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Le 6 "dimensioni" della Taratura

di Martin Aust (Keysight Technologies)


La fase di selezione di un fornitore al quale richiedere un servizio di taratura adeguato può risultare più complessa del previsto. Molto spesso si pensa che, in fondo, “una taratura è una taratura” e, purché il fornitore operi in regime di qualità e abbia tutti i necessari “segni distintivi” del caso (ISO 9000, accreditamento LAT oppure operi secondo la normativa ISO 17025), si suppone che il servizio sia ragionevolmente simile, indipendentemente dalla tipologia del servizio o dal fornitore che scegliamo.
L’assenza di una specifica regolamentazione nel settore delle tarature consente, infatti, un’ampia variabilità nel servizio e nel valore del prodotto fornito.

Il presente articolo è pensato come “guida” per chi, trovandosi nella condizione di dover operare la scelta del fornitore e avendo una provenienza e formazione diverse dall’ambito tecnico, voglia meglio comprendere alcune delle variabili fondamentali nella valutazione delle differenze tra i diversi operatori che si propongono sul mercato.

Il presente articolo è pensato come “guida” per chi, trovandosi nella condizione di dover operare la scelta del fornitore e avendo una provenienza e formazione diverse dall’ambito tecnico, voglia meglio comprendere alcune delle variabili fondamentali nella valutazione delle differenze tra i diversi operatori che si propongono sul mercato.
A tale scopo abbiamo individuato le sei argomentazioni che maggiormente influenzano, in termini di costi diretti e indiretti, l’acquisto del servizio di taratura. Le 6 “dimensioni” di cui parleremo e che approfondiremo sono le seguenti:

1.  Estensione del test (quali parametri e quanti punti di misura per ciascun parametro?)
2.  Informazioni fornite (Quali dati/informazioni sono presenti all’interno del certificato? Sono disponibili i risultati prima e dopo eventuali allineamenti eseguiti?)
3.  Incertezze di misura (Come valutare il grado di bontà del test effettuato?)
4.  Periodicità (L’intervallo di taratura: ogni quanto tempo è necessario effettuare la taratura? Possiamo variare questo parametro?)
5.  Tempi di lavorazione (Quant’è il fermo macchina necessario a effettuare la taratura?)
6.  Soluzioni di servizi (Quali aspetti finanziari e soluzioni di servizi sono disponibili? Cosa è incluso nel prezzo?)

 

Dimensione #1: Completezza delle verifiche eseguite

È noto in qualunque contesto che, quanto più il test è esteso e dettagliato, maggiore è la confidenza nelle misure eseguite. Tale concetto è ancora più vero nell’ambito specifico del test della strumentazione elettronica. In tale contesto, normalmente il costruttore suggerisce le specifiche da verificare e i punti in cui eseguire le misure. Ciononostante non è raro che il fornitore, volendo offrire un servizio economicamente conveniente, ometta parecchi di questi test o punti di misura. In ambito industriale, non esiste un organo tecnico che stabilisca quanto esteso debba essere un test per rendere legittimo un certificato.
Per questa ragione, la pratica di omettere punti di misura non infrange alcuna regola specifica. È tuttavia utile sottolineare che i test vengono generalmente esclusi per ragioni di carattere tecnico ed economico:

1.  Il fornitore non dispone della strumentazione necessaria alle misurazioni;
2.  I test sono complessi e richiedono molto tempo per l’esecuzione, oppure specifiche competenze tecniche;
3.  Il prezzo concordato non consente l’esecuzione di tutti i test suggeriti dal costruttore.

Spesso ciò implica che importanti funzioni dello strumento non vengano adeguatamente verificate e lo strumento possa fornire misure errate in fase di normale utilizzo. Di conseguenza, si possono creare alcune situazioni critiche per l’utilizzatore finale, che è convinto di essere in possesso di uno strumento affidabile in tutte le sue specifiche, e per l’Azienda, con i seguenti casi limite riferiti al collaudo finale di prodotti:

1.  Un prodotto “buono” può fallire il test di qualità al quale è sottoposto, causando così una rilavorazione dell’oggetto, e generare anomalie nel reparto “controllo qualità” e un incremento della condizione “problema non riscontrato in fase di riesame” (una delle variabili chiave del processo produttivo).
2.  All’opposto, un prodotto fuori tolleranza può superare il test finale e causare un intervento in garanzia, con conseguente danno alla reputazione dell’Azienda per la diminuita affidabilità dei prodotti.

