|
Nejistoty měření a současná legislativa
Pro postupy měření, jak se s nimi lze setkat v technické praxi, platí v návaznosti na pojem nejistoty měření několik nových předpisů. Článek upozorňuje na některé závaznější z nich, popř. na jejich dopady na obory technické diagnostiky, které jsou na měřicí technice silně závislé. Volně tak navazuje na již dříve zveřejněný cyklus článků na téma nejistot měření.
Vstup do EU katalyzátorem vývoje
Před asi třemi lety byl v tomto časopise publikován cyklus článků o nejistotách měření [2]. Od té doby se leccos změnilo. Jednak samotné nejistoty měření (dále také jen nejistoty) na jisté úrovni již vešly do povědomí většiny technické veřejnosti, jednak se objevilo mnoho nových předpisů, které se na nejistoty odvolávají nebo jejich uvádění přímo vyžadují. K poměrně prudkému nárůstu významu těchto předpisů jistě přispěla i harmonizace technické legislativy v souvislosti se vstupem našeho státu do Evropské unie.
Novinky v legislativě spojené s nejistotami měření lze rozdělit např. podle toho, zda se bezprostředně týkají metrologie a měření, či se svými dopady projevují zprostředkovaně v návazných oborech. Takovým typickým oborem, kde je možné sledovat zprostředkovaný dopad orientace na nejistoty měření, je např. technická diagnostika – obor, který je s měřením velmi úzce spjat a je na kvalitě výsledků měření zcela závislý. Podobně silně závislé na měření jsou i jiné obory, jako je automatické řízení (automatizace a regulace), ale zde lze zatím odvozovat použití pojmu nejistoty měření pouze z dopadů metrologických předpisů, zatímco diagnostika je vyžaduje již i svými specializovanými předpisy.
Některé novinky legislativy v oboru měřicí techniky
Samotné nejistoty měření jako míra jeho neurčitosti dnes již nejsou nijak výraznou novinkou. Závazně je zavedla směrnice o vyjadřování nejistoty při měření v roce 1993 (s aktualizací v roce 1995 [9]), takže je po asi dvanácti letech za novinku jistě považovat nelze. I přesto zdomácněly pouze ve vrcholové metrologii a některých významnějších aplikacích oboru měření a měřicí techniky. Mnoho oborů, či spíše uživatelů, se jim zatím vyhýbá a brání.
Nejistota měření je parametr, který bezprostředně souvisí s výsledkem měření a charakterizuje rozptyl hodnot, které lze naměřené hodnotě přiřadit. Jinými slovy, je to interval, ve kterém se mohou vyskytovat všechny očekávané výsledky našeho měření, a jeho stanovení (stanovení šířky tohoto intervalu) je velmi úzce svázáno s teorií pravděpodobnosti – souvisí s tím, jaká spolehlivost je od výsledku měření vyžadována. Podrobněji je celá metodika analýzy a vyjadřování nejistot přiblížena v již vzpomenutém cyklu článků [2].
V současné době platný zákon o metrologii 505/90 Sb. ve znění zákona 119/2000 Sb. a následných úprav zákony 137/2002 Sb. a 226/2003 Sb., stejně jako jeho novela, která již existuje v paragrafované verzi, ve svém základním textu exaktně neuvádí ani nedefinuje nejistoty měření či jejich bezprostřední použití. To vyplývá až z následných prováděcích vyhlášek a celé řady harmonizovaných předpisů. Zvláštní důraz na používání nejistot je vedle vrcholové metrologie kladen také v oborech měření svázaných s bezpečností a ochranou zdraví při práci (BOZP), s parametry bezprostředně ovlivňujícími životní a pracovní prostředí atd. Dále je tomu tak také v případech, kdy měření vykonává akreditovaná laboratoř.
Podporu má nová metodika v dokumentech, jako jsou normy ČSN EN ISO/IEC 17 025:2001, ČSN EN ISO/IEC 10012:2003, EAL – G23, EA 4/02 atd. Za velmi významné je možné považovat zejména první dvě zmíněné normy. Novinkou v jistém slova smyslu je norma ČSN EN ISO/IEC 10012:2003 Systémy managementu měření [5]. Norma závazně platí od konce roku 2003 také v naší republice, velmi striktně vyžaduje používání pojmu nejistot měření a důsledně se zabývá i oblastmi správy jednotlivých prvků (zdrojů) umožňujících realizovat proces měření. Přesně stanovuje podíl a úlohu jednotlivých zdrojů v celém systému řízení měření, které dělí na:
- lidské zdroje,
- informační zdroje,
- materiálové zdroje,
- externí dodavatele.
