بازنگری فواصل کالیبراسیون ابزارآلات و تجهیزات اندازه گیری

مقدمه

در مدیریت کیفیت (QA) و مهندسی و تولید صنعتی، بخش کنترل کیفیت، به پیاده سازی روشهایی مشعول است تا کارخانه بتواند به وسیله آن روشها از مرغوبیت و مشتری پسند بودن کالاهای تولیدی خود مطمئن گردد. کنترل کیفیت مجموعه عملیاتی نظیر اندازه گیری یا آزمون است که روی یک کالا انجام می شود تا مشخص شود آیا آن محصول با مشخصات فنی مورد نظر مظابقت دارد یا خیر. عمده بحث کنترل کیفیت مربوط به انجام نمونه گیری از محصولات و انجام بازرسی و آزمایشهای لازم روی همان نمونه هاست. اینجاست که سهم فعالیتهای آزمایشگاهی در تولید محصول با کیفیت هویدا می شود. پرواضح است که هیچ انالیزی صحت و دقت لازم را نخواهد داشت مگر اینکه ابزار و دستگاههای مورد استفاده در آن آنالیز کالیبره باشند. بدین منظور ابزارهای اندازه گیری و تجهیزات ابزار دقیق باید به طور مداوم مورد سرکشی قرار گرفته تا از صحت و دقت مقادیر اندازه گیریف اطمینان حاصل شود. حال این سوال پیش می آید که چه زمانی باید نسبت به کالیبراسیون تجهیز مورد نظر اقدام نمود و کالیبراسیون انجام شده تا چه زمانی دارای اعتبار است، به عبارت دیگر فواصل کالیبراسیونها چگونه تعیین می شود؟ آیا بازه های زمانی همیشه ثابت بوده و یا بسته به شرایط قابل تغییر است؟

سیستم مدیریت اندازه گیری موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران، روشهای بازنگری فواصل زمانی کالیبراسیون را به استاندارد OIML D 10 ارجاع داده است. آنچه در این مقاله می خوانید چکیده ای از بازنگری استاندارد یاد شده است که توسط سازمانهای بین المللی ILAC (International Laboratory Accreditation Cooperation) و OIML (International Organization of Legal Metrology) به طور مشترک منتشر شده است.

یکی از مهمترین تصمیمات در خصوص کالیبراسیون این است که چه موقع کالیبراسیون انجام شود و فواصل بین کالیبراسیونهای متوالی چقدر باشد؟ بازنگری و تعیین فواصل کالیبراسیون بین دو پارامتر توازن برقرار می کند یکی هزینه انجام عملیات کالیبراسیون که کاربر را به سمت بازه زمانی بزرگتر بین کالیبراسیونهای متوالی جهت کاهش هزینه ها سوق می دهد و دیگری ریسک خارج شدن ایزار اندازه گیری از شرایط کالیبره است که مجب تحمیل هزینه هایی به سازمان در اثر اندازه گیری های همراه با خطا می شود.

عوامل موثر در تعیین فواصل کالیبراسیون

فاکتورهای زیادی در تعیین این بازه های زمانی دخیل هستند و بایستی از طرف آزمایشگاهها مورد توجه قرار گیرند از جمله:

• عدم قطعیت اندازه گیری مورد نیاز یا اعلام شده توسط آزمایشگاه
• ریسک خارج شدن وسیله اندازه گیری از محدوده بیشینه خطای مجاز، زمانی که وسیله در حال استفاده است
• هزینه تحمیل شده به سازمان جهت اقدام اصلاحی، زمانی که مشخص شود دستگاه برای مدت زمان طولانی در وضعیت مناسب نبوده است
• نوع ابزار اندازه گیری
• تمایل ابزار به فرسایش و انجراف تدریجی
• توصیه های سازنده
• میزان و تناوب استفاده از ابزار
• شرایط محیطی (شرایط آب و هوایی، ارتعاش، تشعشع یونیزاسیون و …)
• داده های حاصل از کالیبراسیون های قبلی
• سوابق قبلی تعمیر و نگهداری
• تناوب بررسی متقابل با سایر استانداردهای مرجع یا دستگاههای اندازه گیری
• تناوب و کیفیت کنترلهای میانی
• سطح آموزش و تجربه کاربران ابزار اندازه گیری