Un esempio. Si supponga di inviare il diodo rivelatore di un analizzatore di reti RF a un’azienda che sia ritenuta qualificata per effettuare questo tipo di verifiche. Le procedure dell’azienda prevedono la misura delle prestazioni a tre frequenze: al limite inferiore, al centro e alla fine della banda di frequenza. Il dispositivo viene dichiarato rispondente alle specifiche e pertanto viene restituito con il relativo certificato di taratura. L’utilizzatore, nel tempo, si accorge che lo strumento esegue misure “strane”; si decide, per questa ragione, di inviare il dispositivo a un altro laboratorio per una seconda opinione.
La procedura di questo secondo laboratorio prevede di verificare il diodo seguendo le procedure del costruttore, utilizzando strumentazione di pari livello rispetto a quella consigliata da quest’ultimo.
Si procede, quindi, a eseguire una “spazzolata” in frequenza sull’intero intervallo di frequenza del dispositivo. Effettuando questo test emerge chiaramente che il diodo rivelatore manifesta problemi a frequenze non misurate durante la prima verifica. È evidente che, se avessimo fatto ricorso da subito al secondo laboratorio, avremmo risparmiato tempo e denaro. Pensiamo al comandante di una nave in alto mare, che sta osservando l’orizzonte con il binocolo: dopo uno sguardo a Nord, uno a Est, uno a Sud e uno a Ovest, dichiara: “non vedo navi all’orizzonte”; ma non ha visto la petroliera a nord-est, che tra poco incrocerà la sua rotta!

Eccezione. L’esempio appena presentato non deve tuttavia far pensare che una verifica di punti di misura limitata sia necessariamente una procedura non corretta; la cosa importante è che ciò sia frutto di appropriate valutazioni tecniche.
Tale considerazione è particolarmente vera nel caso di strumenti usati solo in specifiche applicazioni, nelle quali vengono utilizzate solo alcune funzioni ben definite dello strumento; in questi casi può risultare vantaggioso focalizzare la taratura solo su alcune funzioni e portate di misura.
Questo approccio sarà ancora più valido se i test eseguiti nelle aree di interesse saranno più estesi di quelli che si avrebbero con la taratura completa di tutte le funzioni.
È altrettanto importante ricordare che una scelta del genere non è consigliabile nel caso di strumenti utilizzati in numerose e diverse applicazioni o per strumentazione “generica”.

 

Dimensione #2: Informazioni fornite

Le informazioni relative al test eseguito, fornite dal laboratorio di taratura, stabiliscono la base per molte decisioni all’interno dell’Azienda. È importante, quindi, disporre di tutte le informazioni necessarie, che devono essere accurate.
È pertanto indispensabile che, insieme al certificato di taratura, vengano forniti i risultati di tutte le misure eseguite, mostrando così l’effettiva prestazione dello strumento a ogni punto in cui queste sono state eseguite.
Queste informazioni danno l’evidenza di quanto sia stato esteso il test, costituendo un primo elemento utilizzabile per fare confronti oggettivi tra due fornitori di servizi di taratura. I medesimi dati possono portare anche a valutazioni di aspetti più importanti. Se uno strumento viene trovato fuori tolleranza in fase di taratura periodica, ciò significa che, per un certo periodo di tempo, avete avuto la possibilità di eseguire misure sbagliate. Per definire se questo ha compromesso la correttezza dei vostri test è utile sapere quale parametro è stato trovato fuori tolleranza e di quanto rispetto alle specifiche dal costruttore.
Sulla base delle informazioni acquisite attraverso un certificato completo, è quindi possibile decidere quali azioni correttive intraprendere sui prodotti verificati nel periodo di tempo “incriminato” (ripetizione dei test sui prodotti oppure richiamo di parte della produzione).
In mancanza di informazioni puntuali, non è possibile stabilire l’effettiva attendibilità dei test eseguiti sui prodotti e, nel caso estremo in cui il certificato di taratura riporti una indicazione generica di fuori tolleranza, non sarà possibile prendere alcun tipo di decisione per le eventuali azioni correttive.
Sulla base di tali considerazioni è quindi facilmente intuibile quale sia la reale utilità di un certificato di taratura completo. In esso, al fine di registrare il reale stato dello strumento, dovrebbero venire riportate tutte le misure eseguite all’arrivo presso il laboratorio, senza cioè operare alcun allineamento (adjustments) durante questa prima fase di verifica. Solo al termine, in caso di riscontro di misure fuori tolleranza, si procede con l’allineamento.
Al termine di tale operazione viene registrato un secondo set di risultati, con il quale si conferma che lo strumento si trova in tolleranza nel momento dell’uscita dal laboratorio e fornisce la necessaria confidenza per l’utilizzo futuro.
Un’altra informazione chiave è l’incertezza di taratura. In particolare, occorre premettere che una “misura” è il risultato di un processo statistico: effettuando più misurazioni dello stesso “misurando”, si ottengono valori diversi. Una misura dovrebbe, quindi, essere sempre associata alla propria incertezza e dev’essere noto il relativo livello di fiducia. Ci sono diversi modi per esprimere l’incertezza di misura. Nella sua forma più semplice questa viene dichiarata come rapporto di accuratezza tra lo strumento/sistema di riferimento usato e lo strumento sotto test (TAR/TUR Test Accuracy Ratio o Test Uncertainty Ratio). Nelle vecchie normative MIL-STD, un TAR/TUR 4:1 è considerato come rapporto minimo di accuratezza per una taratura da ritenersi utile. Quindi l’accuratezza dello strumento o sistema di riferimento usato dev’essere almeno quattro volte migliore rispetto a quella dell’apparecchio in taratura. In altri casi, informazioni dettagliate relative all’incertezza sono espresse all’interno di una tabella riassuntiva, che elenca le grandezze e i range con le incertezze associate. Tali valori possono essere espressi in forma relativa (±%) o in termini assoluti (±2V).
Il livello qualitativo ideale di un certificato viene raggiunto quando l’incertezza è riportata al fianco del valore misurato e della specifica del costruttore; il tutto espresso con gli stessi termini.

