VERİFİKASYON KRİTERLERİ ve UYGUNLUK

İhsan Akyüz Metroloji Okulu

Bir mamülün imalat veya testini yapmak üzere kurulan sistemdeki ölçü aletlerini, kalibrasyon sonrası kullanıma uygun bulmak (onaylamak) için hata payı limitlerine (verifikasyon kriterleri) gereksinim vardır. Zira cihazların hatası kalibrasyonda bulunur ama bu hatalarla cihazı kabul edip etmemek kalite güvence sistemlerinin hayati sorunlarından biridir. Bu limitlerin ortaya çıkması için, en başta mamul ve proseslerin spesifikasyonu olması gerekir. Ama tersten giderek, kalibrasyon sertifikası mevcut bir cihazın sertifikasındaki verileri ile (cihazın hataları ve kalibrasyon laboratuvarının en iyi ölçme yeteneği), kullanımdaki ölçüm belirsizliklerini dikkate alarak, proses / mamul toleransını kestirmeye yönelik bir çalışma da aşağıdaki açıklamalar doğrultusunda yapılabilir (ne var ki KALİTE SİSTEMLERİ'nin amacı "HEDEFLENEN KALİTE" nin sağlanmasını bir sisteme bağlamak olduğundan, mamulün ve dolayısıyla onun ortaya çıkmasını sağlayan imalat proseslerinin toleransları baştan konmuyorsa,hedeflenen bir kaliteden söz etmek, en azından bir ifade hatasıdır). En basitinden "bizim imalatımız olan (örneğin) kapı zili, A ± a Volt ile beslendiğinde, B ± b Hz ana frekansında, C ± c dB(A) ses düzeyinde ses çıkarır ve bu sırada D ± d Amperlik bir akım çeker" gibi. Bunun diğer bir şekli; belki spektler şöyle yazılmış olabilir; "biz xxxx standardına uygun kapı zili imal ediyoruz". İşte o zaman da gerekli mamul toleransları mutlaka ilgili xxxx standardında olmalıdır.

Ölçme ekipmanından beklenenler, ISO 10012/1 "Ölçme Ekipmanı için Kalite Güvencesi Gereklilikleri" standardının 4.2 bölümünde şöyle ifade edilmiştir: "Ölçü aletleri amaçlanan kullanımına uygun metrolojik özelliklere -doğruluk, kararlılık, ölçme aralığı, taksimat gibi- sahip olmalıdır. Metrolojik özellikler seti bir (cihaz) verifikasyon sisteminin hayati parçasıdır. Prosedürlerde bu gereklilikler için kaynak olarak imalatçı yayınları, kural ve yönetmelikler vb. alınabilir. Kaynaklar yeterli olmadığında, kullanıcı bizzat gereklilikleri (cihaz spesifikasyonlarını) kendi belirlemelidir." Keza ILAC -Uluslararası Laboratuvar Akreditasyonu- kuruluşunun G5 kodlu "Test ve Ölçme Ekipmanının Bakım ve Kalibrasyonu için Kılavuz"unda da 1.15 kısmında "verifikasyon" tanımı yapılırken şöyle bir not düşülmüştür: "Ölçme ekipmanı yönetimiyle bağlantılı olarak, verifikasyon, ölçeklerin bilinen değerleriyle ölçü aletinin gösterdiği değerler arasındaki sapmaların, izin verilen max. hatadan her zaman küçük kaldığı anlamına gelir. İzin verilen max. hata, bir standart, yönetmelik veya özgün (ölçü aleti yönetimi kaynaklı) spesifikasyonda tanımlanır". Daha genel bir ifade ile verifikasyonu şöyle tanımlayabiliriz : "Belli bir kriter (veya kriterler grubu) esas alınarak ölçü aletinin mevcut durumuna göre (çoğunlukla kalibrasyon sonrası) uygunluğuna karar verilmesi. Peki bu kriter veya kriterler grubu nasıl bulunacak. Yukarıda da söylediğimiz gibi bunun en önemli şartı "Proses / mamul toleransları" nın ortaya konması.