فرایند تعیین فواصل کالیبراسیون یک فرایند پیچیده ریاضی و آماری است که نیازمند اطلاعات کافی و دقیقی است که در طول فرایند کالیبراسیون جمع آوری شده است. هیچ روش ایده آل تنظیم فواصل کالیبراسیون وجود ندارد که برای طیف وسیعی از ابزارها مناسب باشد. چند روش ساده تر وجود دارد که با انواع مختلفی از ابزارها سازگار است و در این مطلب به آنها اشاره می شود. آزمایشگاهها بایستی روشی را انتخاب و آن را تبدیل به دستورالعمل کنند. داده های کالیبراسیون نیز برای مدت طولانی نگهداری شود تا در آینده برای تعیین فواصل کالیبراسیون ابزار، مورد استفاده قرار گیرند.

انتخاب فواصل اولیه کالیبراسیون

تصمیم در خصوص فواصل کالیبراسیون اولیه بر فاکتورهای زیر استوار است:

• توصیه سازنده
• تناوب و مدت استفاده از ابزار
• اثرات محیطی
• عدم قطعیت مورد نیاز در آزمون
• بیشینه خطای مجاز
• اعمال تنظیمات یا تغییر در تجهیز
• تاثیر کمیت مورد اندازه گیری بر ابزار (به عنوان مثال تاثیر دمای بالا بر ترموکوپل)
• داده های منتشر شده یا به اشتراک گذاشته شده در مورد تجهیز مشابه

تصمیم گیری در این خصوص باید توسط فرد یا افرادی با تجربه کافی در اندازه گیری یا متخصص در زمینه تجهیز مورد کالیبراسیون و ترجیحا با اطلاع از فواصل مورد استفاده در آزمایشگاههای دیگر صورت گیرد. برای اجتناب از آنالیز با دستگاه غیر کالیبره بهتر است فواصل اولیه کوتاه انتخاب شوند و در بازنگری بعدی فواصل کالیبراسیونهای متوالی را افزایش داد.

روشهای بازنگری فواصل کالیبراسیون

هنگامی که برنامه کالیبراسیون برقرار شد تنظیم فواصل کالیبراسیون به منظور برقراری تعادل بین ریسک از کالیبره خارج شدن دستگاه و هزینه کالیبراسیون بایستی انجام شود. به احتمال زیاد فواصل انتخابی اولیه نتیجه مطلوبی را به دلائلی که ذکر می شود به دست نخواهد داد.

• ابزار از آنچه تصور می شود کمتر قابل اعتماد باشد
• میزان استفاده از ابزار به خوبی پیش بینی نشده باشد
• دستگاه به جای کالیبراسیون کامل به کالیبراسیون محدودتری نیاز داشته باشد
• رانش (تغییر آهسته مشخصات مترولوژیکی یک دستگاه یا Drift) به دست آمده از کالیبراسیونهای ثانوی دستگاه یا ابزار نشان دهد که افزایش فواصل کالیبراسیون بدون افزایش ریسک امکان پذیر باشد

می توان از موارد زیر به عنوان پارامترهای انتخاب روش بازنگری فواصل کالیبراسیون از بین روشهای موجود استفاده کرد:

• ابزارها به صورت تکی یا گروهی مورد استفاده قرار می گیرند
• مبنای انقضای زمان کالیبراسیون سپری شدن زمان است یا نحوه عملکرد ابزار
• ابزار اندازه گیری، انواع مختلفی از ناپایداریها را نشان دهد
• نیاز به اعمال تنظیمات و تغییرات روی ابزار
• وضعیت در دسترس بودن سوابق کالیبراسیون

روش اول: تنظیم خودکار یا پله کانی

هر بار که یکی از ابزارهای اندازه گیری طبق روال مشخص کالیبره می شود. در صورتی که (به طور مثال) در محدوده ۸۰ درصد ماکزیمم خطای مجاز برای اندازه گیری قرار گیرد فاصله زمانی بعدی طولانی تر انتخاب می شود و اگر خارج از محدوده مجاز باشد این بازه کوتاهتر خواهد شد. روش پله کانی امکان تنظیم سریع و ساده فواصل زمانی را فراهم می کند.