 

Dimensione #3: Incertezza di misura

L’incertezza è indice della bontà del test eseguito e rappresenta l’accuratezza con cui il fornitore del servizio di taratura ha effettuato le misure. Essa rappresenta una variabile importante e può avere un impatto significativo nella valutazione di utilità della taratura. L’incertezza fornisce, infatti, un’indicazione oggettiva circa la capacità tecnica del fornitore nell’esecuzione della misura. Le incertezze possono essere autodeterminate o accreditate. Le incertezze accreditate (esempio Accredia, UKAS, ecc.) hanno maggior valore, in quanto sono state indipendentemente verificate dall’ente accreditante e sono legalmente riconosciute tra gli enti di accreditamento internazionali (Accredia in Italia, DKD in Germania, A2LA negli Stati Uniti, JCSS in Giappone, UKAS nel Regno Unito, ecc...).
È importante sapere che le informazioni relative alle incertezze accreditate sono di pubblico dominio e, da qualche anno, consultabili anche in internet; ciò rende ancora più semplice la comparazione tra i diversi laboratori accreditati.
Le incertezze accreditate rappresentano un elemento importante nella valutazione delle competenze tecniche del laboratorio, poiché consentono di verificare le singole capacità di eseguire un certo tipo di misurazioni in fase di scelta tra i diversi potenziali fornitori. Può succedere che si giunga a determinare che un laboratorio non possiede le necessarie credenziali per intraprendere una specifica attività di taratura. Purtroppo non è raro che i laboratori acquisiscano l’accreditamento (es. LAT) per poche grandezze e incertezze, adatte a impieghi molto generici, per poi acquisire commesse di attività di taratura al di fuori dei settori accreditati, dove la loro adeguatezza non è certificata.
A questo proposito, anche l’ente certificatore svolge un ruolo importante: spesso, in corso di audit ISO 9000, viene richiesto all’azienda cliente che il fornitore di servizi di taratura sia accreditato LAT. Una verifica completa in tal senso presuppone un approfondimento in merito anche alle tarature fornite e alla compatibilità di queste con gli impieghi della strumentazione all’interno dell’azienda.
Proviamo infine ad aiutarci con un esempio. per rendere più chiare le considerazioni effettuate in merito all’importanza di questa “terza dimensione”. Analizzeremo alcune delle incertezze accreditate ai centri SIT associate a due grandezze fondamentali e le confronteremo, mostrando alcuni risultati interessanti.

