آموزش محاسبه عدم قطعیت نتایج آزمون و کالیبراسیون
یکی از اهداف مجموعه‌های موفق، آموزش نیروی انسانی کارآمد است تا در نهایت بتواند علاوه بر افزایش دانش افراد، از توانایی آنها بهتر بهره بگیرد. یکی از بخش‌هایی که اعتبار و دقت نتایج آن می‌تواند بسیار حائز اهمیت باشد آزمایشگاه‌ها هستند که برای تعیین میزان کیفیت و دقت نتایج آنها از شاخصه عدم قطعیت استفاده می‌شود. بنابراین آموزش نیروهای انسانی فعال در این زمینه بسیار حائز اهمیت خواهد بود. در ادامه همراه ما باشید تا به شما بگوییم این روش چیست و چگونه به کار می‌آید؟
تعیین عدم قطعیت اندازه‌گیری و به کارگیری آن در تحلیل نتایج می‌تواند به کارایی بالاتر سیستم منجر شود.
اندازه‌گیری چیست؟
مجموعه کارهایی که برای تعیین مقدار یک کمیت انجام می‌شود را اندازه‌گیری می‌گویند. برای اندازه‌گيری از ابزاری مثل ترازو، خط‌كش، كرونومتر، دماسنج و … استفاده می‌کنند اما علاوه بر این ابزار باید واحد اندازه‌گیری هم مشخص باشد.
عدم قطعيت اندازه‌گيری چيست؟
عدم قطعیت همان‌طور که از نام آن بر می‌آید مربوط به عدم اطمینان افراد باز می‌گردد. در واقع عدم قطعیت اندازه‌گیری بيان كمّی اطمینان در مورد نتيجه اندازه‌گيری است. مطابق با استاندارد ISO/IEC 17025، با تعیین این کمیت می‌توانیم از صحت و دقت نتایج اندازه‌گیری‌های انجام شده اطمینان حاصل کنیم. به این ترتیب می‌توان از خطای دستگاه و کارکنان کم کرد و کارایی کار را بالا برد. عدم قطعیت اندازه‌گیری را اغلب در یک محدوده با پارامترهایی غیرمنفی بیان می‌کنند.
بيان عدم قطعيت اندازه‌گيری
ازآنجایی‌که شک و تردید در مورد نتایج اندازه‌گیری همیشه وجود دارد، بیان عدم قطعیت اندازه‌گیری صورت می‌گیرد تا بتوانیم دو مورد زیر را مورد بررسی قرار دهیم:
- محدوده یا فاصله تغییرات
- احتمال یا سطح اطمینان
برای بررسی مورد اول باید به این سؤال پاسخ داد که نتيجه اندازه‌گيری از چه مقدار تا چه مقداری تغيير می‌كند؟ یا حاشيه ترديد چقدر است؟ برای بررسی مورد دوم هم باید بتوانید بگویید تا چه اندازه اطمينان داريد كه مقدار واقعی در محدوده مشخص شده قرار می‌گيرد؟ یا به طور کلی ميزان ترديد چقدر است؟
به طور مثال وقتی گفته می‌شود، طول يك قطعه با سطح اطمينان 95 درصد برابر است با 20 سانتی‌متر به علاوه منهای 1 سانتی‌متر، يعنی 95% اطمينان داريم كه طول اين قطعه بين 19 تا 21 سانتی‌متر است.
تفاوت بين عدم قطعيت و خطا
عدم قطعيت بيان كمی میزان اطمینان نسبت به نتيجه یک اندازه‌گيری است در حالیکه خطا تفاوت بين مقدار اندازه‌گيری شده و «مقدار واقعی» تعریف می‌شود. درواقع میزان خطا را می‌توان با توجه به گواهینامه‌های کالیبراسیون تعیین کرد و به صورت یک تصحیح در نتایج اندازه‌گیری در نظر گرفت اما اگر خطایی مشخص نباشد عامل عدم قطعیت خواهد بود. در حالت کلی 3 نوع خطا را می‌توان تعریف کرد:
- خطای فاحش
خطای فاحش که ناشی از بی‌دقتی یا معیوب بودن تجهیزات است.
