كاليبراسيون و اندازه گیری

قاعده تصمیم و ارزیابی انطباق نتایج اندازه گیری در آزمایشگاه های آزمون ، کالیبراسیون و پزشکی

بخش 4: قواعد تصمیم گیری(2) - قاعده تصمصم مبتنی بر نسبت عدم قطعیت آزمون (TUR)
 

محسن جزمی-شرکت تابان فرتاک، تابستان 1399
هرگونه استفاده از این مقاله ، بصورت کامل یا بخشی ازآن  و به هرشکل بایستی با ذکر منبع و نویسنده آن باشد

درادامه مطالب قبلی درخصوص تشریح   قاعده تصمیم و  ارزیابی انطباق نتایج اندازه گیری در آزمایشگاه های آزمون ، کالیبراسیون و پزشکی  (لینک  های زیر) ، دراین پست به  موضوع "  قواعدتصمیم گیری " پرداخته میشود.

لینک مطلب "تعاریف و الزامات مرتبط بافرآیند ارزیابی انطباق نتایج اندازه گیری  درآزمایشگاه ها" :
http://calibration-info.blogfa.com/post/93
 
لینک مطلب" بازه های رواداری و مفاهیم مناطق رد و پذیرش نتایج " :
http://calibration-info.blogfa.com/post/94

لینک مطلب " قواعد تصمیم گیری(1)-قاعده تصمیم وارزیابی انطباق نتایج اندازه گیری ها در آزمایشگاه ها" :

http://calibration-info.blogfa.com/post/95

در پست قبلی سه قاعده تصمیم زیر که همگی جزو دسته قواعد تصمیم  مبتنی بر رویکرد پذیرش ساده هستند تشریح گردید:

 1-  قاعده تصمیم براساس روش "پذیرش ساده بدون باند محافظ"

2- قاعده تصمیم براساس روش" درستی"

3- قاعده تصمیم براساس روش "عدم قطعیت بیشینه"

در این پست به یکی دیگر ازرویکردهای پذیرش ساده  که مبتنی بر نسبت عدم قطعیت آزمون (TUR) است ،پرداخته خواهد شد.

4- قاعده تصمیم براساس روش " نسبت عدم قطعیت آزمون، TUR "

اندازه گیری برروی قلم تحت آزمون برای برآورد مقدار واقعی خاصیت یا پارامتر مورد نظر ، منجر به نتیجه اندازه گیری می شود.  نتیجه اندازه گیری شامل دو بخش است، بخش اول "بهترین مقدار تخمینی  " از مقدار واقعی اندازه ده و بخش دوم "عدم قطعیت اندازه گیری "مرتبط با آن می باشد که معمولأ بصورت یک بازه پوشش[1] برای اندازه ده  با یک احتمال پوشش (بطور مثال 95%) بیان میشود.

 بسیاری از قواعد تصمیم را هنگامی می توان بکاربرد که خاصیت یا پارامتر مورد نظر نتیجه اندازه گیری به همین صورت دوبخشی ، یعنی بهتربن مقدار تخمینی و بازه پوشش مرتبط با آن خلاصه و ارائه شود. قاعده تصمیم ساده یا دیگر قواعد تصمیم گیری،  بسته به نسبت بازه رواداری و بازه پوشش ، اغلب می توانند  پشتیبان اهداف کیفی اندازه گیری ها و کالیبراسیون هایی باشند که درفرآیند ارزیابی انطباق انجام می شود. بعبارت ساده تر نسبت این دو بازه معیاری از کیفیت اندازه گیری است. از دهه های گذشته ، استفاده از چنین معیاری برای اطمینان به نتایج آزمون یا کالیبراسیون و همچنین کنترل ریسک در اندازه گیری استفاده می شده است . در منابع و مراجع مختلف ، این معیار کیفیت اندازه گیری با عناوین مختلفی بیان شده است:

• نسبت سنجش[2]
• قاعده سنجش سازنده[3]
• نسبت درستی آزمون[4] (TAR)
• نسبت عدم قطعیت آزمون[5] (TUR)
• شاخص توانمندی اندازه گیری[6] (Cm)