Zcela jednoznačně již ve svém úvodu specifikuje, že se na ni mohou (a mají) odkazovat:
- zákazník při specifikování požadovaných produktů,
- dodavatel při specifikování nabízených produktů,
- legislativní nebo zákonodárné orgány,
- posuzovatelé a auditoři systémů řízení měření.
Mnohé z formulací této nové normy je možné v jistém úhlu pohledu považovat za přísnější a důslednější, než tomu bylo u její dvoudílné předchůdkyně, o kterou se opíral i článek [3], navazující na zmiňovaný cyklus o nejistotách měření. Samotná podstata a metody technické stránky řízení procesů měření v něm popsané však zůstávají platné.
Z normy ČSN EN ISO/IEC 17 025:2001 Všeobecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří [6], platné pro akreditované laboratoře a pracoviště, obdobně vyplývá, že vyjadřovat neurčitost výsledků měření prostřednictvím nejistot je nutné. Mnoho laboratoří orientovaných nejen na kalibrace a jiné metrologické úkony, ale i diagnostických pracovišť mezi akreditované patří. Norma [6] mj. požaduje:
povinně uvádět nejistoty u všech výsledků činnosti laboratoře; nejistoty musí být obsaženy ve veškerých dokumentech vydávaných pracovištěm, jako jsou kalibrační listy apod.,
laboratoř musí mít dokonale zpracované metodiky analýzy všech složek nejistot, které se mohou rozhodujícím způsobem podílet na výsledku měření,
laboratoř musí určit stupeň přesnosti a metody odhadu nejistot,
nejistotu je třeba uvádět u veškerých číselných výsledků zkoušek, testů atd. kvantitativního charakteru,
nejistota nemusí být uváděna u výsledků testů, které nemají číselný charakter, tj. např. konstatování vyhovuje/nevyhovuje a obdobné výroky kvalitativního charakteru.
Postupem doby a po hlubším proniknutí do celé problematiky odborníci docházejí k poznání, že při jakémkoliv měření je vhodné uvažovat jeho konečnou dosažitelnou přesnost, která se odrazí v nejednoznačnosti výsledku. Výsledek je doprovázen jistým tolerančním polem okolo nominální hodnoty. Toto pojetí má mnoho výhod, z nichž lze mj. uvést:
nejistota umožní posuzovat a porovnávat výsledky získané několika různými metodami, v různých laboratořích, různými dodavateli atd.,
nejistota uvedená u výsledku měření odráží neznalost skutečné správné hodnoty sledovaného parametru, popř. jeho kolísání vlivem okolního prostředí,
analýza dílčích nejistot současně upozorní na rezervy a slabá místa celého měřicího systému,
nejistotu je možné chápat jako jeden z kvantitativních znaků sledovaného ukazatele kvality,
ve svých důsledcích může nejistota provozovateli podat mnohem lepší informaci o výsledku měření než prostá jmenovitá hodnota.
Zprostředkované dopady na obor technické diagnostiky
Jedním z oborů, do kterého se uvedené předpisy velmi výrazně promítají, je především technická diagnostika. Technická diagnostika s měřicí technikou velmi úzce souvisí. Měřicí technika objektivně a co možná nejdokonaleji sleduje vybraný diagnostický parametr, na jehož základě je stanovována výsledná diagnóza. To je zcela samozřejmé v oblasti diagnostických objektivních metod, kde si bez spolehlivého a přesného měřicího řetězce na vstupu nelze žádný diagnostický systém představit. Podobně je tomu ale i v případě subjektivních diagnostických metod. Ty jsou sice s rozvojem moderní elektroniky a výpočetní techniky na ústupu, ale i tam, kde ještě přežívají, je již výsledná diagnóza stanovena na základě objektivně provedeného měření. Rozdíl je v některých případech snad jen v tom, že ne vždy jsou zde na měřicí řetězec kladeny tak velké požadavky.
S jistým nadhledem lze říci, že kvalita diagnózy stojí a padá s úrovní použité měřicí techniky. Pokud by sebedokonalejší a výkonnější centrální procesorová jednotka diagnostického systému nedostala dostatečně kvalitní a přesné podklady prostřednictvím měřicí techniky na vstupu, nikdy by nebyla schopna z nich vyhodnotit správné a přesné závěry. Značná část laboratoří a pracovišť technické diagnostiky se svou činností určitým způsobem dotýká oblasti BOZP, popř. může jít i o pracoviště akreditovaná, takže povinnost uvádět u výsledků jejich činnosti také nejistoty jim vlastně přímo vyplývá z již zmíněných předpisů a norem.