- خطای سیستماتیک
درصورتی‌كه عامل ثابتی بر نتايج اندازه‌گيری‌های تكراری، تأثير يكسانی بگذارد.
- خطای تصادفی
درصورتی‌كه با تكرار اندازه‌گيری‌ها، نتايج متفاوتی به صورت تصادفی حاصل شود.
دلایل تعریف عدم قطعيت اندازه‌گيری برای یک سیستم چیست؟
در کل برای اطمینان از نتایج اندازه‌گیری باید این شاخصه را به دست آورد اما اگر اندازه‌گیری‌ها بخشی از موارد زیر باشد تعریف عدم قطعیت اندازه‌گیری ضروری‌تر خواهد بود:
- کالیبراسیون: ذکر مقدار عدم قطعیت اندازه‌گیری در گواهینامه کالیبراسیون الزامی است.
- آزمون: تنها با داشتن عدم قطعیت اندازه‌گیری می‌توان نتایج یک آزمون را رد یا تأیید نمود.
- تلرانس: باید مقدار عدم قطعيت پيش از تصميم‌گيری در مورد اينكه آيا رواداری رعايت شده است يا خير تعیین شود.
دلايل ارزيابی عدم قطعيت در آزمون
- ارزيابی مؤلفه‌های عدم قطعيت به شما نشان خواهد داد که آيا روش اجرايی آزمون چه در مورد تجهيزات مورد استفاده و چه در مورد اندازه‌گيری‌ها و نتايج معتبر است یا نه.
- بيان عدم قطعيت، امكان مقايسه واقعی نتايج حاصل از آزمايش‌های مختلف با یکدیگر يا با مقادير مرجع ارائه‌شده در استانداردها را فراهم می‌آورد.
- عدم قطعيت نتيجه آزمون ممكن است از سوی مشتری هنگام تفسير داده‌ها موردنياز باشد. مثلاً مقايسه نتايج حاصل از دسته‌های مختلف مواد، البته درصورتی‌كه تفاوت‌های مشاهده‌شده صرفاً ناشی از عدم قطعيت نتايج باشد، دال بر تفاوت‌های واقعی مربوط به خواص يا كيفيت نخواهد بود.
- شناسايی مؤلفه‌های عدم قطعيت همچنين جنبه‌هايی از آزمون را مشخص می‌كند كه برای بهبود روش‌های اجرايی بايد مورد توجه قرار گيرند.
- ارزيابی منظم عوامل تعیین‌کننده عدم قطعيت را می‌توان بخش عمده‌ای از صحه‌گذاری روش آزمون تلقی كرد.
چه عواملی سبب ايجاد عدم قطعيت می‌شوند؟
در یک سیستم اغلب موارد زیر منجر به ایجاد عدم قطعیت اندازه‌گیری می‌شوند:
- شرایط محیطی
- فرآيند نمونه‌گيری
- مهارت اپراتور
- عدم قطعيت‌های ادغامی
- فرآيند اندازه‌گيری
- مقوله مورد اندازه‌گيری
- وسيله اندازه‌گيری
چه عواملی باعث عدم قطعيت در آزمون می‌شود؟
در نظر داشته باشید که نحوه انتخاب روش اندازه‌گيری باید به نحوی باشد که عواملی مانند ناپايداری، فرسايش و اختلالات را در نظر گرفت. اما درنهایت عوامل زیر باعث عدم قطعیت در آزمون می‌شود:
- تعريف ناكافی آزمون (الزامات به روشنی مشخص نشده‌اند). مثلاً دمای آزمون صرفاً به صورت «دمای متعارفی» تعريف شده است.
- عدم امكان تحقق روش اجرايی آزمون (حتی با اينكه شرايط آزمون به روشنی تعريف شده‌اند، اما امكان برقراری شرايط لازم وجود ندارد).
- نمونه‌گيری (نمونه انتخاب‌شده، نماينده كاملی نيست).
- دانش ناكافی از اثرات شرايط محيطی بر فرآيند اندازه‌گيری يا اندازه‌گيری ناكافی شرايط محيطی.
