obvladovanje procesov kontrole valja tip 80235 fileiv zahvala zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr....

OBVLADOVANJE PROCESOV KONTROLE VALJA

TIP 80235

Diplomsko delo

Študent: Aleš LOČNIKAR

Študijski program: Univerzitetni študijski program

Strojništvo

Smer: Proizvodno strojništvo

Mentor: izr. prof. dr. Bojan Ačko

Somentor: izr. prof. dr. Borut Buchmeister

Maribor, november 2011

III

I Z J A V A

Podpisani Aleš Ločnikar izjavljam, da:

je bilo predloţeno diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.

dr. Bojana Ačka in somentorstvom izr. prof. dr. Boruta Buchmeistra;

predloţeno diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloţeno za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjiţnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, november 2011 Podpis: ___________________________

IV

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr. Bojanu Ačku in

somentorju izr. prof. dr. Borutu Buchmeistru za pomoč in

vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Za možnost izvedbe

in pomoč se zahvaljujem tudi podjetju Kolding d.o.o. in

direktorju Milanu Košeljniku.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij.

Hvala tudi vsem ostalim, ki so mi pri delu kakorkoli pomagali.

V

OBVLADOVANJE PROCESOV KONTROLE VALJA TIP

80235

Ključne besede: proces kontrole, merilna negotovost, valj za valjanje pločevine, dimenzijska

kontrola, neporušitvene preiskave.

UDK: 621.77:531.714.08(043.2)

POVZETEK

V diplomskem delu z naslovom »Obvladovanje procesov kontrole valja tip 80235« je bil

namen vzpostaviti celovit in v praksi uporaben proces kontrole, ki bi zajemal vse relevantne

točke kontrole. Le-te na koncu zagotavljajo ustrezno kakovost opravljenega dela v podjetju

Kolding d.o.o. in proizvod, ki je v skladu z zahtevami.

Pri vzpostavljanju procesa kontrole v podjetju je bil glavni cilj kakovosten proces, ki

je uporaben v praksi in celovito rešuje problem kontrole pri izdelku. Tako je bilo najprej

potrebno podrobno spoznati zakonitosti proizvodnega procesa in v to umestiti na novo

definiran proces kontrole z najmanjšo možno motnjo za proizvodni proces. Sklop kontrolnih

aktivnosti vsebuje tako dimenzijsko kontrolo izdelka kot tudi neporušitvene preiskave

materiala in kontrole mehanskih lastnosti izdelka. Celoten sklop dejavnosti je moral biti tudi

kompatibilen s sistemom kakovosti po standardu ISO 9001, katerega nosilec je tudi podjetje

Kolding d.o.o.

VI

ÜBERWACHUNG DES KONTROLLPROZESSES FÜR DEN

WALZENTYP 80235

Schlüsselwörter: Kontrollprozess, Messunsicherheit, Blechwalze, Maßprüfung,

zerstörungsfreie Prüfverfahren.

UDK-Nr.: 621.77:531.714.08(043.2)

ZUSAMMENFASSUNG

Durch die Diplomarbeit mit dem Titel »Überwachung des Kontrollprozesses für den

Walzentyp 80235« sollte das Ziel erreicht werden, einen ganzheitlichen und praxistauglichen

Kontrollprozess zu entwickeln, welcher alle Hauptkontrollpunkte umfasst. Lediglich dadurch

werden die entsprechende Arbeitsqualität im Unternehmen Kolding d. o. o. sowie ein

normgerechtes Produkt gewährleistet.

Bei der Entwicklung des Kontrollprozesses für das Unternehmen war das Hauptziel ein

hochwertiger Prozess, der in der Praxis angewendet werden kann und eine ganzheitliche

Lösung des Problems der Produktkontrolle ermöglicht. Deswegen mussten zuerst die

Gesetzmäßigkeiten des Produktionsprozesses ergründet werden, in welchen der neu definierte

Kontrollprozess mit der minimalsten Störung des Produktionsprozesses integriert wird. Zu

den Kontrollaktivitäten werden sowohl die Maßprüfung des Produktes sowie das

zerstörungsfreie Prüfverfahren des Materials und die Kontrolle der mechanischen

Eigenschaften des Produktes gezählt. Alle Aktivitäten mussten zudem mit dem Qualitätssystem

gemäß dem ISO-Standard 9001 kompatibel sein, nach welchem das Unternehmen Kolding d.

o. o. zertifiziert ist.

VII

KAZALO

1 UVOD……………………………………………………………………...1

1.1 Splošni opis področja diplomskega dela…………………………………. …….……..1

1.2 Namen in cilji diplomskega dela…. …………………………………………………..1

1.3 Struktura diplomskega dela. …………………………………………………………..2

2 PREDSTAVITEV PODJETJA…………………………………………..3

3 NADZOR KAKOVOSTI V SISTEMIH VODENJA……………………5

3.1 Opredelitev kakovosti…………………………………………………………………....5

3.2 Zagotavljanje kakovosti………………………………………………………………….5

3.3 Sistem vodenja kakovosti………………………………………………………………..6

3.4 Načela sistema vodenja kakovosti……………………………………………………….7

3.5 Zahteve standarda ISO 9001……………………………………………………………..8

4 OSNOVE MEROSLOVJA…………………………………………..…12

4.1 Pomen meritev ………………………………………………………………………...12

4.2 Merilna negotovost……………………………………………………………………..14

4.3 Umerjanje in sledljivost…………………………………………………………...……27

5 PROCESI KONTROLE VALJA TIP 80235………………………….32

5.1 Predstavitev izdelka…………………………………………………………………….32

5.2 Izdelovalni procesi / aktivnosti ………………………………………………………....33

5.3 Merilni procesi ………………………………………………………………………...34

5.4 Merilna oprema ………………………………………………………………………...49

6 DISKUSIJA……………………………………………………………...53

7 SKLEP…………………………………………………………………...54

8 VIRI……………………………………………………………………….55

VIII

Priloga 1: Merilni protokol……………………………………………………………….......56

Priloga 2: Tabela mejnih mer……………………………………………………………........57

Priloga 3: Poročilo o ultrazvočni preiskavi……………………………………………….......58

Priloga 4: Načrt valja tip 80235…………………………………………………………........59

IX

UPORABLJENI SIMBOLI

– premer

– faktor širitve

– naključni pogrešek

- sistematični pogrešek

- določljiv sistematski pogrešek

– nedoločljiv sistematični pogrešek

– prava vrednost sistematičnega pogreška

– standardni odmik

– standardna negotovost

- srednja vrednost neskončnega števila meritev

- srednja vrednost izvedenih meritev

- linearna temperaturna razteznost

- sprememba dolţine

X

UPORABLJENE KRATICE

DGS – Distance Gain Size

EN – European Norm

HSD – Hardness Shore D

ISO – International Standard Organization

SIST – slovenski standard

TS – Technical Specification

VIM – Vocabulary of Metrology (Mednarodni slovar osnovnih in splošnih

izrazov s področja meroslovja)

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

1.1 Splošni opis področja diplomskega dela

Področje tega diplomskega dela je proces kontrole valja tip 80235 za hladno valjanje

pločevine v sklopu procesa mehanske obdelave in končne kontrole pri proizvodnji v podjetju

Kolding d.o.o.

Proces kontrole obsega:

procese vhodne kontrole pred mehansko obdelavo,

procese medfazne kontrole med mehansko obdelavo,

procese medfazne kontrole po vmesnih termičnih obdelavah,

procese končne kontrole pred odpremo valja.

To diplomsko delo tako obravnava obvladovanje merilnih procesov, ki so potrebni za

kakovostno proizvodnjo valja tip 80235.

Merilni procesi obsegajo sklope meritev:

geometrije,

hrapavosti površine,

trdote in

ultrazvočno kontrolo.