اولین بار در 1950 میلادی ، استاندارد نظامی آمریکا در خصوص بازرسی نشانگرها، ابزارهای ویژه و وسایل اندازه گیری  در زمینه طول و ابعاد با شماره MIL-STD-120 با عنوان "بازرسی نشانگر[7] "  منتشر گردید. در این استاندارد اولین بار دو معیار نسبتی برای کیفیت اندازه گیری های ابعادی و کالیبراسیون تجهیزات اندازه گیری مربوطه معرفی شد:

• در حوزه اندازه گیری ، مطابق این استاندارد  هنگامی می توان قطعات را اندازه گیری کرد که ، رواداری های درستی برای تجهیز اندازه گیری، از 10% رواداری های قطعات تحت بررسی تجاوز نکند. این قاعده 10:1 ، معمولأ " قاعده سنجش سازنده" نامیده میشود.
• درحوزه کالیبراسیون تجهیزات اندازه گیری ، مطابق این استاندارد ، درستی استانداردهای اندازه گیری مورد استفاده برای کالیبراسیون نبایستی از 20% رواداری های تجهیزات اندازه گیری تحت کالیبره تجاوزکند (نسبت 5:1) .

در طی سالیان بعد هردو این قواعد دستخوش تغییر شدند و به آنچه امروزه نسبت درستی آزمون (TAR) اطلاق می شود تبدل شدند و الزامات گذشته مانند نسبت 10:1 یا 5:1  جای خود را به نسبت 4:1 یا 25% رواداری  دادند. با طوفانی که در 1990 میلادی با ورود  ارزشیابی عدم قطعیت اندازه گیری در عملیات کالیبراسیون  به پا شد و آزمایشگاه های کالیبراسیون بیشتر و بیشتری شروع به محاسبه و مدون کردن عدم قطعیت اندازه گیری در دو زمینه دامنه تایید صلاحیت و  گواهینامه های کالیبراسیون کردند ،استفاده از نسبت درستی آزمون (TAR) جای خود را به استفاده از  قاعده "نسبت عدم قطعیت آزمون (TUR) داد .

با رشد فن آوری در اواسط قرن بیستم ، نیاز به دقت بیشتر در آزمون وکالیبراسیون منجر به توسعه روش های جدید در تعیین ریسک هایی که مرتبط با تصمیم گیری ها دراندازه گیری هستند، شد . در این دوره زمانی ناسا و صنایع نظامی آمریکا نقش مهمی در این موضوع داشتند ، زیرا به این نتیجه رسیده بودند که اگر داده های حاصل ازاندازه گیری برای تصمیم گیری در زمینه های مختلف استفاده نشوند یا به شکل گیری حقایق و تحقیقات علمی کمک نکنند، دیگر نیازی به اندازه گیری نیست . معیارهای TAR و TUR و روش های ارزیابی ریسک مبتنی برآنها به خصوص ریسک مشتری، در طی بیش از  50 سال بعنوان ابزاری برای کاهش ریسک تصمیم اندازه گیری بکار گرفته شد ، هرچند مشکل  TAR و TUR  ، عدم اتفاق نظر در خصوص نحوه اعمال آنها یا حتی چگونگی تعریف آنها بود . درابتدا یعنی حدود 1950 میلادی ، محاسبه ریسک مشتری کار بسیارپرزحمتی بود و با فرضیاتی خاص برای فرآیند اندازه گیری ، ریسک مشتری در سطح 1% انتخاب شد که هماهنگ با آن،  TAR به نسبت  3 به 1 محاسبه شد. بعدها با دخیل کردن موضوع عدم قطعیت اندازه گیری ، این نسبت به 4 به1 تغییر کرد.