هنگامی که سوابق کالیبراسیون نگهداری و به کار گرفته می شوند مشکلات احتمالی در مورد گروهی از تجهیزات که نیاز به تعمیر و نگهداری دارند بروز خواهد کرد. یکی از مشکلات سیستمهایی که به صورت انفرادی با تجهیزات سر و کار دارند این است که یکنواخت و متعادل نگه داشتن امور کالیبراسیون مشکل و مستلزم برنامه ریزی پیشرفته خواهد بود.

روش دوم: روش نمودار کنترلی

روش کنترل نموداری یکی از مهمترین ابزارهای کنترل کیفیت آماری Statistical Quality Control (SQC) میباشد و به طور گسترده در مقالات به آن اشاره شده است. در اصل این روش به شرح زیر است:

نقاط کالیبراسیون مهم انتخاب می شوند ونتایج بر حسب زمان روی نمودار قرار می گیرند. از نمودار حاصل دو پارامتر پراکندگی نتایج و رانش محاسبه می شود. میزان رانش بسته به پایداری تجهیز می تواند به صورت میانگین رانش در یک یا چند دوره کالیبراسیون محاسبه شود. با توجه به داده های به دست آمده فاصله بهینه بین دو کالیبراسیون را می توان به دست آورد.

استفاده از این روش با سختیهایی همراه است (در حقیقت برای تجهیزات پیچیده بسیار مشکل است) و در عمل فقط با پردازش نرم افزاری خودکار قابل استفاده است. قبل از شروع محاسبات، آگاهی کافی در مورد ضابطه تغییرپذیری آن تجهیز با تجهیزات مشابه مورد نیاز است. ضمنا در این روش، دستیابی به حجم کاری (workload) متعادل دشوار است.

روش سوم: روش زمان کارکرد

این روش نوعی دگرگونی در روشهای پیشین است و مکمل روشهای پیشین است. روش اصلی بدون تغییر باقی میماند اما به جای بیان تاریخ انقضا، مقدار ساعات در حال استفاده ابزار بیان میشود به عبارتی دیگر این روش در بیان بازه زمانی کالیبراسیون با دیگر روشها تفاوت دارد. در این روش تجهیزات اندازه گیری به یک زمان سنج مجهز می شوند که هنگام استفاده از ابزار فعال خواهد بود و با رسیدن زمان سنج به عددی از پیش تعیین شده موعد کالیبراسیون فرا می رسد. ترموکوپلهایی که با دمای حداکثر کار می کنند، سنجه های بار ساکن برای فشار گازها، تجهیزات اندازه گیری طول یا دستگاههایی که ممکن است از نظر دید پوشیده باشند مثال این دستگاهها هستند. مزیت تئوری و مهم این روش در تعداد کالیبراسیونها است و هزینه کالیبراسیون با طول زمان استفاده از ابزار به طور مستقیم در ارتباط است. این روش دارای معایب زیر است:

• این روش برای تجهیزاتی نظیر تضعیف کننده ها (Attenuators)، مقاومتها، خازنها و … کارایی ندارد
• برای دستگاههایی که دفعات روشن و خاموش شدن یا جابجایی آنها زیاد است یا مستعد انحراف تدریجی یا رانش حتی در صورت عدم استفاده از دستگاه هستند نمی توان از این روش استفاده نمود
• هزینه اولیه تهیه و نصب زمان سنج مناسب بالاست ضمنا احتمال دستکاری زمان سنج را نباید نادیده گرفت
• رسیدن به روال مشخص و منظم برای انجام کالیبراسیونها در این روش نسبت به روشهای قبلی دشوارتر است چون آزمایشگاه کالیبراسیون اطلاع دقیقی از تاریخ انقضای کالیبراسیون تجهیز مورد نظر ندارد

روش چهارم: کنترل در حین کار یا آزمون جعبه سیاه

این روش، تغییر یافته روشهای اول و دوم است و منحصرا برای تجهیزات پیچیده و کنسولهای آزمون مناسب است. پارامترهای بحرانی به وسیله یک ابزار کالیبراسیون مرجع قابل حمل یا توسط یک جعبه سیاه که برای کنترل پارامترهای مشخص ساخته شده است مرتبا چک می شوند (یک بار در روز و یا حتی بیشتر). چنانچه نایج خارج از محدوده مچاز بود تجهیز برای کالیبراسیون کامل به آزمایشگاه کالیبراسیون ارسال می شود.