1.2 Namen in cilji diplomskega dela

Namen tega diplomskega dela je vzpostaviti kakovosten in stabilen sistem kontrole procesa

proizvodnje valja tip 80235 z vsemi pripadajočimi procesi do odpreme valja.

Cilji diplomskega dela so:

pregled teoretičnih osnov potrebnih za razumevanje problema kontrole,

umestitev kontrole valja v sistem nadzora kakovosti po standardu ISO 9001:2000,

definiranje potreb po točnosti merilne opreme in ukrepov za njihovo zagotavljanje,

definiranje in zagotavljanje sledljivosti merilne opreme na mednarodni nivo,


- 2 -

definiranje plana aktivnosti z zahtevami za kontrolo valja,

določiti točke moţnih dolgoročnih izboljšav pri kontroli valja.

1.3 Struktura diplomskega dela

Na začetku dela obsega je predstavljeno podjetje in proizvodni program, ki ga proizvaja

podjetje Kolding d.o.o.

Naslednja točka diplomskega dela je poglavje s teoretičnimi osnovami pomembnimi

za razumevanje sistema kakovosti v sistemih vodenja in osnovami standarda za zagotavljanje

kakovosti ISO 9001: 2000.

Četrta točka diplomskega dela obravnava področje meroslovja. Obravnavane so

osnove pomena meritev, definirana je merilna negotovost in teoretične osnove za

obvladovanje merilne negotovosti ter definirane so osnove umerjanja in sledljivosti.

Peta točka je jedro diplomskega dela. Tu je najprej opisan proizvod – valj tip 80235.

Navedene so aktivnosti oziroma procesi proizvodnje skupaj s procesi kontrole, ki so potrebni

za proizvodnjo valja. Tu so za vsak proces navedene značilnosti, problemi, kriteriji

sprejemljivosti in način dela. Opisana je tudi merilna oprema skupaj z zahtevami po točnosti

in načini sledljivosti merilnega rezultata na višje nivoje točnosti. Vse v praktičnem smislu in

direktno povezano s proizvodom.

Šesta točka je diskusija problema in ponujenih rešitev. Je končno kritično

obravnavanje ponujenih rešitev, določitev omejitev rešitev in moţnosti za prihodnje

dolgoročno izboljšanje celotnega sistema.

Vse je na koncu zdruţeno in komentirano v sklepu diplomskega dela.


- 3 -

2 PREDSTAVITEV PODJETJA IN PROIZVODNEGA

PROGRAMA

Kolding d.o.o. je druţinsko podjetje s sedeţem na Koroškem, v kraju Prevalje, tik ob

slovensko-avstrijski meji. Obsega sedem zaposlenih v vodstvu in upravljanju podjetja, skupaj

z direktorjem Milanom Košeljnikom. V lastni proizvodnji je zaposlenih devet delavcev.

Proizvodni obrat obsega CNC stroje za celoten spekter mehanske obdelave najrazličnejših

vrst visokolegiranih in toplotno predobdelanih jeklenih in tudi drugih kovinskih materialov.

Celoten strojni park je dimenzioniran za izdelke večjih dimenzij. To pomeni, da lahko

izdelajo okrogle izdelke do premera 650 mm in dolţine 5500 mm oziroma druge vrste

izdelkov do 7000 kg.

Za izdelek kot je valj tip 80235, ki ga obravnava to diplomsko delo, je kot začetni

polizdelek, ki vstopi v proizvodni proces na Kolding-u potreben okrogel odkovek. Prvi korak

pri nastanku izdelka se zgodi v sklopu podjetja Ravne Rolls. To podjetje ima dolgoletno

tradicijo izdelovanja visokokakovostnega legiranega jekla, ki je potreben in ustrezen za ta

izdelek ter ustrezno dodelano tehnologijo kovanja in začetne toplotne obdelave za

zagotavljanje ustrezne kakovosti pri lastnostih odkovka. Vse to zagotavlja, da podjetje

Kolding začne svoje delo s kakovostno surovino v obliki polizdelka, kar je nujen predpogoj

za kakovosten končni izdelek.

Za potrebe termičnih in termo-kemičnih obdelav imajo vzpostavljeno kakovostno

sodelovanje z zunanjim partnerjem, s katerim sodelujejo ţe dlje časa. To omogoča dobro

poznavanje potreb za posamezni izdelek in konstantno kakovost.


- 4 -

Proizvodni program podjetja Kolding obsega:

1. Površinsko utrjeni valji - kot je izdelek obravnavan v diplomskem delu. Ti valji se

uporabljajo za klasično hladno valjenje. Valji te vrste morajo med eksploatacijo

vzdrţati predvsem kritične lokalno koncentrirane dinamične tlačne obremenitve.

Površinsko trdnost takega valja doseţemo s postopkom dvofrekvenčnega

indukcijskega kaljenja, katerega hladilno sredstvo je utekočinjen dušik s

temperaturo pod -140°C, ki mu sledi popuščanje pri nizkih temperaturah.

2. Po celotnem prerezu utrjeni valji. Ti valji so termično utrjeni skozi celoten prerez

do stopnje, ki jo zahteva kupec in njegova aplikacija. Izdelani so izdelani iz

visokolegiranega krom-molibdenovega jekla. Stopnja legiranosti se giblje od 5 %

kroma pa vse do metalurškega hitroreznega jekla.

3. Specialni prevlečeni valji. To so valji za specializirane operacije, ki zahtevajo

prevleko iz gume, poliuretana ali drugih sintetičnih materialov.

4. Kovani jekleni valji za t.i. črno metalurgijo. To so valji za valjanje ploščatega

jekla, trakov, cevi in palic iz skupine črne metalurgije.

5. Zahtevnejši nadomestni in rezervni deli. To je skupina izdelkov, ki po definiciji

med eksploatacijo podvrţeni obrabi in omejeni ţivljenjski dobi. Sem sodijo

izdelki kot so leţajni obroči, drsne puše, kardanski zglobi, ohišja,…


- 5 -

3 NADZOR KAKOVOSTI V SISTEMIH VODENJA

3.1 Opredelitev kakovosti

Enotne definicije za kakovost se ne da zapisati, saj gre za dinamičen pojem, ki doţivlja

celovite zgodovinske spremembe (pred petdesetimi leti so kakovost definirali drugače kot pa

danes) in pa spremembe znotraj enega zgodovinskega obdobja, ko imamo opravka z

različnimi vrstami, lastnostmi in filozofijami proizvoda ali storitve (kakovost izobraţevalnega

sistema v drţavi je drugačna od kakovosti vijaka, ki nastavlja hitrost zapiranja vrat).

Zgodovinske tendence kaţejo, da se je na pojem kakovosti v poznejših obdobjih začelo

gledati širše, čeprav sam menim, da se je le našlo pozitivno širšo aplikacijo iste vrste

razmišljanja, ki se je izkazala za ugodno oziroma je postalo jasno, da lahko tudi druge

procese, ki asistirajo nastanku proizvoda ali storitve ocenjujemo in jih vrednotimo z vidika

kakovosti. Tako je danes vsaj tako kot odkrivanje napak pomembno njihovo preprečevanje.

Evropska organizacija za nadzor kakovosti (EOQC) in Ameriška skupnost za nadzor

kakovosti (ASQC) sta kakovost opredelila kot skupek značilnosti in značilnih vrednosti

nekega izdelka ali storitve glede na njegovo primernost in izpolnjevanje točno določenih in

predpostavljenih potreb.