V současné době ale ještě stále přetrvávají přístupy, kdy se některá pracoviště, a nejen diagnostická, obzvlášť nejistotami nezabývají. Je prostě důvěřováno výsledkům objektivních měření, popř. závěrům vyvozeným z jejich analýz. To vyplývá především z mnoha zjednodušení, která se právě v diagnostických oborech tradičně uplatňují:
měří se relativně velmi přesnými a spolehlivými snímači či s pomocí celých měřicích systémů,
velmi často se situace zjednodušuje volbou určitých mezních hodnot, podle kterých se hodnota diagnostického parametru zatřídí do pásem dobrá, přípustná, nepřípustná apod.,
jen velmi zřídka se používají ostrá a úzce vymezená kritéria; zpravidla vždy je patřičný stav vymezen jistým přípustným rozpětím hodnot.
V úvodu článku bylo vzpomenuto, že vedle technické diagnostiky existují i jiné obory, jež jsou úzce spjaty s měřicí technikou. Lze tedy analogicky i v nich využívat zprostředkované dopady a význam používání nejistot. To platí především pro automatické řízení, kde výsledná kvalita regulace je úzce svázána s kvalitou zpětné vazby, dodávající informace o stavu regulované veličiny do regulátoru. I zde má zavedení nejistot své opodstatnění. To vyplývá jednak z podobných úvah uvedených v této kapitole pro diagnostiku, jednak ze zkušenosti, že analýza nejistot dokáže nejlépe odhalit slabá místa měřicího řetězce a následně zpřesnit kvalitu dodávaných informací do centrální jednotky. Totéž může platit pro diagnostický analyzátor stejně jako pro regulátor.
Předpisy vyžadující nejistoty v diagnostice přímo
Vedle skupiny norem a předpisů, která se do diagnostiky vlastně přenáší zprostředkovaně, existuje i skupina předpisů tzv. evropské akreditace (EA), které používání nejistot v diagnostice přímo vyžadují. Jde především o dvě směrnice z loňského roku (2004) – EA 4/15 Akreditace v oblasti nedestruktivního zkoušení a EA 4/16 Směrnice EA o vyjadřování nejistoty v kvantitativním zkoušení ([7], [8]).
Vlastně až od začátku tohoto kalendářního roku platí směrnice EA 4/16 [8], která se bezprostředně týká jak oboru nedestruktivního zkoušení (NDT), kam se většina metod používaných v technické diagnostice řadí, tak i kvantitativního zkoušení, kde jsou výsledky zkoušek a diagnózy jasně kvantifikovány (zhodnoceny), nikoliv uváděny pouze kvalitativně např. posouzením vyhovuje/nevyhovuje. Z této směrnice vyplývá používání nejistot, zejména z její kapitoly 5, kde se mj. uvádí:
zkušební laboratoře by měly prozkoumat všechny prvky zkušební metody a podmínky převládající během jejího použití, aby bylo možné vyhodnotit nejistotu příslušející výsledku zkoušky,
zkušební laboratoře musí používat určité postupy pro odhadování nejistoty měření; v určitých případech může povaha zkušebních metod znemožňovat přesné, metrologicky a statisticky platné výpočty nejistoty měření; v těchto případech se laboratoř musí přinejmenším pokusit o stanovení všech složek nejistoty a učinit přiměřený odhad a musí zajistit, že forma vykazování příslušného výsledku nebude ohledně nejistoty navozovat nesprávný dojem.
Podrobnější popis jednotlivých metod určování nejistot výsledků zkoušek, jejich validací, metodiky a realizace mezilaboratorních porovnání v praxi atd. přibližují další kapitoly směrnice [8]. Současně ale také tento dokument usnadňuje použití nejistot ustanovením, které se s výhodou využije především v akustické diagnostice a v jisté míře i dalších oborech: „Pokud nějaká norma udává nejistotu měření typickou pro výsledky dané zkoušky, je laboratořím dovoleno uvést tento údaj, pokud mohou prokázat plný soulad se zkušební metodou.„
Přibližně o rok starší směrnice 4/15 [7] řeší nejistoty při nedestruktivním zkoušení z pohledu akreditace pracoviště. Mimo jiné se v ní, volně řečeno, uvádí, že metody NDT v sobě zahrnují prvek subjektivního hodnocení, takže není možné pro různé zkušební metody poskytnout jednotné vodítko pro určování nejistoty měření. To v určitém smyslu ponechává u některých metod NDT i určitý volnější prostor pro výklad a analýzu nejistot.
