive afvist, lærer at omgå stationen, og en omgået station giver slet ingen beskyttelse. Den anden omkostning er den, der aldrig indgår i beregningen, men altid er til stede i resultatet.

4. Hvor balancen bør ligge

Den korrekte balance følger af forholdet mellem de to omkostninger, og forholdet er typisk stort.

Når en manglende detektion er katastrofal

Ved en sekvenskontrol, en sikkerhedsflade eller en hydraulisk kanal kan en manglende detektion føre til fejl i feltet og en tilbagekaldelse. Stationen bør derfor tydeligt foretrække afvisning og acceptere en højere andel falske positive resultater som pris. En lagerdækselsstation, der registrerer én manglende detektion pr. ti tusinde og én falsk positiv pr. hundrede, er korrekt justeret.

Når en falsk positiv er den største omkostning

På en kosmetisk flade, der inspiceres i stor mængde, sender en falsk positiv en komponent til polering ved hver skift, og de akkumulerede omkostninger kan overstige værdien af de fejl, der bliver opdaget. Disse stationer justeres derfor tættere på balance – hvilket er grunden til, at en lakstation kører med en lavere andel manglende detektioner og en højere andel falske positive resultater end en sikkerhedskontrol.

5. Måling af begge

En station karakteriseres ved to tal, og en leverandør, der angiver kun ét tal, beskriver kun halvdelen heraf.

Valideringsmængden skal indeholde begge

En testsæt af defekte dele måler udeladelsesraten. Et testsæt af overensstemmende dele måler den falske alarmrate. Uden det sidste scorer en station, der afviser alt, perfekt på det første, hvilket er grunden til, at accepttesten skal inkludere almindelige produktionsdele.

Måling i drift frem for ved overtagelse

Begge rater ændrer sig efter idriftsættelse, da lamper bliver ældre og delpopulationen ændrer sig. Overvågning af flag pr. hundrede dele og bekræftede fejl pr. tusinde viser afdriften, inden stationen omgås.

6. Den organisatoriske halvdel

Den tekniske side udgør kun halvdelen af problemet. Den anden halvdel er, hvad organisationen gør ved flagene.

En station, hvis flag bliver gennemgået af en person med beføjelse til at frigive en komponent, vil blive betroet. En station, hvis flag ender i en kø, som ingen rydder, vil blive overstyret, og når der først er overstyret, ophører fejlrapporteringsraten med at være en omkostning og bliver i stedet en vane. Derfor indgår gennemgangspositionen i fejlbudgettet og er ikke blot en administrativ detalje.

7. At formulere det i en specifikation

En specifikation, der angiver begge hastigheder, angiver, hvilken af dem der må variere, og definerer de testsæt, der måler dem, er en specifikation, som en leverandør kan designe efter.

En specifikation, der kræver, at begge hastigheder skal være minimale, vil blive besvaret med et tal, der beskriver et laboratorium snarere end en produktionslinje. Det væsentlige spørgsmål er ikke, hvad den laveste opnåelige manglerate er, men hvilken manglerate applikationen kræver og hvilken fejlrapporteringsrate linjen kan absorbere, mens den opretholder den ønskede manglerate.

8. Omkostningen ved en station, som ingen bruger

Den største omkostning i fejlbudgettet er hverken en uudnyttet fejl eller en forkert alarm. Det er den station, der ophører med at blive brugt, for på det tidspunkt bliver fejlratien lig med den rate, som processen genererer uden inspektion.

Hvordan en station ophører med at blive brugt

Det sker i tre trin. En forkert-alarm-rate stiger over det niveau, som linjen kan absorbere, så operatørerne begynder at forvente afvisninger af gode dele. Gennemgangskøen vokser, fordi ingen har beføjelse til hurtigt at godkende en markeret del. Nogen opdager omgåelsesfunktionen, og herefter godkendes alle tværgående dele manuelt. Ingen af disse trin er et bevidst valg; hvert enkelt er en reaktion på pres.

Modforanstaltningen er organisatorisk frem for teknisk: en navngivet gennemganger med beføjelser, en målsætning for gennemgangstid og et månedligt tal for, hvor ofte stationen blev omgået. En station, der gennemgås og betros, kan køre med en forkert-alarm-rate, som linjen tolererer. En station, der omgås, har ingen fejlrate, der er værd at måle.

Ofte stillede spørgsmål

Kan en station have begge rater lav?

Kun hvor fejlen og baggrunden ikke optisk overlapper hinanden. Hvor de gør det, kræver forbedring af begge dele tilføjelse af information, f.eks. en anden belysning eller et andet synspunkt, fremfor justering af en tærskelværdi.

Hvilken rate skal jeg angive først?

Mistageraten, fordi den fastsættes ud fra, hvad fejlen kan medføre nedstrøms. Den falske alarmrate følger derimod af, hvad produktionslinjen kan håndtere, samtidig med at den mistagerate opnås.

Hvorfor virker falske alarmrater så høje?

Fordi de måles på reelle produktionsoverflader med reel variation. En rate i de lave enkeltcifre på en støbning eller et malet panel er normal, og en rapporteret rate på nul betyder typisk, at testmaterialet var for let.

Hvad sker der, hvis operatørerne ignorerer stationen?

Det er den egentlige fejltilstand. Den skyldes enten en uanmeldt flagkø eller en falsk alarmrate, som linjen ikke kan absorbere, og den omdanner en fungerende station til en bogføringsopgave.

Konklusion

En misser og et forkert alarmopkald frembringes af samme tærskelværdi og koster meget forskellige beløb. Den nyttige specifikation angiver, hvilken af de to fejltyper linjen kan tillade sig, i stedet for at kræve, at begge skal være små.

At forbedre begge fejltyper samtidigt er et hardware-spørgsmål, ikke et justerings-spørgsmål. Og den hastighed, der endeligt betyder noget, er den, der måles under drift, fordi en station, som ingen stoler på, har en misser-hastighed på hundrede procent.