3.2 Zagotavljanje kakovosti

Zagotavljanje kakovosti je pomembno v vseh fazah nastajanja izdelka. Pomembno je, da se

zavedamo, da zagotavljamo kakovost v vsakodnevnih nalogah tudi na najniţjih nivojih. To je

del sistema kakovosti. Prepričanje, da je za kakovost odgovoren samo oddelek za

zagotavljanje kakovosti, je zmotno, ampak še vedno prisotno. Za kakovost neke delovne

operacije je odgovoren tisti, ki to operacijo izvaja. Faze zagotavljanja kakovosti v podjetju so

opredeljene v krogu kakovosti kot v standardu DIN 55350.


- 6 -

Slika 3.1: Krog kakovosti [1]

Struktura kroga kakovosti je kroţna, kar pomeni, da nima začetka in konca. Posamezni

oddelki in s tem tudi posamezni procesi morajo biti med seboj povezani v informacijsko

mreţo. Informacije, ki jih posreduje posamezen proces, morajo biti skrbno določene. Če je

informacij premalo, ima naslednji proces premalo podatkov, če pa je informacij preveč, pa

lahko nastane zmeda.

Bazni element sistema vodenja kakovosti je zagotavljanje kakovosti. Vsi ostali elementi

sluţijo kot podpora zagotavljanju ustrezne kakovosti izdelka ali procesa.

Podjetje mora z zagotovitvijo ustrezne kakovosti doseči naslednje:

v izdelku ali storitvi mora kupec videti najvišjo moţno vrednost,

proizvajalec mora biti sposoben narediti izdelek z najniţjimi moţnimi stroški.

3.3 Sistem vodenja kakovosti

Pristop po sistemu zagotavljanja kakovosti je nujen za konkurenčnost in uspešnost podjetja.

V sistem morajo biti vpletene vse strukture podjetja, od vodstva do izvajalcev najosnovnejših

delovnih operacij. Sistem, ki vključuje vse izvedbene, podporne in organizacijske vidike

zagotavljanja kakovosti, imenujemo sistem vodenja kakovosti (angl. Quality management

system). Ta izraz definira slovenski standard SIST EN ISO 9001:2008 (privzet mednarodni


- 7 -

standard ISO 9001:2008), ki podaja mednarodno usklajene zahteve za sistematično

zagotavljanje kakovosti.

Sistem vodenja kakovosti temelji na naslednjih sistemskih parametrih:

odgovornost in politika kakovosti najvišjega vodstva,

elementi vodenja kakovosti in njihovo vzajemno delovanje,

organizacija in definicija odgovornosti,

postopki in navodila,

metode in tehnike vodenja kakovosti,

tehnična oprema,

informacijski sistem,

motivacija in šolanje,

popolna dokumentacija sistema kakovosti, dokazila o kakovosti.

V standardu DIN 8402 je sistem vodenja kakovosti definiran kot sistem, ki povezuje

organizacijsko strukturo, odgovornosti, postopke, procese in razpoloţljiva sredstva (vire) za

uresničitev vodenja kakovosti.

3.4 Načela sistema vodenja kakovosti

Uspešen sistem vodenja kakovosti temelji na naslednjih načelih:

zajema celotno podjetje,

temelji na racionalnem obnašanju vseh zaposlenih,

vključuje vse delavce podjetja,

procesi se usmerjajo glede na izdelke,

preventiva pred napakami je temeljno načelo podjetja,

aktivno spremljanje podatkov je osnova za stalne izboljšave.


- 8 -

3.5 Zahteve standarda ISO 9001

Če ţeli neko podjetje delovati v skladu z zahtevami standarda ISO 9001, mora:

identificirati vse osnovne, podporne in vodstvene procese (npr. trţenje, razvijanje,

nabavljanje, prodajanje, servisiranje, informiranje, upravljanje, nadziranje),

določiti medsebojno povezavo procesov in medsebojne vplive med procesi,

določiti kriterije in metode za učinkovito delovanje in obvladovanje procesov,

zagotoviti vire in informacije za delovanje in nadzor procesov,

zagotoviti nadzor, meritve in analizo procesov,

določiti ukrepe za doseganje planiranih rezultatov procesov

določiti ukrepe za nenehno izboljševanje procesov

določiti ukrepe za obvladovanje zunanjih procesov (kooperacije, storitve, itd.).

Snovalci standardov so v reviziji leta 2000 uvedli procesni pristop. To pomeni, da je bil

standard napisan tako, da podaja zahteve za zagotavljanje kakovosti v okviru procesov, ki

temeljijo na načrtovanju, vodenju, izvedbi, merjenju, analizi in izboljšavah.

V praksi to pomeni, da ko naletimo na problem, ki ima za posledico poslabšanje kakovosti

izdelka ali storitve, to rešujemo v širšem sklopu procesa, znotraj katerega se je ta teţava

pojavila. Ti procesi so celovito definirani in evidentirani. Procesov je toliko, da z njimi

zajamemo vse aktivnosti, ki oţje in širše sluţijo proizvodu izdelka ali storitve. Na ta način

imamo procesno definirane aktivnosti, ki jih nato, ko nastopi motnja, tudi procesno rešujemo.

Procese deli v:

osnovne,

vodstvene in

podporne.

Osnovni procesi so tisti, ki so neposredno potrebni za izdelavo izdelka ali izvedbo storitve

(npr. proces mehanske obdelave, proces sklepanja zavarovalniških pogodb z zavarovanci,

proces zdravljenja bolnika, itd.). Rečemo jim lahko tudi operativni procesi.


- 9 -

Z vodstvenimi procesi zagotavljamo ustrezno delovanje celotnega podjetja ter

komunikacijo z dobavitelji in odjemalci. Zajemajo tudi meritve uspešnosti podjetja na trgu in

sprejemanje odločitev o prilagajanju kakovosti izdelka ali storitve zahtevam trga.

Podporni procesi zagotavljajo ustrezne vire za delovanje osnovnih procesov. Ustrezne

človeške vire zagotavlja npr. proces kadrovanja, ustrezen material, stroje, orodja ipd.,

zagotavlja proces nabave, ustrezno delovanje delovnih sredstev zagotavlja proces vzdrţevanja

itd.

Za vsak proces morajo biti določeni:

cilji,

potrebni viri,

procesne aktivnosti,

vhodni in izhodni parametri – kazalniki,

način nadzora in merjenja uspešnosti in učinkovitosti,

naravnanost procesa na neprestane izboljšave.

Koncept procesne orientiranosti podjetja je prikazan na sliki. Na sliki je narisan samo en

osnovni proces kot primer proizvodnje enostavnega izdelka. Število osnovnih procesov je

lahko seveda tudi večje, če podjetje proizvaja bolj kompleksne izdelke.

Slika 3.2: Koncept procesne orientiranosti podjetja [1]


- 10 -

V osnovnem procesu so aktivnosti (A1 do An) za izdelavo izdelka. Načrt za kakovost

procesa, ki definira izvedbo vseh aktivnosti, nastane na osnovi zahtev trga. Po procesu je

potrebno z uporabo meritev določiti, če smo dosegli zastavljen načrt. Če smo ga, lahko gre

izdelek na trg, v procesu pa niso potrebne spremembe. Če je rezultat meritve negativen

(ugotovljena neskladnost glede na zastavljen načrt), moramo izdelek blokirati in narediti

procesno analizo in predlog izboljšave.

Vire za izvedbo procesnih aktivnosti zagotovijo podporni procesi, zadovoljstvo na trgu

pa merijo vodstveni procesi, ki so tudi odgovorni za morebitne spremembe načrta kakovosti

osnovnega procesa.

Na sliki 3.3 je narisan krog t. i. Demingov krog in predstavlja aktivnosti za zagotovitev

kakovosti procesa oz. procesne aktivnosti. Prva aktivnost je načrtovanje (ang. Plan – P), sledi

izvedba (ang. Do – D), po izvedbi sledi preverjanje (ang. Check – C), po preverjanju pa (po

potrebi) ukrep (ang. Act – A).

