淺談利用測(cè)量不確定度對(duì)金屬緊固件測(cè)量結(jié)果進(jìn)行符合性判定

王馨郁，謝高峰，田 譜，何祖海

（湖南中機(jī)申億檢測(cè)技術(shù)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410007）

隨著檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)的發(fā)展，對(duì)于檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)來說，客戶對(duì)檢測(cè)報(bào)告的要求越來越高，越來越多的客戶要求檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具報(bào)告時(shí)對(duì)結(jié)果是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范的要求進(jìn)行判定。當(dāng)客戶提出要求針對(duì)樣品的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判定時(shí)，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室在合同評(píng)審時(shí)就應(yīng)該與客戶協(xié)商確定合適的判定規(guī)則。

《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則》中對(duì)判定規(guī)則的定義為：“當(dāng)聲明與規(guī)定要求的符合性時(shí)，描述如何考慮測(cè)量不確定度的規(guī)則。”本文以金屬緊固件測(cè)試為例，針對(duì)測(cè)量不確定度對(duì)符合性判定的影響進(jìn)行分析，對(duì)測(cè)量結(jié)果的符合性判定提供參考[1]。

1 測(cè)量不確定度的定義

在測(cè)量過程中，由于測(cè)量環(huán)境的影響、測(cè)量?jī)x器計(jì)量特性的局限性、人員讀數(shù)的偏移、樣品的代表性不夠、測(cè)量方法等各種因素的影響，按照相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量所得的結(jié)果僅僅是被測(cè)量結(jié)果的估計(jì)值，測(cè)量結(jié)果通常是分散的，即使是在重復(fù)性測(cè)試條件下，每一次測(cè)量的結(jié)果也不一定是相同的，而是以一定的概率分布在某個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)[2]。《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》明確提出：“測(cè)量不確定度是根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測(cè)量量值分散性的非負(fù)參數(shù)。”測(cè)量不確定度定量說明了測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量，表明了測(cè)量結(jié)果的可信程度或不肯定程度。

檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)識(shí)別并分析測(cè)量不確定度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的貢獻(xiàn)，應(yīng)按評(píng)定步驟要求評(píng)定每一項(xiàng)定量結(jié)果的測(cè)量不確定度。檢測(cè)報(bào)告并不要求都報(bào)告測(cè)量不確定度，只有當(dāng)測(cè)量不確定度影響到測(cè)量結(jié)果的應(yīng)用或有效性時(shí)，當(dāng)客戶明確提出要求時(shí)，或者當(dāng)不確定度影響到結(jié)果的判定時(shí)，才應(yīng)在報(bào)告中出具測(cè)量結(jié)果的不確定度。

2 不考慮測(cè)量不確定度影響的簡(jiǎn)單判定規(guī)則

2.1 判定規(guī)則

當(dāng)檢測(cè)依據(jù)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中僅要求對(duì)結(jié)果進(jìn)行判定，并未明確說明需要考慮測(cè)量不確定度的影響，或當(dāng)客戶和實(shí)驗(yàn)室在合同中明確結(jié)果判定時(shí)無需考慮測(cè)量不確定度的影響，此時(shí)實(shí)驗(yàn)室可以忽略測(cè)量不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，直接根據(jù)測(cè)量結(jié)果是否落在規(guī)定限值的范圍內(nèi)即可作出符合性判定[3]。

這是最簡(jiǎn)單的判定規(guī)則，由實(shí)驗(yàn)室和客戶共同承擔(dān)誤判的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際的檢測(cè)活動(dòng)中，通常都假定檢測(cè)方法的不確定度是在接受范圍內(nèi)的，并且在必要時(shí)，可以評(píng)定其結(jié)果的不確定度。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中規(guī)定了上下限區(qū)間2T，T=（上限-下限）/2，如果不確定度等于T的三分之一，此時(shí)，[下限+U，上限-U]的區(qū)間為上下限區(qū)間2T的2/3。在這種情況下，如果測(cè)量結(jié)果落在上下限區(qū)間內(nèi)，則有66.7%的概率做出合格的結(jié)論。故當(dāng)檢測(cè)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了上下限合格區(qū)間時(shí)，測(cè)量不確定度與該規(guī)定區(qū)間之比應(yīng)盡可能合理的小。如果測(cè)量不確定度U與T的比值小于或等于1/3，此時(shí)可不考慮測(cè)量不確定度的影響，對(duì)測(cè)量結(jié)果直接判定。

2.2 應(yīng)用實(shí)例

以金屬緊固件機(jī)械性能測(cè)試為例，依據(jù)GB/T 3098.1-2010《緊固件機(jī)械性能螺栓、螺釘和螺柱》對(duì)規(guī)格為M36×165-10.9的螺栓進(jìn)行抗拉強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果為1088MPa，經(jīng)查GB/T 3098.1-2010表3，性能等級(jí)為10.9級(jí)的螺栓抗拉強(qiáng)度應(yīng)大于等于1040MPa。不考慮不確定度的影響，則直接判定檢測(cè)結(jié)果合格。