Doğru ölçü aleti yönetimi için elimizde olması gereken bilgileri sıralarsak :

1. Hedeflenen kalite için mamul / proses toleransları
2. Ölçü aleti imalatçısının verdiği ölçme doğruluğu - hata payları (Ölçü aleti spesifikasyonları)
3. Ölçüm (ölçü aleti kullanımındaki) belirsizliği (ölçü aleti spesifikasyonları, çevre şartları, operatör yetenek ve tecrübesi, işlem tekrarlanabilirliği ve kararlılığının ölçme doğruluğuna etkileri dahil)
4. Ölçü aletinin -ideale yakın kullanımı halinde- yaptığı ölçümlerdeki sapmalar (Kalibrasyon)
5. Kalibrasyon belirsizliği veya kalibrasyon yapanın en iyi ölçme yeteneği (ikincisi; kalibrasyona dair faktörlerin -kalibre edilen cihazın kendisi dışında- ideale ne kadar yakın olduğunun teknik ifadesidir)

Bunlar arasındaki ilişki ise biraz karmaşık olmakla birlikte şöyle özetlenebilir :

En başta 3. madde, 1. maddeden kat kat küçük olmalıdır; çünkü ana hedef, proses veya mamulün istenen toleranslar içinde kalması. Burada vurgulanması gereken tamamlayıcı nokta, 3. maddenin hesabında 2. maddenin dikkate alınması gereği, yani 3.madde aslında 2'yi içerir. (Diyelim ki mamülümüz 100 ± 1.5 mm boyunda olmalı, onu ölçtüğümüzde 99 mm buluyorsak mamul uygun gibi gözüküyor. Ama ölçü aleti 1 mm fazla gösteriyorsa, demek ki mamul aslında 98 mm boyunda. O zaman, mamul toleransın dışında olduğu halde ölçü aleti hatası yüzünden uygun olarak değerlendirilebilir.) 4. madde ise 2. maddenin (periyodik) kontrolü rolünü üstlenir. Bu rolün hakkıyla üstlenilebilmesi için de 5. madde, 2. maddeden kat kat küçük olmalıdır. Öyleyse madem 4. madde 2. maddenin kontrolü yerine geçiyor ve bu kontrolün de yapılması (hem de periyodik olarak) zorunlu, bu durumda 2. maddeyi kullanmadan da verifikasyon kriterlerimizi belirleyebiliriz (nitekim zaten ölçü aletinin imalat spesifikasyonları çoğu zaman kaybolduğu gibi, cihazların eskimesi sürecinde de geçerliliklerini yitirebilirler). Bu durumda ilişkiyi "Hem 3. madde, 1. maddeden kat kat küçük olmalı, hem de 4 ve 5. maddeler (ya da toplamları) 3. maddenin hesabında dikkate alınmalı" şekline indirgeyebiliriz (4 ve 5. maddelerin her ikisi de kalibrasyon sertifikalarında belirtilir).

Sonuç olarak kullanıcının verifikasyon kriterlerini belirlemesi için proses/mamul toleranslarını saptamasının yanında, 3. maddeyi de (ölçü aleti kullanımındaki ölçüm belirsizliği) araştırıp sonuçlandırması gerekiyor. Sıra geliyor 3. maddenin, 1. maddeden KAÇ kat küçük olması gerektiğine? Genel fikirbirliği en az 3 kat olması yönünde. ISO-10012/1'de bu rakam veriliyorsa da, yukarıdaki alıntılarda da vurgulandığı gibi literatürde çoğunlukla "yeteri kadar" anlamına gelecek cümleler mevcut. Bu konuda genel "Tavsiye" ise 10 kat olması.