Slika 3.3: Demingov krog [1]

Celoten sistem procesov mora biti usmerjen v kontinuirane izboljšave. Na dinamičnem trgu

namreč stagnacija (stanje brez izboljšav) pomeni nazadovanje in izgubo konkurenčnosti. Krog

nenehnih izboljšav, kot ga definira standard ISO 9001:2008, je prikazan na sliki 3.4. Vodstvo

podjetja je odgovorno, da spremlja razmere ne trgu predvsem s stališča zahtev po kakovosti in

obnašanja konkurence. Na osnovi podatkov o razmerah na trgu se z uvajanjem izboljšav


- 11 -

aktivno spreminja in prilagaja načrt kakovosti. Za predlaganje izboljšav so odgovorni vsi

zaposleni, vodstvo pa mora zagotoviti potrebne pogoje in ukrepe za stimuliranje predlogov.

Napredna podjetja obravnavajo na letni ravni tudi pet do deset predlogov na vsakega

zaposlenega, skupno število pa v nekaterih primerih znaša tudi petdeset tisoč ali več.

Slika 3.4: Krog nenehnih izboljšav [8]

Pri krogu izboljšav so pomembne tudi povezave med procesi. Ena od zahtev standarda ISO

9001:2008 je, da podjetje izdela mreţo procesov, ki jasno definira medsebojno povezanost

med procesi. Procesi namreč v večini primerov niso neodvisni, ampak je vhod v nek proces

odvisen od kakovosti izhoda iz enega ali več predhodnih procesov. Relacije morajo biti jasno

določene.


- 12 -

4 OSNOVE MEROSLOVJA

4.1 Pomen meritev

Merjenje je proces empiričnega objektivnega pripisovanja številskih vrednosti lastnostim

objektov in dogodkov v resničnem svetu z namenom, da jih čim bolj verodostojno opišemo.

Merjenje je najosnovnejša znanstvena metoda. Ker znanost teţi k objektivnemu

opisovanju vesolja, je merjenje opazovanega cilj, h kateremu je usmerjeno znanstveno

raziskovanje. Merjenje omogoča, da opišemo znanstvene zakone in teorije s pomočjo

preciznega matematičnega jezika. Znanost teţi k opisovanju celotnega obsega znanja z

uporabo merjenih podatkov, izraţenih na matematični način. Lahko je seveda vprašljivo, ali

so fizikalne znanosti, ki v popolnosti slonijo na merjenjih in matematičnih formalizmih,

primerni vzorci za preostala področja znanja. Kljub temu pa splošna pomembnost merjenja

ne more biti vprašljiva.

Če lastnost objekta ali dogodka opišemo s številom, nosi to število informacijo o

lastnosti. Sodobna tehnologija je naredila ogromen korak v razvoju instrumentalnih sredstev

za zajemanje informacij o fizičnih objektih in dogodkih. Informacije so v obliki fizikalnega

signala, ki ga je moţno obdelati in uporabiti za različne namene. Informacije lahko

predstavimo v obliki števila, ki predstavlja izmerjeno vrednost, ali pa jih uporabimo za

odločitve, nadzor in regulacije. Zmogljiva moderna sredstva za zajemanje in obdelavo

informacij sestavljajo ţivčevje in moţgane širokega spektra modernih tehniških sistemov

(kemija, proizvodnja energije, industrija, letalstvo, vesoljska tehnika …).

Merjenje je univerzalno in nepogrešljivo. Proces merjenja se običajno zdi sam po sebi

zelo razumljiv. Nobenega posebnega problema ne vidimo v merjenju dolţine predmeta, npr. 1

m, ter v predstavitvi in obravnavi te informacije. Iz tega razloga večina literature s področij

fizikalne znanosti in tehnologije ne posveča posebne pozornosti definiciji ali analizi koncepta

merjenja. Zmoţnost za merjenje ter za zbiranje, shranjevanje, urejanje in primerjanje

podatkov je ena od odlik človeškega rodu in podlaga številnih dejavnosti. Pri merjenju

velikokrat naletimo na teţave, ki lahko izvirajo iz same definicije merjene veličine, enot za

izraţanje merilnih veličin, iz pogojev merjenja (npr. zaradi raztezanja materialov),

uporabljenih instrumentov ipd. Primeri, pri katerih merilni problemi izvirajo iz teţav pri

definiranju enot, so nekatere lastnosti materialov, ki so tehnično zelo pomembne: npr. trdota,


- 13 -

»zmečkljivost«, »mazalnost« … Meroslovje, ki se kot znanstvena disciplina ukvarja s teorijo

merjenja, nam lahko da napotke in postopke, kako vzpostaviti ustrezne enote za merilne

veličine v takšnih primerih.

Poleg praktične pomembnosti ima teorija merjenja tudi globlji filozofski pomen. Ker je

merjenje osnovno orodje za spoznavanje vsega, kar nas obdaja, je zelo pomembno, da

poznamo naravo merjenja. V zadnjih stotih letih smo priča močnemu razvoju razumevanja

osnov matematike in logike – znanosti, ki sta v preteklosti sloneli na nejasnih in intuitivnih

temeljih. Teorijo in filozofijo merjenja lahko štejemo za del tega plodnega razvoja. V vsakem

fizikalnem članku so očitno ali prikrito omenjeni izidi merjenja, če ţe članek ni poročilo o

merjenju.

Na merjenju ne temelji samo znanost, temveč celotno naše ţivljenje. Začnimo npr. s

trgovino. Vsa ţivila se prodajajo na osnovi izmerjenih vrednosti (masa, volumen), merimo

npr. dolţino električnih kablov, desk, talnih oblog, zaves itd. Vsak dan nam merijo porabo

vode, elektrike, plina, toplote. Tudi meritev hitrosti avtomobila, ki jo opravi policija, ima

lahko posledice. Količine aktivnih substanc v medicini, različni elementi v krvnih vzorcih,

fizikalne veličine pri laserskih operacijah itd. morajo biti izmerjeni izjemno točno, saj lahko

nepravilni rezultati neposredno vplivajo na človeško zdravje. Skoraj nemogoče je karkoli iz

našega vsakdanjika opisati brez uporabe mer in uteţi: čas, količina padavin, kapaciteta pljuč,

vsebnost alkohola, sobna temperatura, tlak v pnevmatikah, višina gora, zračni tlak in

temperatura, hitrost atleta ali smučarja,…

Slika 4.1: Primeri meritev iz vsakdanjega ţivljenja


- 14 -

Meritve imajo izreden pomen tudi v industriji. Z meritvami ugotavljamo kakovost

proizvodov in procesov. Meritve so osnova za regulacijo procesov. Na osnovi meritev

podjetje kupuje surovine in ocenjuje svoje dobavitelje. Isto podjetje ocenjuje odjemalec na

osnovi meritev. Sistematično načrtovane in izvedene meritve z znano merilno negotovostjo so

osnova za nadzor kakovosti. Ocenimo lahko, da predstavlja v sodobni industriji strošek

meritev 10 – 15 % skupnega stroška proizvodnje. Skupni strošek meritev v Evropi predstavlja

6 % BDP. Znanost o merjenju – meroslovje – je najbrţ najstarejša znanost na svetu. Znanje o

njeni uporabi je potrebno v praktično vseh poklicih, ki temeljijo na znanosti.

Slika 4.1: Primeri meritev v industriji

4.2 Merilna negotovost

4.2.1 Merilni pogrešek

Merilni pogrešek je razlika med merilnim rezultatom in pravo vrednostjo merjene veličine

(merilni rezultat minus prava vrednost merjene veličine).

Ker prave vrednosti (vrednosti, ki ustreza definiciji določene veličine in bi jo dobili z

»idealnim« merjenjem) ni mogoče ugotoviti, se v praksi uporablja dogovorjena prva vrednost

(vrednost, pripisana določeni veličini, ki je z dogovorom sprejeta kot tista vrednost, ki ima za

dani namen primerno negotovost; običajno je to vrednost referenčnega etalona).