تعاریف مختلفی برای TAR و TUR در متون، مقالات و مدارک طی سالیان متمادی ارائه شده است ولی هرگز یک استاندارد توافق شده  که یک تعریف یکسان ارائه کند و نحوه اعمال آن در قاعده تصمیم اندازه گیری را مشخص کند وجود نداشته است . معمولأ این دو معیار تعریفی متفاوت در دو زمینه کاری یعنی  اندازه گیری مشخصات یک قلم  و کالیبراسیون  دارند . برخی از این تعاریف بشرح زیر هستند:

• تعریف انجمن آمریکایی برای کیفیت(ASQ)[8] از TAR و TUR در زمینه کالیبراسیون که در سال 2004 میلادی در مدرکی با عنوان "کتاب راهنمای اندازه شناسی[9] “ منتشر شده است، عبارتست از:

• نسبت درستی آزمون (TAR) : در روش اجرایی کالیبراسیون ، نسبت درستی آزمون (TAR) برابر با نسبت رواداری درستی قلم تحت کالیبراسیون به رواداری درستی استاندارد کالیبراسیون مورد استفاده است.

• نسبت عدم قطعیت آزمون (TUR) : در روش اجرایی کالیبراسیون ، نسبت عدم قطعیت آزمون (TUR) برابر با نسبت رواداری درستی قلم تحت کالیبراسیون به عدم قطعیت وسیله  استاندارد کالیبراسیون مورد استفاده است.

• در 2006 میلادی، بخش برنامه شاتل فضایی ناسا در مدرکی با عنوان" ایمنی ، قابلیت اطمینان، تعمیر پذیری و سازوکارهای کیفی برای برنامه شاتل فضایی" ، علیرغم اینکه  تعریف مستقیمی از TUR ارائه نداد ولی الزامات نسبتی ، دردو زمینه اندازه گیری و کالیبراسیون  به شرح زیر ارائه کرد:
  • فرآیندهای اندازه گیری مواد یا اشیا : عدم قطعیت گسترده در فرآیند اندازه گیری هر شی یا ماده ای  نبایستی از 10 درصد رواداری مشخصه آن شی یا ماده تحت اندازه گیری تجاوز کند.
  • فرآیند های کالیبراسیون : عدم قطعیت گسترده در هر فرآیند کالیبراسیونی نبایستی از 25 درصد رواداری مشخصه آن شی یا ماده تحت اندازه گیری تجاوز کند.

نکته: برآورد عدم قطعیت گسترده مطابق آنچه در GUM تعریف شده انجام می شود.

• استاندارد آمریکایی ANSI/NCSL Z540.1-1995 که استاندارد ماقبل و جد استاندارد جدید Z540.3-2006 می باشد ، TAR و TUR را جایگزین یکدیگر می داند و TAR را در 1995 میلادی  بصورت زیر تعریف می کند:
  • بعنوان جایگزینی پیش فرض برای انجام تحلیل عدم قطعیت ، آزمایشگاه می تواند به نسبت درستی آزمون (TAR) ، 4 به 1 (4:1) استناد کند. TAR 4:1 به این معنی است که رواداری پارامتر (مشخصات) ی که مورد آزمون قرار می گیرد مساوی یا بزرگتر از 4 برابر ترکیب عدم قطعیت تمامی استانداردهای اندازه گیری بکارگرفته در آزمون است.

بطور کلی در شرایط یکسان  TAR بزرگتر از TUR می باشد ،زیرا عدم قطعیت اندازه گیری در TUR شامل همه منابع تغییر و نه فقط درستی مشخص شده استاندارد (های) اندازه گیری است.

• استاندارد آمریکایی ANSI/NCSL Z540.3-2006 در سال 2006 میلادی ، تعریف شفاف و صریحی از TUR ارائه می کند و هیچگونه اشاره ای نیز به TAR نمی کند:
  • نسبت عدم قطعیت آزمون (TUR) : نسبت پهنه[10] رواداری کمیت اندازه گیری که موضوع کالیبراسیون است ، به دو برابر عدم قطعیت گسترده 95% فرآیند اندازه گیری مورد استفاده برای کالیبراسیون  .