- گرايش فردی در خواندن وسايل اندازه‌گيری آنالوگ
- تفكيك‌پذيری وسيله اندازه‌گيری
- عدم قطعيت مربوط به كاليبراسيون وسيله اندازه‌گيری
- تغييرات مشخصه‌ها يا عملكرد وسيله اندازه‌گيری از زمان آخرين كاليبراسيون
- تغييرات مربوط به مشاهدات تكراری انجام‌شده در شرايط ظاهراً يكسان (مثلاً ناشی از انحرافات شرايط محيطی مانند دما، رطوبت، فشار هوا، تغييرپذيری عملكرد آزمونگر و غيره)
شناسایی مؤلفه‌های عدم قطعیت چگونه ممکن است؟
برای تخمین مؤلفه‌های عدم قطعیت ابتدا هر یک از منابع به وجود آورنده این شاخصه را معلوم کرده و سپس سهم هریک را به طور جداگانه در کل مجموعه در نظر می‌گیریم. مشخص نمودن این مؤلفه‌ها با تعیین موارد زیر انجام می‌شود:
- مؤلفه مرجع با توزیع نرمال و بی‌نهایت درجه آزادی
- مؤلفه رانش مرجع با توزیع مستطیل و بی‌نهایت درجه آزادی
- مؤلفه ریزنگری با توزیع مستطیل و بی‌نهایت درجه آزادی
- مؤلفه تکرارپذیری با توزیع نرمال و درجه آزادی n-1
- مؤلفه مرجع با توزیع نرمال و بی‌نهایت درجه آزادی
- مؤلفه رانش مرجع با توزیع مستطیل و بی‌نهایت درجه آزادی
- مؤلفه ریزنگری با توزیع مستطیل و بی‌نهایت درجه آزادی
- مؤلفه تکرارپذیری با توزیع نرمال و درجه آزادی n-1
دقت داشته باشید که هر مؤلفه عدم قطعیت که برحسب انحراف استاندارد بیان شود را عدم قطعیت استاندارد می‌گویند.
عدم قطعیت مرکب استاندارد
عدم قطعیت مرکب از ترکیب مؤلفه‌های مختلف به دست می‌آید. در این ترکیب مجموع توان دوم جملات محاسبه شده و ریشه دوم آنها در نظر گرفته شده که به آن عدم قطعیت مرکب استاندارد گویند.
جايگاه عدم قطعيت در استاندارد ايزو 17025 ويرايش 2005
آنطور که در استاندارد ایزو 17025 ویرایش 2005 مشخص شده، هر آزمایشگاه کالیبراسیون باید روش اجرايی برای برآورد تمامی كاليبراسيون‌ها داشته باشد. در موارد خاصی ماهيت روش آزمون ممكن است مانع از محاسبه دقيق و معتبر عدم قطعيت اندازه‌گيری شود. در اين موارد، آزمايشگاه بايد حداقل تلاش كند كه تمامی مؤلفه‌های عدم قطعيت را شناسايی كند و برآورد معقولی انجام دهد و بايد اطمينان حاصل كند كه شيوه گزارش‌دهی نتيجه، باعث برداشت نادرستی از عدم قطعيت نشود. برآورد معقول بايد بر مبنای دانش به كارگيری روش و دامنه كاربرد اندازه‌گيری باشد و در آن، مثلاً از تجربيات قبلی و داده‌های معتبر استفاده شود. هنگام برآورد عدم قطعيت اندازه‌گيری، تمامی مؤلفه‌های عدم قطعيت كه در شرايط مورد نظر حائز اهميت هستند، بايد با استفاده از روش‌های تحليلی مناسب، منظور شوند.
درنظر گرفتن عدم قطعیت اندازه‌گیری سبب می‌شود تا دقت نتایج بالاتر رفته و در نتیجه کارایی و بهره‌وری بیشتر شود. البته می‌توان با كاليبراسيون وسايل اندازه‌گيری، اِعمال تصحيحات لازم برای جبران خطاها، ايجاد قابليت رديابی در اندازه‌گيری‌ها، انتخاب بهترين وسايل اندازه‌گيری و استفاده از تجهيزات كاليبراسيون با كمترين عدم قطعيت، وارسی اندازه‌گيری‌ها از طريق تكرار آنها يا تغيير روش اندازه‌گيری مقدار عدم قطعیت را هم کاهش داد تا شرایط بهتری را برای نتیجه گیری فراهم نمود.