- 15 -

Slika 4.2: Vrste merilnih pogreškov [1]

4.2.1.1 Grobi pogrešek

Mednarodni slovar osnovnih in splošnih izrazov s področja meroslovja grobih pogreškov

sicer ne opredeljuje kot meroslovni pojem, a jih lahko najdemo v drugi literaturi. Vzrok za to

je verjetno v tem, da grobi pogreški nimajo oz. ne bi smeli imeti vpliva na merilni rezultat.

Grobi pogrešek običajno nastane zaradi napake merilca, ki je lahko posledica nezbranosti,

nepozornosti, neizkušenosti itd. Tak pogrešek lahko povzroči tudi nepravilno delovanje

merilnega instrumenta, napaka v programski opremi itd.

Grobe pogreške prepoznamo kot odmike od referenčne vrednosti merjene veličine, ki

so mnogo večji od vseh drugih oz. predvidenih odmikov. Če je merilec dovolj usposobljen in

izkušen ter dobro pozna tehniško področje, na katerem opravlja meritve, bo grobi pogrešek z

lahkoto zaznal. Če pa merilec nima vseh navedenih lastnosti, se lahko zgodi, da bo grobi

pogrešek ostal v merilnem rezultatu, kar lahko privede do napačnih odločitev in posledično do

velike škode.

Grobi merilni pogrešek odstranimo iz merilnega rezultata tako, da meritev ponovimo.

Če sumimo, da je kriv merilni instrument ali programska oprema, ponovimo meritev na drugi

opremi. Po odpravi grobega pogreška merilni rezultat še vedno vsebuje sistematične in

naključne pogreške.

Primer: Merimo premer izvrtine Ø100 mm s toleranco ±0,05 mm.


- 16 -

Izmerjena vrednost je: D = 100,103 mm.

Dober merilec, ki ve, kaj meri, bo takoj zaznal, da nekaj ni v redu. Odmik od

referenčne vrednosti je namreč več kot dvakrat večji od dovoljenega odmika, ki ga definira

toleranca mere. Seveda je moţno tudi, da ima merjenec (obdelovanec) res takšno mero zaradi

neke anomalije pri obdelavi, vendar se moramo v to prepričati s ponovno meritvijo (ali več

meritvami), po potrebi pa se mora merilec posvetovati še s tehnologom.

4.2.1.2 Relativni pogrešek

Relativni pogrešek je merilni pogrešek, deljen s pravo vrednostjo merilne veličine.

Ker prave vrednosti ne poznamo, v praksi pogrešek običajno delimo z referenčno

vrednostjo veličine (vnaprej predpisana vrednost), ki jo pogosto imenujemo tudi nazivna ali

imenska vrednost (npr. mera na konstrukcijski risbi). Če referenčne oz. nazivne vrednosti ne

poznamo, uporabimo dogovorjeno pravo vrednost ali pa kar izmerjeno vrednost.

Relativni pogrešek po navadi pomnoţimo s 100, da ga izrazimo v odstotkih (glede na

pravo oz. nazivno vrednost merjene veličine).

4.2.1.3 Naključni pogrešek

Naključni pogrešek je merilni rezultat minus srednja vrednost, ki bi jo dobili iz neskončnega

števila meritev iste merjene veličine pri istih pogojih ponovljivosti.

Naključni pogrešek je merilni pogrešek minus sistematični pogrešek.

Ker lahko izvedemo le končno število meritev, je naključni pogrešek moţno zgolj

oceniti. Naključni pogreški nastanejo zaradi nedoločljivih sprememb opredmetene mere,

merilnega instrumenta, merjenca, parametrov okolice ter merilca in povzročijo raztros

rezultatov pri (navidezno) istih merilnih pogojih.


- 17 -

Slika 4.3: Teoretični in eksperimentalni naključni pogrešek [1]

Če bi izvedli neskončno število meritev in bi izrazili rezultat kot srednjo vrednost teh

meritev ( ), bi naključne pogreške ( ) v celoti odstranili iz merilnega rezultata. Ker pa

lahko v praksi izvedemo le končno število meritev, je korekcija naključnega pogreška lahko

zgolj pribliţna ( ).

V industrijski praksi si ponavljanja meritev ne moremo privoščiti, ker nam to lahko

povzroči zastoje v proizvodnji, pa tudi stroškovno ni opravičljivo. Zato naključnih pogreškov

ne moremo izločiti iz meritve. Lahko pa naredimo enkraten eksperiment za določen merilni

postopek in ocenimo komponento merilne negotovosti, ki jo povzročijo naključni pogreški.

Izrazimo jo kot standardni odmik merilnih vrednosti v izvedenem eksperimentu.

Primeri naključnih pogreškov:

Pogrešek pri razbiranju merilne vrednosti: pri razbiranju lege kazalca na klasični

merilni skali s črticami je razbrana vrednost odvisna od kota, pod katerim merilec

pogleda na skalo (paralaksa), ter od subjektivne ocene merilca (kadar je kazalec med

dvema črticama).

Pogrešek zaradi vibracij: prenos vibracij s tal na merilni instrument pri mehanskih

merjenjih (npr. dolţine in mase) povzroči nihanja v merilnem sistemu in posledično

nihanja v kazanju merilne vrednosti na merilnem instrumentu.

Pogrešek zaradi nihanja omreţne napetosti: pri meritvah električnih veličin in pri

meritvah drugih veličin, pri katerih se merilni signal pretvori v električno veličino,

lahko zaradi nihanja omreţne napetosti izhodni signal nekontrolirano zaniha, čeprav se

merjena veličina ni spremenila.


- 18 -

Pogrešek zaradi zračnosti v vodilih mehanskih merilnih instrumentov: pozicija nekega

elementa (npr. tipala) merilne naprave je lahko zaradi zračnosti v vodilih (ali leţajih)

pri ponavljanju meritve iste vhodne veličine različna in zato dobimo različne merilne

rezultate pri nespremenjeni vrednosti vhodne veličine.

Pogrešek zaradi naključnih nihanj parametrov okolice: nenadzorovana nihanja

parametrov okolice (npr. nihanje temperature pri klimatizaciji ali dvig temperature

zaradi vklopa neke druge električne naprave v bliţini merilnega mesta) povzročijo

nenadzorovano spremembo lastnosti merjenca in merila in vplivajo na merilni rezultat.

4.2.1.4 Sistematični pogrešek

Sistematični pogrešek je srednja vrednost, ki bi jo dobili iz neskončnega števila meritev iste

merjene veličine pri istih pogojih ponovljivosti, minus prava vrednost merjene veličine. Tako

kot prava vrednost tudi sistematični pogrešek in vzroki zanj ne morejo biti v celoti poznani.

To so pogreški, ki imajo pri istih merilnih pogojih (ista merilna naprava, prostor, pogoji

okolice, merilec, metoda oz. postopek) vedno isto vrednost in predznak. Ţe ime pove, da

nastanejo iz sistematičnih, torej poznanih vzrokov. Zato jih lahko računsko obvladujemo.

Sistematične pogreške lahko razčlenimo na določljive in nedoločljive. V bistvu ne gre

za dve ločeni vrsti pogreškov, ampak za to ali imamo na razpolago dovolj podatkov za

izračun sistematičnega pogreška. Če za ta izračun nimamo ustreznih podatkov (npr. vrednosti

odmika temperature od referenčne temperature za izračun temperaturnega raztezka materiala),

je ta pogrešek nedoločljiv. Če podatke za izračun sistematičnega pogreška imamo, ga sicer

lahko izračunamo in odstranimo iz merilnega rezultata (pogrešek je določljiv), vendar pa se

moramo zavedati, da podatki niso absolutno točni (vsak izmerjeni oz. eksperimentalno

določeni podatek vsebuje neki pogrešek) in zato tudi izračun pogreška ni absolutno točen.