نکته: این(تعریف) برای رواداری های دو طرفه کاربرد دارد

دو تفاوت کلیدی بین تعریف ارائه شده برای TUR ، در استاندارد Z540.3 و تعاریف ارائه شده در استانداردها و تعاریف ماقبل آن  وجود دارد :

1. مخرج کسر TUR در تعاریف قبلی خیلی خوب تعریف نشده بودند و منجر به تناقض در کاربرد می شدند
2. مخرج کسر TUR در  Z540.3 به روشنی تعریف شده است و یکنواختی بهتری در کاربرد TUR ایجاد می کند

تعریف ارائه شده توسط انجمن آمریکایی برای کیفیت(ASQ) برای TAR ، بدلیل سادگی در پیاده سازی ،یکی از متداولترین معیارها در اعمال قواعد تصمیم اندازه گیری و ارزشیابی ریسک آن میباشد . تعیین این معیار می تواند قبل از انجام اندازه گیری یا کالیبراسیون انجام شود و نیازی به ارزشیابی عدم قطعیت اندازه گیری که همیشه پس از پایان اندازه گیری (ونه قبل از شروع ) قابل محاسبه است ندارد. از این معیار در آزمایشگاه ها و سایر کاربردها بسیار استفاده می شود و آن را می توان در بسیاری مقالات ، راهنماهای آموزشی برای کالیبراسیون و بازرسی کیفیت پیدا کرد.

بایستی توجه داشت که تعریف ASQ از TUR با آنچه در Z540.3 و حتی ماقبل آن Z540.1 همخوانی ندارد و می تواند منجر به اشتباه در ارزشیابی ریسک تصمیم اندازه گیری شود. لذا توصیه می شود TUR براساس تعریف Z540.3 که تعریف شفاف، منطقی و جامعی است محاسبه شود. همچنین این تعریف با تعریف ارائه شده توسط ILAC در 2019 میلادی در مدرک با عنوان "رهنمودهایی برای قاعده تصمیم و بیانیه انطباق" ( ILAC-G8:09) تطابق دارد .

هردو معیار TAR و TUR می توانند در موضوع اندازه گیری مفید باشند. بطور مثال از TUR علاوه برارزیابی ریسک تصمیم،  می توان برای انتخاب تامین کنندگان مناسب برای خدمات کالیبراسیون استفاده کرد ، چونکه طبق استاندارد بین المللی ISO/IEC 17025 ،  ارزشیابی و گزارش عدم قطعیت اندازه گیری برای تمامی آزمایشگاه ها الزام آور است  و عدم قطعیت آزمایشگاه تامین کننده خدمات کالیبراسیون در این خصوص تاثیر مستقیم دارد. همچنین بطور مثال TAR می تواند در انتخاب وسایل اندازه گیری برای آزمون ، کالیبراسیون یا بازرسی بسیار مفید واقع شود.

از خاطر نیز نباید برد که معیار TUR و به طبع آن رویکردهای ارزشیابی ریسک مبتنی بر آن دارای محدودیت هایی شامل موارد زیر هستند:

• الزام به رواداری دوطرفه با حد بالا و پایین ) دارد و برای فرآیندهای اندازه گیری با رواداری یکطرفه کاربردی ندارد
• بطور کلی ابزاری ناپخته برای کنترل ریسک است و نمی تواند ریسک ها را در سطح مشخصی کنترل کند
• برخی مواقع ابزاری زاید نیز میباشد، بطور مثال وقتی قبل از اندازه گیری اطلاعات کافی درمورد اینکه خصوصیت مورد نظر قلم تحت آزمون متعلق به یک سازنده خاص یا مدل خاص وسیله اندازه گیری دربازه رواداری تعیین  شده و منطبق با مشخصات می باشد در دسترس باشد ، صرف نظر از مقدار TUR ، مقدار ریسک پذیرش اشتباه  آن صفر است ، درحالیکه TUR آن ممکن است کمتر از 4 باشد . بهمین دلیل ااگر محاسبه ریسک پذیرش اشتباه قلم تحت آزمون عملی نباشد، بطور معمول توصیه می شود از معیار TUR که باید بزرگتر یا مساوی 4  باشد  استفاده شود.