3 考慮測(cè)量不確定度影響的判定方法

3.1 判定規(guī)則

在實(shí)際的檢測(cè)活動(dòng)中，通常會(huì)存在測(cè)量不確定度，如果完全忽略測(cè)量不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，而直接對(duì)結(jié)果進(jìn)行合格與否的判定，此時(shí)如果測(cè)量結(jié)果接近規(guī)范的上下限值，則可能會(huì)有較高的風(fēng)險(xiǎn)造成對(duì)結(jié)果的誤判，因此在對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行判定時(shí)，應(yīng)考慮測(cè)量不確定度的影響[4,5]。

當(dāng)考慮測(cè)量不確定度的影響對(duì)結(jié)果判定時(shí)，通常會(huì)存在以下五類情形：

圖1中情形①：測(cè)量結(jié)果在規(guī)定限值以內(nèi)且與規(guī)定限值的差值在一個(gè)擴(kuò)展不確定度以上，則判合格。

圖1 考慮測(cè)量不確定度影響判定的五類情形

圖1中情形⑤：測(cè)量結(jié)果在規(guī)定限值以外且與規(guī)定限值的差值在一個(gè)擴(kuò)展不確定度以上，則判不合格。

圖1中情形②③④：測(cè)量結(jié)果非常接近規(guī)定限值或者恰好與規(guī)定限值相等，且在考慮了測(cè)量不確定度后結(jié)果高于或者低于規(guī)定限值，此種情況不能確認(rèn)在95%的包含概率下是否符合規(guī)范。可采取以下措施后再重新進(jìn)行符合性判定：

（1）對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試，比如對(duì)同一產(chǎn)品重復(fù)檢測(cè)，或?qū)ν恍吞?hào)的多個(gè)樣品進(jìn)行檢測(cè)，或?qū)α舸娴臉悠愤M(jìn)行重復(fù)檢測(cè)，從而計(jì)算出重復(fù)性測(cè)試的算術(shù)平均值及其不確定度。

（2）通過適當(dāng)?shù)姆椒ń档蜏y(cè)量結(jié)果的不確定度，比如可采用更高等級(jí)的測(cè)量設(shè)備、改善測(cè)量的方法、改善測(cè)量的環(huán)境條件等方式，適當(dāng)時(shí)，也可以采用增加次數(shù)的方式。

如果以上措施不可行，但必須作出合格與否的判定時(shí)，可按照以下方式進(jìn)行：

（1）當(dāng)測(cè)量結(jié)果在規(guī)定限值以內(nèi)，考慮測(cè)量不確定度后，有一部分在規(guī)定上下限值的范圍之外（見圖1中情形②），在置信概率低于95%時(shí)，可以判合格。

（2）測(cè)量結(jié)果在規(guī)定限值以外，考慮測(cè)量不確定度后，有一部分在規(guī)定限值的范圍之內(nèi)（見圖1中情形④），在置信概率低于95%時(shí)，可以判不合格。

（3）當(dāng)測(cè)量結(jié)果恰好為規(guī)定限值（見圖1中的情形③），即恰好為上限或下限時(shí)，此時(shí)在任何包含概率下都不能做出符合或不符合規(guī)范的聲明。當(dāng)必須作出合格與否的判定時(shí)，則必須根據(jù)具體情況判定：①當(dāng)規(guī)定限值是以“小于”或“大于”的方式表示的，且測(cè)量結(jié)果恰好等于規(guī)定限值，則可以判不合格。②當(dāng)規(guī)定限值是以“小于等于”或“大于等于”的方式表示的，且測(cè)量結(jié)果恰好等于規(guī)定限值，則可以判合格。

3.2 應(yīng)用實(shí)例

以金屬緊固件硬度測(cè)試為例，依據(jù)GB/T 3098.2-2015《緊固件機(jī)械性能螺母》對(duì)規(guī)格為M36-10的六角螺母進(jìn)行維氏硬度測(cè)試，GB/T 3098.2-2015《緊固件機(jī)械性能螺母》表1規(guī)定，螺紋規(guī)格為M36，性能等級(jí)為10的螺母的維氏硬度范圍為（272-353）HV10，依據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》評(píng)定出測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為8HV10。測(cè)量結(jié)果的判定結(jié)論如下：

表1 金屬緊固件硬度測(cè)試結(jié)果

在檢測(cè)報(bào)告中做出符合性判定時(shí)，必須給出測(cè)量不確定度并加以詳細(xì)聲明。

4 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了測(cè)量不確定度的定義及應(yīng)用要求，并且從不考慮及考慮測(cè)量不確定度影響的兩個(gè)方面淺析進(jìn)行符合性判定的方法及風(fēng)險(xiǎn)，并結(jié)合實(shí)際案例介紹了測(cè)量不確定度在符合性判定中的應(yīng)用，在金屬緊固件質(zhì)量檢驗(yàn)符合性判定等方面可提供借鑒。