Razlika med izračunano in pravo vrednostjo pogreška je spet neki nedoločljiv pogrešek, ki ga

moramo upoštevati v negotovosti meritve.

Primer: Tipični sistematični pogrešek pri merjenju dolţin se pojavi zaradi temperaturnega

raztezanja materiala. Če predpostavimo, da je odmik temperature merjenca od referenčne

temperature enak in ima material merjenca z dolţino linearno temperaturno razteznost α,

bo sistematični pogrešek, ki ga povzroči raztezanje merjenca, enak:


- 19 -

(4.1)

Predpostavimo, da so prave vrednosti veličin (ki jih nikoli ne poznamo) naslednje:

Prava vrednost sistematičnega pogreška izračunana po enačbi 4.1 je:

V praksi imamo glede vrednotenja tega pogreška naslednje moţnosti:

1. Če temperature ne merimo, ali ne poznamo temperaturne razteznosti materiala,

sistematičnega pogreška ne moremo določiti, zato je to nedoločljiv pogrešek in bo

torej v celoti vsebovan v merilnem rezultatu.

2. Če med meritvijo merimo temperaturo in poznamo temperaturno razteznost materiala,

lahko sistematični pogrešek iz merilnega rezultata odstranimo, vendar pa se moramo

zavedati, da nikdar ne poznamo pravih vrednosti obravnavanih vplivnih veličin.

Predpostavimo, da je:

izmerjeni odmik temperature od referenčne vrednosti: ,

temperaturna razteznost dobljena iz priročnika pa: .

Izračunani (določljivi) sistematični pogrešek za nazivno dolţino merjenca 100 mm bo:

Če primerjamo ta pogrešek s predpostavljenim pravim pogreškom, ugotovimo, da je razlika

– . To razliko bo merilni rezultat še vedno vseboval kot nedoločljivi

deleţ sistematičnega pogreška.

3. Temperature ne merimo, vendar pa lahko na osnovi dolgoročnega poznavanja pogojev

meritve določimo interval, v katerem se temperatura v prostoru giblje. Glede na ta

interval predpostavimo največji moţni odmik temperature merjenca od referenčne

temperature. Na podoben način lahko glede na material merjenca določimo iz


- 20 -

priročnika interval temperaturne razteznosti. Iz mejnih vrednosti obeh intervalov lahko

določimo interval raztezka – sistematičnega pogreška, ki ga upoštevamo pri določitvi

negotovosti meritve.

V tretjem primeru imamo opravka z nedoločljivim sistematičnim pogreškom, vendar pa smo

(za razliko od primera 1) ocenili interval, v katerem se giblje. Primer 1 se v praksi ne bi smel

pojaviti.

Primeri sistematičnih pogreškov:

Pogrešek merilnega instrumenta: merilni instrument zaradi različnih vplivov (vgrajena

opredmetena mera, točnost izdelave sestavnih delov, materiali sestavnih delov,

justiranje pri montaţi, konstrukcija …) pokaţe vrednost, ki ni enaka pravi vrednosti

merjenega objekta. Ta pogrešek se imenuje odstopanje (s tujko: bias) merilnega

instrumenta.

Odstopanja etalonov: etalone uporabljamo za umerjanje in naravnavanje (justiranje)

merilnih instrumentov, zato se odmik mere etalona od referenčne vrednosti

neposredno odraţa kot deleţ sistematičnega pogreška pri meritvi. Na odstopanje

etalona vplivajo točnost izdelave in časovne spremembe (lezenje).

Pogreški zaradi merilne sile in sile teţe: predvsem pri merjenju dolţin se pojavijo

zaradi merilne sile in sile teţe (merjenca) deformacije na merjencu in merilnem

instrumentu, ki neposredno vplivajo na merilni rezultat.

Pogreški zaradi vplivov okolice: parametri okolice, kot so temperatura (ţe omenjena v

primeru), tlak, vlaţnost zraka, nečistoče ipd., spremenijo lastnosti merjenca in merila,

zato merilni rezultat ne odraţa prave vrednosti merjene veličine. Tlak okolice npr.

vpliva na meritev tlaka s tlačno tehtnico in na valovno dolţino laserskega ţarka pri

meritvi dolţin, vlaţnost vpliva npr. na maso etalona za maso in na volumen

higroskopičnega materiala, nečistoča spremeni dolţino merjenca ipd.

Pogreški zaradi veriţnega vpliva večih veličin: kadar je rezultat preračunan iz več

izmerjenih vrednosti (npr. tlak, izračunan iz mase, površine in zemeljskega pospeška),

se kaţejo sistematični pogreški vhodnih veličin v skupnem sistematičnem pogrešku

meritve.


- 21 -

4.2.1.5 Odmik

Odmik je razlika med vrednostjo neke veličine in njeno referenčno vrednostjo (vrednost

veličine minus referenčna vrednost).

V praksi je najboljši pribliţek vrednosti veličine izmerjena vrednost, saj prave

vrednosti ne poznamo nikdar. Odmik v praksi pogosto imenujemo tudi »odstopanje« ali

»odstopek«.

Ponazoritev pogreška in odmika na številski premici:

Slika 4.4: Pogrešek in odmik na premici [1]

Na sliki 4.5 je lepo vidno, da je razlika med ugotovljenim odmikom (v praksi) in teoretičnim

odmikom enaka (merilnemu) pogrešku. V primeru na sliki je ugotovljeni odmik večji od

teoretičnega, ker je pogrešek pozitiven. Če bi bil pogrešek negativen, bi bil ugotovljeni odmik

manjši od teoretičnega (če bi bila absolutna vrednost negativnega pogreška večja od odmika,

bi dobili celo negativno vrednost ugotovljenega odmika).

4.2.2 Definicija merilne negotovosti

Negotovost meritve pomeni dvom v veljavnost merilnega rezultata. Je odraz pomanjkljivega

poznavanja natančne vrednosti merilne veličine. Rezultat meritve je po korekciji zaradi vpliva

določljivih sistematičnih pogreškov še vedno samo ocena vrednosti merjene veličine, in sicer

zaradi negotovosti, ki jo povzročajo naključni pogreški in nedoločljivi sistematični pogreški.

Izraz merilna negotovost ima negativen prizvok, saj ţelimo predvsem pri preciznih

meritvah biti gotovi, da je merilni rezultat pravilen. Če se torej tej negotovosti (dvomu) iz ţe

naštetih razlogov ne moremo izogniti, ţelimo vsaj, da je čim manjša. Majhno negotovost pa


- 22 -

lahko doseţemo samo tako, da dobro obvladujemo vse parametre, ki vplivajo na merilni

rezultat (instrument, merilec, metoda, postopek, merjenec, okolje). Če nekdo ob merilnem

rezultatu ne poda merilne negotovosti, to ne pomeni, da meri absolutno točno, saj je to

nemogoče, pač pa pomeni, da ne obvladuje meritve.

Definicija izraza negotovost meritve po VIM [6]:

Negotovost meritve je parameter, ki je povezan z merilnim rezultatom in označuje raztros

vrednosti, ki jih je mogoče upravičeno pripisati merjeni veličini.

Omenjeni parameter je lahko npr. standardni odmik (ali njegov mnogokratnik) ali

polovična širina intervala z določenim nivojem zaupanja. Negotovost meritve zdruţuje v

splošnem veliko komponent. Nekatere od njih lahko ovrednotimo s pomočjo statističnih

porazdelitev rezultatov serij meritev – označuje jih eksperimentalni standardni odmik (tip A

ovrednotenja negotovosti meritve). Druge komponente, ki jih prav tako označuje standardni

odmik, pa ovrednotimo s pomočjo predpostavljenih verjetnostnih porazdelitev na osnovi

izkušenj ali drugih informacij (tip B ovrednotenja negotovosti meritve).