 یکی دیگر از معیارهایی که کیفیت اندازه گیری نسبت به الزام تعیین شده بوسیله رواداری را مشخص می کند " شاخص توانمندی اندازه گیری (Cm)" نام دارد . این معیار در سال 2012 میلادی دراستاندارد بین المللی ISO/IEC 98-4 (JCGM 106) با موضوع " نقش عدم قطعیت اندازه گیری درارزیابی انطباق "میلادی معرفی گردید .

برای تعریف و تعیین رابطه این شاخص ، در نظر بگیرید ازطریق یک فرآیند اندازه گیری،  بهترین مقدار تخمینی خاصیت یا پارامتر مورد نظر UUT و عدم قطعیت استاندارد آن بدست می آید و بافرض توزیع نرمال ، بهترین مقدار تخمینی با ym و عدم قطعیت استاندارد (ترکیبی) آن  با uC  و عدم قطعیت گسترده بازای احتمال پوشش 95% (2=K ) با U95% نمایش داده می شود . با این فرضیات،  "شاخص توانمندی اندازه گیری" بصورت زیر تعریف می شود:

ضریب 4 در مخرج کسر یک ضریب انتخابی است که با توجه به  استفاده گسترده از بازه پوشش (ym-2uC  ,   ym 2uC)  در گزارش دهی نتیجه اندازه گیری این انتخاب انجام می شود، زیرا معمولأ نتیجه اندازه گیری  با فرض توزیع آماری نرمال با احتمال پوشش 95% تعیین و گزارش می شود.

نکته: همانطور که مشخص است Cm  و TUR طبق آنچه در استاندارد آمریکایی ANSI/NCSL Z540.3-2006 تعریف شده است یکسان هستند.

نکته: در کالیبراسیون یا تصدیق دستگاه های اندازه گیری ، اغلب الزام مشخص شده  بجای بیان مستقیم حدود رواداری یا بازه رواداری  برحسب "بیشینه خطای مجاز[11] (MPE) " یا حد بالا و پایین مشخص شده برای خطا (Emin ,Emax) بیان می شود.

در انتها برای درک بهتر قاعده 4:1 یا درحالت کلی N:1 ، ابتدا به تعریف قاعده تصمیم N:1 و سپس به شکل زیرکه مفهوم این قاعده را برای نسبت4:1  نمایش می دهد توجه نمایید:

• قاعده تصمیم  N:1 - ASME B89.7.3.1-Clause 2-2001

 وضعیتی که عرض منطقه مشخصات (بازه رواداری) حداقل N برابر بزرگتر از بازه عدم قطعیت برای نتیجه اندازه گیری است

 قاعده تصمیم N:1 (در این شکل 4=N درنظر گرفته شده است)

به دلیل طولانی شدن مطالب این پست، قواعد تصمیم مبتنیبررویکرد باند محافظ ( پذیرش و رد حفاظت شده)  در پست بعدی تشریح خواهند شد.

نکته: خواننده در صورت علاقه و کسب اطلاعات بیشتر برای موارد فوق  و همچنین مثال های عملی در خصوص قواعد تصمیم می تواند به مدرک منتشره شرکت تابان فرتاک که در قسمت مرجع این پست اشاره شده مراجعه نماید.
 
مرجع : قاعده تصمیم و ارزیابی ریسک در نتایج آزمایشگاه های آزمون و کالیبراسیون ( منطبق باالزامات استاندارد ملی و بین المللی ISO/IEC 17025:2017)

محسن جزمی ، شرکت تابان فرتاک –بهار 1399
 هرگونه استفاده از این مقاله ، بصورت کامل یا بخشی ازآن  و به هرشکل بایستی با ذکر منبع و نویسنده آن باشد

[1] Coverage Interval

[2] Gauging Ratio

[3] Gauge Maker’s Ratio

[4] Test Accuracy Ratio

[5] Test Uncertainty Ratio

[6] Measurement Capability Index

[7] Gage Inspection

[8] American Society for Quality

[9] The Metrology Handbook

[10] Span

[11] Maximum Permissible Error