 

Un esempio: Per tale valutazione scegliamo di osservare misure di frequenza a 10 MHz e tensione continua 1 V.
Nel caso della misura di frequenza, la dispersione delle incertezze accreditate ai diversi centri raggiunge limiti molto ampi; il migliore laboratorio mostra 2•10-13, il peggiore 1•10-8. Misurando la frequenza a 10 MHz, nel centro migliore possiamo spingerci ad avere un’incertezza pari a ±0,000002Hz, mentre per il centro con incertezze peggiori avremo un risultato di ±0.1Hz.
Per buona parte degli oscillatori di riferimento al quarzo termostati ad alta stabilità (HOCXO) i limiti specificati sono più stretti di ±0.1Hz; risulta chiaro, pertanto, che una taratura eseguita dal secondo laboratorio su generatori e contatori con questo tipo di oscillatore di riferimento, o peggio ancora asserviti da oscillatori atomici, non può essere considerata attendibile circa il rispetto delle specifiche dello strumento stesso e, per questa ragione, è priva di significato. Nel caso della tensione 1 Vdc, la dispersione delle incertezze è meno ampia, ma sempre ragguardevole. Il miglior laboratorio mostra 1.5•10-6, nel caso peggiore 5.7•10-5. Molti multimetri digitali di alto livello hanno una accuratezza di poche ppm (parti per milione); questo significa che essi sono in grado di misurare 1 Vdc con accuratezza di qualche μV (tipicamente inferiore a 10 μV). In tal caso una incertezza di 1.5•10-6 è pari a 1,5 μV e, quindi, sufficientemente accurata per lo scopo.
Diversamente, un’incertezza di 5.7•10-5 (ovvero la peggiore tra quelle accreditate) è pari a 57 μV. Un laboratorio con tale accreditamento non sarà in grado di effettuare verifiche compatibili con l’accuratezza del multimetro, dimostrando cosí l’inaffidabilità delle indicazioni che derivano dalle misure effettuate.
In conclusione, è bene ricordare che:
•  anche se un laboratorio è accreditato per effettuare misure su una particolare grandezza, le sue incertezze accreditate possono non essere compatibili con le incertezze richieste per la taratura di uno specifico prodotto;
•  effettuare confronti tra i risultati presenti su certificati emessi da diversi fornitori, a parità di modello, può mostrare differenti prospettive.

 

Dimensione #4: Intervallo di taratura

L’intervallo di taratura è indice della frequenza con la quale uno strumento viene tarato.
Normalmente il costruttore raccomanda un intervallo di taratura per ogni strumento di misura. Questo periodo è spesso stabilito in 12 o 24 mesi. Tale indicazione si basa sulle medie delle derive dei vari componenti impiegati nell’apparecchio.
In fase di progetto, è molto enfatizzata la definizione di soluzioni con derive minime. Purtroppo però la deriva è un fenomeno che non si può eliminare del tutto. È questa la ragione per cui è necessaria la taratura periodica degli strumenti.
Per fare in modo che la periodicità suggerita dal costruttore lasci il posto a un ciclo di taratura definito dal sistema di qualità aziendale, è fondamentale considerare due informazioni:

1. la storia delle tarature effettuate su quel particolare strumento;
2. l’applicazione dello strumento.

Il primo punto si riferisce alla prima delle sei dimensioni di cui abbiamo parlato nel primo paragrafo: le informazioni e i dettagli contenuti nel certificato di taratura. Un approccio generalmente accettato è quello secondo il quale, se lo strumento rimane entro le specifiche per tre successive tarature, l’intervallo di taratura può essere ragionevolmente incrementato.
Allo stesso modo, se è necessario un allineamento in occasione di due consecutive tarature, è consigliabile ridurre la periodicità di verifica dello strumento.
Il secondo punto è relativo al rischio che possiamo assumere circa la possibilità che lo strumento esca dalle specifiche. In particolare, se le misure effettuate dallo strumento sono considerate “critiche” da parte dell’azienda, allora può essere prudente mantenere l’intervallo di taratura dello strumento entro un periodo limitato, così da ridurre il rischio di misure non allineate alla qualità richiesta nell’applicazione specifica.
In alternativa, l’utilizzo dello strumento può essere tale che eventuali misure errate non influiscano sulla qualità di produzione; in questo caso, l’intervallo di taratura può essere ragionevolmente esteso.
Quando entrambi i parametri vengono tenuti nella debita considerazione, possiamo assumere che la gestione degli intervalli viene effettuata nell’ottica di minimizzare il rischio di misurazioni errate, pertanto ottimizzando anche il controllo dei costi diretti e indiretti che ne derivano.