Negotovost pripišemo merilnemu rezultatu z namenom, da številsko ovrednotimo

merilno točnost. Vsak kakovosten merilni rezultat mora vsebovati tudi podatek o merilni

negotovosti. Označujemo jo s črko U (angl. Uncertainty).

Primer merilnega rezultata s pripisano merilno negotovostjo:

ali pa:

;

K negotovosti moramo pripisati še stopnjo zaupanja, ki jo izrazimo s statistično

verjetnostjo v odstotkih ali s faktorjem širitve.

Negotovost meritve bi poenostavljeno lahko označili kot interval okrog izmerjene

vrednosti, v katerem z neko določeno stopnjo verjetnosti leţi prava vrednost merjene veličine.

O stopnji verjetnosti oz. zaupanja govorimo zato, ker je interval zgolj ocena, ki temelji na

oceni preostanka pogreškov v merilnem rezultatu.


- 23 -

Slika 4.5: Interval merilne negotovosti [1]

Poenostavljena shema merilne negotovosti ( ) prikazuje interval (– , ) okrog

izmerjene vrednosti ( ) ter moţne prave vrednosti merjene veličine ( … ). Merilno

negotovost podajamo kot absolutno (pozitivno) vrednost, ki predstavlja polovico celotnega

intervala, v katerem naj bi bila prava vrednost merjene veličine.

Z lego moţne prave vrednosti merjene veličine smo ponazorili verjetnost, da se v

določenih primerih prava vrednost pojavi tudi zunaj ocenjenega intervala merilne negotovosti.

Takšni primeri v praksi niso zaţeleni, saj negotovost podajamo prav zato, da uporabniku

meritve podamo interval največjega moţnega pogreška, na osnovi katerega se bo odločal o

ustreznosti oz. neustreznosti izmerjene veličine.

Pojavi se torej dilema o sprejemljivi ravni zaupanja v izjavo o merilni negotovosti. Če

bi bila ta 100 %, se nikdar ne bi zgodilo, da se pojavi prava vrednost merjene veličine zunaj

definiranega intervala. V praksi bi bilo to moţno le tako, da bi statistično ocenjeni interval

znatno razširili (če bi npr. interval na sliki 4.6 ustrezno povečali, bi vrednost leţala

znotraj intervala), vendar bi potem dobili preveliko merilno negotovost, ki bi odraţala

nerealno sliko o naši merilni zmogljivosti. Če pa je ocenjeni interval negotovosti premajhen

(nismo v zadostni meri upoštevali vseh vplivov na negotovost), bo podatek o naši merilni

zmogljivosti »predober« in se bo dogajalo, da bodo pogreški velikokrat presegali ocenjene

meje.


- 24 -

4.2.3 Standardna in razširjena merilna negotovost

Ker je negotovost vedno le ocenjena vrednost in ker moramo nekako določiti stopnjo

zaupanja v to oceno, temelji določanje merilne negotovosti na statistični verjetnosti. Kot

primer si oglejmo eksperiment, pri katerem smo n–krat ponovili neko meritev in dobili

(pribliţno) normalno porazdelitev podatkov.

Slika 4.6: Normalna porazdelitev merilnih rezultatov [1]

Osnova za izračun raztrosa izmerjenih vrednosti na sliki 4.7 je standardni odmik . Ploščine

odsekov pod krivuljo verjetnosti predstavljajo verjetnost, da se bo izmerjena vrednost pojavila

v določenem odseku. Predstavljeni so trije tipični intervali porazdelitve verjetnosti. Če raztros

predstavimo kot interval , bo verjetnost, da je izmerjena vrednost znotraj intervala,

pribliţno 68 %. Če prejšnji interval raztrosa razširimo za faktor 2 ( ), bo verjetnost

povečana na pribliţno 95 %, pri intervalu pa je verjetnost okrog 99,7 %.

Če predstavljeno teorijo prenesemo na izjavo o merilni negotovosti, lahko ugotovimo

naslednje:

1. Če je merilna negotovost , bo raven zaupanja v našo izjavo pribliţno 68 %, kar

pomeni, da v 32 % primerov ne bo drţala.

2. Če je merilna negotovost , bo raven zaupanja v našo izjavo pribliţno 95 %, in

torej ne bo drţala le še v 5 % primerov.

3. Če je merilna negotovost , bo raven zaupanja v našo izjavo pribliţno 99,7 %,

kar pomeni, da v 1000 primerih ne bo drţala le petkrat.


- 25 -

Zavedati se moramo, da s statistično analizo raztrosa ponovljenih meritev iste veličine pod

nespremenjenimi pogoji ne moremo v celoti ovrednotiti merilne negotovosti. Ovrednotimo

lahko le tisti deleţ, ki je posledica naključnih pogreškov, ne pa tistega, ki ga povzroči

nepopolna korekcija sistematičnih pogreškov. Zato je vrednotenje merilne negotovosti mnogo

bolj kompleksno kot v predstavljenem primeru.

4.2.3.1 Standardna negotovost

Standardna negotovost je negotovost merilnega rezultata, izraţena kot standardni odmik [4].

Standardno negotovost označujemo z malo črko u:

(4.2)

V postopku vrednotenja merilne negotovosti vedno operiramo s standardno negotovostjo.

Ovrednotimo jo lahko s statistično analizo serije opazovanj ali na osnovi podatkov iz

priročnikov, poročil, certifikatov …

4.2.3.2 Razširjena negotovost

Razširjena negotovost je veličina, ki označuje interval okrog merilnega rezultata, za katerega

se lahko pričakuje, da obsega velik deleţ porazdelitve vrednosti, ki jih je moč upravičeno

pripisati merjeni veličini [4].

Razširjeno negotovost uporabljamo za komercialno predstavitev naših merilnih zmogljivosti

(točnosti meritev). Standardna negotovost za to ni primerna, ker je raven zaupanja v izjavo

prenizka.

Razširjeno negotovost pišemo z veliko črko in je enaka mnogokratniku standardne

negotovosti .

(4.3)

Faktor k imenujemo faktor širitve in ga izberemo glede na ţeleno stopnjo zaupanja v izjavo o

merilni negotovosti. Običajno je enak 2 ali 3 (raven zaupanja 95 % ali 99,7 %). V splošni

industrijski praksi in v laboratorijih, ki umerjajo merila, običajno uporabljamo faktor .

Faktor uporabljamo le v posebnih primerih, ko je zahtevana izjemno visoka stopnja

zaupanja v merilni rezultat.


- 26 -

Ko ob merilnem rezultatu navajamo merilno negotovost, bi morali obvezno navesti

tudi faktor širitve .

Ker večina uporabnikov merilnih rezultatov nima poglobljenega znanja o merilni

negotovosti, lahko uporaba različnih faktorjev širitve privede do zmede na trgu glede

kakovosti izvajalcev določenih meritev.

Primer:

Na trgu se pojavljajo trije izvajalci neke zahtevne meritve, ki točnost svojih meritev

deklarirajo z merilno negotovostjo.

Predpostavimo, da so v korektno izvedenem postopku vrednotenja merilne negotovosti prišli

do naslednjih vrednosti standardne merilne negotovosti:

Izvajalec 1:

Izvajalec 2:

Izvajalec 3:

Svojo merilno negotovost predstavijo na trgu kot razširjeno negotovost, vendar pa uporabijo

različne faktorje širitve (in s tem tudi različne stopnje zaupanja v izjavo o negotovosti).