مزیت عمده این روش فراهم کردن حداکثر قابلیت استفاده کاربر از ابزار و دسترسی به آن است. این روش برای دستگاههایی که دور از آزمایشگاه کالیبراسیون در حال استفاده هستند بسیار مناسب است و کالیبراسیون کامل تنها زمانی انجام خواهد شد که نیاز به انجام آن کاملا احساس شود. البته باید مشکل انتخاب پارامترهای بحرانی مناسب و طراحی جعبه سیاه را در نظر داشت. اپر چه از نظر تئوری این روش بسیار قابل اعتماد است اما ممکن است ابهاماتی نیز داشته باشد. این احتمال وجود دارد که ابزار مورد نظر در برخی پارامترها که توسط جعبه سیاه بررسی نمی شوند با اشکالات و ضعفهایی همراه باشد. احتمال تغییر در مشخصات اجزای جعبه سیاه نیز وجود دارد و لازم است مرتبا جعبه سیاه را نیز کالیبره نمود. این روش برای ابزارآلاتی نظیر دانسیته سنج (نوع رزونانسی)، دماسنج مقاومتی PT (در ترکیب با روش دوم)، دوزیمترها و دستگاههای سنجش شدت صوت مناسب است.

روش پنجم: سایر رویکردهای آماری

روشهای مبتنی بر تجزیه و تحلیل آماری برای یک ابزار منحصر به فرد یا نوعی از ابزارها نیز قابل انجام هستند که در صورت ترکیب با نرم افزارهای مناسب بسیار اثربخش خواهند بود.

وقتی تعداد زیادی از ابزارهای مشابه (گروهی از ابزارها) بایستی کالیبره شوند فواصل کالیبراسیون را می توان به کم روشهای آماری بازنگری کرد. تجهیزات اندازه گیری ابتدا بر مبنای تشابه ساختاری، قابلیت اطمینان و پایداری قابل انتظار گروه بندی می شوند و سپس بر مبنای دیدگاه مهندسی، یک فاصله زمانی تایید به هر گروه اختصاص داده می شود. در هر گروه تعداد ابزارهای اندازه گیری نامنطبق که در فاصله زمانی کالیبراسیون تعیین شده مرجوع می گردند، به عنوان نمونه آماری از تجهیزات آن گروه معرف یک امتیاز منفی برای مدت زمان تعیین شده و اعلانی برای بازنگری فاصله زمانی آن گروه محسوب می شود.

در تعیین تحجیزات نامنطبق اقلامی که به وضوح آسیب دیده، مشکوک یا معیوبند در نظر گرفته نمی شوند، چرا که سبب ایجاد خطاهای اندازه گیری نمی گردند. اگر نسبت اقلام نامنطبق بسیار زیاد باشد، فاصله زمانی باید کاهش یابد. اگر معلوم گردد که زیرگروه خاصی از ابزارهای اندازه گیری (مثلا مربوط به یک سازنده یا یک نوع خاص) وضعیتی مشابه با سایر اقلام آن گروه ندارد. این زیرگروه باید به گروه دیگری که دارای فاصله زمانی متفاوتی است منتقل شود. مدت زمانی که طی آن کارائی وسایل ارزیابی می گردد، باید تا حد امکان کوتاه باشد به طوری که از نظر آماری بتوان به مستندات معقولی از ابزارهای اندازه گیری تایید شده آن گروه دست پیدا کرد. اگر نسبت تجهیزات نامنطبق در یک گروه مشخص بسیار کم تشخیص داده شود، افزایش فاصله زمانی تایید از نظر اقتصادی توجیه پذیر می باشد.

مقایسه روشها

هیچ یک از روشهای ذکر شده برای طیف وسیعی از تجهیزات مناسب نیست. به علاوه باید اشاره کرد که هرکدام از روشها بر اساس استراتژی آزمایشگاه انتخاب می شوند و متناسب با آن شیوه ثبت و نگهداری سوابق تغییر خواهد کرد.