Závěr
Článek se zabývá některými dopady vybraných nových harmonizovaných předpisů z oborů měření a diagnostiky, které by měly vést k vyjadřování neurčitosti výsledků měření jeho nejistot. Nejen samotný obor měření (metrologie), ale i mnohé jeho oblasti použití v diagnostice, automatickém řízení a dalších oborech, by v současné době již měly pracovat s nejistotami. Diagnostické obory mají v mnoha případech použití měřicí techniky jisté výsadní postavení v tom, že vedle přenesených dopadů metrologických norem jsou zde i „specializované“ předpisy, které vyžadují uvádění nejistot.
Má-li diagnostický systém přesně stanovit a objektivně posoudit stav sledovaného objektu, musí k tomu dostat velmi dokonalé informace právě prostřednictvím měřicí techniky. Jakákoliv diagnóza je tedy závislá na výsledcích vstupních měření, jejichž veškeré „vstupní“ nejistoty se zákonitě musí projevit i v jejím výsledku. Lze sice namítnout, že měření bylo vždy zatíženo chybami a diagnóza se jen výjimečně stanovuje ostrým kritériem, takže se svým způsobem jakási podobná „tolerance„ používala a předpokládala od samotných počátků technické diagnostiky.
V článku jsou uvedeny některé základní myšlenky norem a předpisů, které v dané oblasti vstoupily v platnost teprve v posledních několika měsících a letech, takže se ještě zdaleka neprosadily do každodenní praxe. Ze souvislostí mezi měřením a diagnostikou a zejména ze skutečnosti, že diagnostika se velmi často dotýká oblasti BOZP a životního a pracovního prostředí a současně ji nezřídka provádějí akreditovaná pracoviště, vlastně vyplývá zákonná povinnost uvádět spolu s výsledky nejistoty měření. Co se týče vlastních základů teorie nejistot, jde o velmi rozsáhlou problematiku. Zájemcům lze doporučit např. prameny [1], [2] a [9].
Do popředí zájmu se zároveň se samotnými nejistotami dostává i kalibrace, řízení měřicích systémů a další související činnosti, které mohou ovlivnit výsledky jednotlivých měření. Hovoří-li se o řízení systémů měření, je třeba věnovat pozornost řízení jak ve smyslu obecnějšího „managementu„, tak i samotné konkrétní technické stránky „péče o měřidla a měřicí techniku„. Na významu stále více nabývají mezilaboratorní porovnávání, která mohou mít nenahraditelný význam právě pro zpřesnění výsledků a analýz nejistot měření v jednotlivých akreditovaných laboratořích.
Literatura:
[1] CHUDÝ, V. – PALENČÁR, R. – KUREKOVÁ, E. – HALAJ, M.: Meranie technických veličín. Vydavateľstvo STU v Bratislave, 1999, 688 s., ISBN 80-227-1275-2.
[2] VDOLEČEK, F. – PALENČÁR, R. – HALAJ, M.: Nejistoty v měření I – V. Cyklus článků. Automa, 2001–2002, roč. 7–8, ISSN 1210-9592.
[3] VDOLEČEK, F. – PALENČÁR, R. – KUREKOVÁ, E.: Řízení procesů měření. Automa, 2002, roč. 8, č. 10, s. 55–60.
[4] VDOLEČEK, F.: Technická diagnostika a současná legislativa. In: TD 2005 – Diagon 2005, Sborník mezinárodní konference, 26. duben 2005, Zlín, s. 61–66, ISBN 80-7318-293-9.
[5] ČSN EN ISO/IEC 10012:2003 Systémy managementu měření – požadavky na měření a měřicí vybavení. Praha, ČSNI, 2003.
[6] ČSN EN ISO/IEC 17025:2001 Všeobecné požadavky na způsobilost zkušebních a kalibračních laboratoří. ČSNI, 2001.
[7] EA 4/15 Akreditace v oblasti nedestruktivního zkoušení. ČIA, 2004, dostupné na <http://www.cai.cz>.
[8] EA 4/16 Směrnice EA o vyjadřování nejistot v kvantitativním zkoušení. ČIA, 2004, dostupné na <http://www.cai.cz>.
[9] Guide to the expression of uncertainty in measurement (Směrnice pro vyjadřování nejistoty při měření). BIPM, IEC, ISO, OIML, 1995.
Ing. František Vdoleček, CSc.,
FSI VUT v Brně
(vdolecek@fme.vutbr.cz)
|