Şüphesiz ki cihazların hatasız olması istenir. Ne var ki bu mümkün olmadığı gibi, ölçümün doğruluğu için tek başına yeterli de değil. Peki en azından taksimatları oranında hatasız olamazlar mı? Aslında olabilirler ve çoğu zaman sınıflandırma hata payları (ölçü aletlerinin, -varsa- kendileriyle ilgili standartta belirtilen bir sınıfa uygun imal edilmiş olduğu durumlarda geçerlidir), zaten taksimatla da ilişkilendirilmiştir. Ancak belirtelim ki, ölçü aleti standartlarında yeralan sınıflandırma hata payları ile, işletmenin kendi yönetim sistemindeki verifikasyon hata payları aynı olmak zorunda değildir.

Mamul tolerans bölgesini bir daireye, ölçü aletinin gösterdiği değerleri de noktalara benzetirsek, bütün noktalar dairenin içinde kalmalı. Diğer yandan, ancak ölçümümüzün hatasız olduğundan eminsek, ölçtüğümüz değeri bir noktaya benzetebiliriz. O zaman da dairenin tam sınır çizgisinin üstüne bir nokta düştüğünde "tam sınırda ve kabul" diyebiliriz. Ama ölçümdeki yanılabilme payı (ölçüm belirsizliği) arttıkça, ölçülen değer şişmanlayan bir nokta olacaktır. Bu şişman nokta tam sınır çizgisinin üstüne düştüğünde, yarısı dairenin içinde yarısı dışında kalacaktır. Hatta iyiden iyiye şişmanlamış noktaların merkezi, dahi tolerans dairesinin dışında kalabilir. Demek ki noktanın şişmanlığına bir sınır koyabilmeliyiz.

Kontrollü şartlarda (örneğin kalibrasyon ortamında) hatasız olan bir cihazın, işletmedeki kullanımını da hatasız kabul etmek, hem kalibrasyondaki belirsizliği (madde 5) hem de işletme şartlarındaki kullanıma ilişkin belirsizlikleri (madde 3) ihmal etmek anlamına gelir ki, bu karara ancak araştırma ve sağlam dayanaklarla varılabilir. Örneğin kalibrasyon sertifikasında hatasız görünen bir terazi ile, titreşim ve hava akımı olan bir ortamda da hatasız bir tartım yapılacağı sonucuna, titreşim ve hava akımındaki hangi şiddetlerin - istikametlerin söz konusu cihaza hangi düzey ve şekilde etki yaptığı araştırılmadan gelinemez. Dolayısıyla da kullanımda (ortam, yerleştirme, operatör vb. dahil) nelerin, ne kadar hataya yol açabileceği ölçü belirsizliği bünyesinde araştırılmalı. Burada amaç, yukarıdaki benzetmede yeralan noktanın şişmanlığına sınır koymak. Diyoruz ki ; nokta ne kadar büyürse büyüsün, içinde kalması gereken dairenin çapının üçte birinden daha küçük kalsın. Ama onda biri tabii ki daha iyi, yüzde biri daha da iyi .... sonu yok.

Bu aşamada "red/kabul kriterlerini" de "cihaz kullanıcısının, mamul ve proseslerinde gözönüne aldığı toleranslardan yola çıkarak belirlediği ve ölçü aletinden alınan değerlere atfettiği maksimum hata payları" olarak tanımlayarak ekliyoruz "bu hata payları, kullanıcının ihtiyacına göre söz konusu ölçü aleti veya test ile ilgili bir şartname, norm, tavsiye veya yönetmelikten direkt olarak da alınabilir". Ancak böyle olsa dahi, ölçüm belirsizliği kapsamında sadece "cihaz hata payı" faktörü saptanmış olacaktır, diğer faktörlerin de saptanması gerekliliği ortadan kalkmıyor.

1/3 oranını sınır olarak ifade ederken ölçmede alınan değer bu sınırın kenarına dayansa bile, mamul tolerans dairesinin dışına taşma ihtimaline (miktarına) daire çapının 1/3'ü büyüklüğünde bir sınır koymuş oluyoruz. Zira bu oran; istatistiksel standart sapmayla kuvvetli çağrışımlar yapan bir oran. Bilindiği gibi, istatistiksel standard sapma, Gauss çan eğrisi altında kalan alanın yaklaşık üçte ikisini kapsayacak şekilde tanımlanmıştır. Dolayısıyla da bir ölçümün sonucunu istatistiksel ortalama ve deneysel standart sapmayı kullanarak x ± ? diye ifade ettiğimizde, doğru değerin bu aralık içinde kalması ihtimali yaklaşık 2/3 (%68), dışında olma ihtimali de yaklaşık 1/3' tür.