 

Dimensione #5: Rapidità

 

Verificare un’apparecchiatura significa toglierla dalla funzione per la quale è stato acquistata e inviarla in taratura presso un laboratorio. Ció comporta un arresto del ciclo produttivo oppure, in ambienti critici, significa fare ricorso a uno strumento sostitutivo di riserva (proprio o noleggiato) per il periodo necessario all’esecuzione della taratura.
Tutto questo presuppone, quindi, un’attività di pianificazione della taratura, del rimpiazzo o del noleggio.
Tuttavia, se il tempo stimato si allunga, i costi salgono e si rischia di perdere il controllo della situazione. È pertanto opportuno assicurarsi che i tempi del fornitore siano brevi ma anche affidabili.
Un modo per evitare inconvenienti di questo tipo e mantenere attività produttive e relativi costi sotto controllo consiste nel selezionare fornitori in grado di fornire il servizio presso la vostra sede produttiva. In tal modo, il tempo di fermo macchina si riduce a poche ore, giusto il tempo di effettuare la lavorazione, dando luogo a una notevole riduzione dei costi (di noleggio strumentazione, trasporto, ecc.), che giustifica abbondantemente un’eventuale maggiore onerosità del servizio “in loco”. Anche in questo caso, tuttavia, è necessario effettuare attente valutazioni nella scelta del fornitore, stabilendo se il livello di servizio prestato risponde alle vostre necessità di completezza e accuratezza delle prove. È purtroppo opinione abbastanza diffusa e “accettata” che il servizio prestato presso le sedi produttive preveda un’estensione ridotta delle prove e dei punti di misura. Esistono fornitori, invece, in grado di riprodurre le medesime prestazioni dei loro laboratori anche presso le sedi produttive dei clienti, con l’utilizzo di stazioni di taratura mobili e il ricorso a un’automazione delle misure molto spinta.

 

Dimensione #6: Soluzioni di servizi

Quando si guarda ai costi di taratura, si pensa generalmente al puro costo insito nel servizio; Tuttavia, considerando anche tutte le attività collaterali da questo generate e facendo un’attenta analisi, è possibile arrivare a un’ottimizzazione delle stesse, tale da ridurre i costi associati, che sono anche quelli meno visibili: si pensi, ad esempio, all’emissione degli ordini, ai pagamenti delle fatture e a tutte quelle attività di carattere amministrativo che derivano dalla gestione degli strumenti.
In alcuni casi, esistono aziende in grado di fornire un’ampia gamma di servizi accessori, attraverso i quali i costi diretti e indiretti relativi all’acquisto del servizio di taratura vengono ridotti drasticamente, eliminando molte voci di spesa non previste; oltre a quanto già detto circa l’affidabilità della propria produzione, si pensi ad esempio ai costi per il trasporto e l’imballo della strumentazione, ai costi di assicurazione della spedizione o, ancora, alle riparazioni di minore entità.
Un altro esempio, questa volta di carattere più tecnico, deriva dalla lettura dei certificati di taratura LAT: all’interno di essi non è richiesto dall’ente accreditatore che venga specificato se lo strumento è conforme alle specifiche tecniche del costruttore (che generalmente ne hanno determinato l’acquisto). In questo caso, il coordinatore del sistema di qualità aziendale dovrebbe controllare ogni nuovo certificato, riga per riga, per verificare la compatibilità dello strumento con le misure da eseguire in azienda. Il fatto che alcuni fornitori provvedano a corredare il proprio certificato di taratura LAT con un documento aggiuntivo, in cui viene dichiarato lo stato dello strumento e la conformità alle specifiche del costruttore, diventa pertanto un ulteriore elemento di valutazione.
Inoltre, per un’azienda non avvezza a questa tipologia di attività, possono essere parecchie le voci di spesa non determinabili ma, utilizzando una delle possibili soluzioni proposte da fornitori qualificati, prevedibili e quantificabili anticipatamente, senza incorrere in ulteriori “sorprese”.

 

Conclusione

Le 6 “dimensioni” di cui abbiamo dato breve sintesi in questo documento rappresentano variabili molto importanti nella determinazione del livello di qualità espresso dal fornitore nell’erogare un servizio di taratura e nella valutazione del costo che da tale attività deriva.
Quanto descritto riteniamo possa essere d’aiuto nel prendere una decisione consapevole e informata, piuttosto che una scelta totalmente basata sulla settima dimensione: il prezzo.

 

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