Bazı etalonaj sınıflandırmalarındaki hata payları da en az bu oranı kullanır. (Örneğin ağırlık etalonlarında bir alt sınıfı - diyelim M2- kontrol etme amacıyla kullanılabilecek bir üst sınıf - M1 etalon hata payları arasındaki oran 1/3' tür.) Keza Alman Kalibrasyon Servisi' nin DKD4 "Ulusal Normaller Üzerinden İzlenebilirlik" yayınında da, bir ölçü aletini kalibre etmek için onun hata payından en az 3 kat daha küçük ölçüm belirsizliğine gerek olduğu ifade edilmiştir (Buradaki ölçüm belirsizliği cihazın kullanımındaki -madde 3- değil, kalibrasyonundaki -madde 5- belirsizliktir. Bu ayrıntı, dipnotta ve sonraki konularda vurgulanıyor). Bu durumda önemli bir çıkarım daha yapabiliriz; cihaz hatasız da olsa, verifikasyon limiti, kalibrasyon belirsizliğinin (sertifikada verilen) 3 katından daha küçük alınmamalıdır.

Şimdi örneğimizi kullanıcı açısından detaylandıralım: Mamulümüzün boyunun 100 ± 1,5 mm olduğunu düşünelim. Bu durumda P_nom = 100 mm, P_tol = ± 1,5 mm olur. Yukarıdaki açıklamalarımıza göre mamülün boy ölçümündeki toplam belirsizlik P_tol /3 = ± 0,5 mm.yi geçmemelidir. Bu belirsizlik, hem cihaz (diyelim kumpas), hem ortam, hem operatör, hem de varsa diğer tüm faktörleri kapsamalı. Bu aşamada aynı kumpas fakat değişik oparatörlerle, ortamın değişik koşullarında (sıcak olduğunda, soğuk olduğunda, aydınlık olduğunda, karanlık olduğunda, vb) defalarca aynı mamül ölçülerek istatistiksel bir çalışma yapılabilir. Diyelim verilerde ± 0,2 mm miktarında oynamalar saptadık. Toplam belirsizlik bütçemiz ± 0,5 mm idi, bir kısmını (±0,2 mm) harcamış olduk. İşte artık kalanı ölçü aletine atfedebiliriz. Yani kumpasımız ± 0,3 mm'ye kadar hata yaparsa kabul edebiliriz. Öyleyse bu kumpasın verifikasyon kriteri (ölçü aleti hata payı) e = ± 0,3 mm. olabilir (bu kumpas başka işler ve yerlerde de kullanılıyorsa, toleransı en küçük olan proses dikkate alınmalıdır). Aslında artık bir yükümlülüğümüz daha var. Bu kumpası kalibrasyona gönderirken, kalibrasyondaki belirsizliğin, bizim hedeflediğimiz hata payından bir kaç kat (yine en az 3) daha küçük olduğunu da önceden garantiye almalıyız. Örneğimiz için kalibrasyonu yapan laboratuvardan bekleyeceğimiz en iyi ölçme yeteneği U = e/3 = ± 0,3/3 = ± 0,1 mm.den küçük olmalıdır. Yani sonradan kalibrasyon sertifikasını incelediğimizde; sadece kumpasın hataları değil, bu hatalar kalibrasyon yapanın deklare ettiği belirsizlik ile toplandığında ± 0,3 mm.nin altında kalmalıdır.

Kısacası kalibrasyon hizmeti satın alınırken de, teknik özellikleri BAŞTAN YAZILI OLARAK öğrenip uygunsa satın alınmalıdır (bu özellikler en başta çalışma aralığı ve kalibrasyoncunun en iyi ölçme yeteneğidir).