Izvajalec 1:

Izvajalec 2:

Izvajalec 3:

Iz standardnih negotovosti vidimo, da je izvajalec 3 najboljši, saj ima najmanjšo negotovost

meritve. Najslabši je izvajalec 1 (največja negotovost = najmanjša točnost). Vendar pa bo to

ugotovil samo ekspert, ki natančno ve, kaj je negotovost, kaj faktor širitve, stopnja zaupanja

itd.

Potencialni uporabnik meritve, ki išče izvajalca, bo seveda ocenil kakovost naših treh

ponudnikov na osnovi podane razširjene negotovosti. Če ne pozna ozadja izračuna

negotovosti in pomena faktorja širitve, bo ocenil, da je najboljši ponudnik izvajalec 1, saj ima

najmanjšo razširjeno merilno negotovost (trţni podatek), najslabši pa je izvajalec 3. Ob tem se

ne zaveda, da izjava izvajalca 1 drţi le v 68 % primerov.


- 27 -

4.3 Umerjanje in sledljivost

4.3.1 Umerjanje

Umerjanje (kalibracija), je niz operacij za ugotavljanje povezave med vrednostmi, ki jih kaţe

merilni instrument ali merilni sistem, oz. vrednostmi, ki jih predstavlja opredmetena mera ali

referenčni material, in pripadajočimi vrednostmi, realiziranimi z etaloni pri določenih pogojih.

Rezultat umerjanja omogoča bodisi pripis vrednosti merjenih veličin kazanju

merilnega instrumenta bodisi določanje korekcij glede na kazanje. Z umerjanjem je mogoče

ugotoviti tudi druge meroslovne lastnosti, npr. učinek vplivnih veličin. Rezultat umerjanja se

lahko zapiše v listini, ki jo včasih imenujemo certifikat o umerjanju (kalibracijski certifikat)

ali poročilo o umerjanju (kalibraciji).

Primer: ugotavljanje odstopanja prikazane mere na vijačnem merilu od poznane mere etalona,

ki ga merimo.

Iz definicije umerjanja, da je to dejavnost, s katero ugotavljamo meroslovne

karakteristike merilnega instrumenta, etalona, opredmetene mere ali referenčnega materiala.

Osnovna veličina, ki jo pri umerjanju ugotavljamo, je odstopanje (s tujko: bias) merilnega

instrumenta. Odstopanje merilnega instrumenta je razlika med pravo vrednostjo merjene

veličine in kazanjem merilnega instrumenta in predstavlja sistematični pogrešek kazanja

instrumenta. Poleg odstopanja ugotavljamo tudi pravilnost delovanja in morebitne poškodbe

merilnega instrumenta.

Pri umerjanju po moţnosti simuliramo meritev z instrumentom, ki ga umerjamo, pri

čemer merimo etalon znane vrednosti (npr. merilno kladico znane dolţine ali uteţ znane

mase). Zavedati se moramo, da vrednost etalona ni prava vrednost merilne veličine, saj ima

tudi vsak etalon določeno odstopanje. Vrednost etalona imenujemo dogovorjena prava

vrednost (vrednost, pripisana določeni veličini, ki je z dogovorom sprejeta kot tista vrednost,

ki ima za dani namen primerno negotovost).


- 28 -

Slika 4.7: Primera umerjanja [1]

Pomembno je, da umerimo merilni instrument po celotnem merilnem območju oz. v

tistem delu merilnega območja, v katerem instrument uporabljamo (če uporabljamo

termometer z merilnim območjem (0 do 100) °C za merjenje sobne temperature v območju

(10 do 30) °C, ga bomo umerili le v območju (10 do 30) °C, saj nam umerjanje v območjih (0

do 10) °C in (>30 do 100) °C prinaša le dodatni strošek, ne pa tudi praktične koristi).

Vprašati se moramo tudi, v koliko merilnih točkah bomo instrument umerili. Če ima

npr. omenjeni termometer ločljivost 0,1 °C, ga lahko v izbranem območju (10 do 30) °C

umerimo v 201 točki, če izberemo vse moţne prikaze merilnega instrumenta, lahko pa

izberemo npr. 21 točk (samo cele stopinje) ali celo manj. Pomembno je tudi, kako so točke

porazdeljene po merilnem območju. Lahko jih izberemo tako, da so porazdeljene enakomerno

z neko konstantno periodo, lahko pa so razporejene tako, da je neki del merilnega območja

pokrit bolj gosto kot drug ipd. Izbira števila in razporeditve točk je odvisna od tipa merilnega

instrumenta, velikosti merilnega območja, ločljivosti in namena uporabe, ki definira dovoljene

meje merilne negotovosti meritve.

Rezultate umerjanja običajno podajamo v obliki preglednice ali diagrama.

4.3.1.1 Perioda umerjanja

Umerjanje je dejavnost, ki jo moramo periodično ponavljati, ker se lahko meroslovne

karakteristike merilnega instrumenta s časom spreminjajo (lezenje ali drift, poškodbe,

preobremenitve ipd.). Časovni interval med dvema zaporednima umerjanjema imenujemo

interval umerjanja ali (re)kalibracijski interval.

Interval umerjanja določi uporabnik merila sam. Pri tem mora upoštevati vrsto

merilnega instrumenta, izkušnje oz. priporočila strokovnjakov, pogostost uporabe in pogoje


- 29 -

uporabe merilnega instrumenta (kdo in kje ga je uporabljal). Za ročna merila za merjenje

dolţin so kalibracijski intervali po navadi eno leto, ob zelo pogosti uporabi ali v neugodnih

pogojih uporabe pa pol leta ali celo manj.

Vsi merilni instrumenti, ki jih uporabljamo v industrijskem procesu za posredno ali

neposredno ugotavljanje kakovostnih karakteristik izdelka v vseh fazah njegovega nastajanja,

morajo biti umerjeni. To zahtevajo tudi vsi standardi, ki se ukvarjajo s sistemi kakovosti (ISO

9001, ISO TS 16949 …). Neumerjen merilni instrument lahko uporabljamo le kot indikator za

določanje informativne vrednosti neke veličine. Seveda tega načela dobri merilci ne

upoštevajo zgolj zaradi presojevalcev sistemov kakovosti, ampak predvsem zaradi tega, da

imajo vedno na razpolago informacije o stanju merilnega instrumenta in da vedo, do kolikšne

mere lahko zaupajo merilnemu rezultatu.

4.3.1.2 Poročilo o umerjanju

Rezultate umerjanja podajamo v poročilu, ki ga imenujemo poročilo o umerjanju, certifikat o

umerjanju ali kalibracijski certifikat. Tak dokument mora vsebovati vsaj naslednje podatke:

naslov »Certifikat (ali poročilo) o umerjanju«,

ime in naslov izvajalca umerjanja (laboratorij, podjetje),

enolična številka certifikata,

datumi izvedbe umerjanja in izdaje certifikata,

številka strani in skupno število strani na vsaki strani,

podatki o naročniku,

podatki o merilnem instrumentu oz. etalonu, ki smo ga umerjali,

podatki o pogojih okolja,

navedba merilne oz. kalibracijske metode,

splošna izjava o sledljivosti rezultatov meritve,

način izraţanja merilne negotovosti,

merilni rezultat (rezultat umerjanja),

podpis izvajalca umerjanja (neobvezno, je pa dobra laboratorijska praksa),

podpis osebe, ki je odobrila certifikat, ter ţig,

merilna negotovost,

etaloni in merilni instrumenti, ki smo jih uporabili pri umerjanju, ter izjava o

sledljivosti.


- 30 -

4.3.2 Sledljivost merilnega rezultata

Sledljivost je lastnost meritvenega rezultata ali vrednosti etalona, ki omogoča navezavo na

navedene reference, po navadi nacionalne ali mednarodne etalone, z neprekinjeno verigo

primerjav, ki imajo opredeljeno negotovost. Pojem se pogosto izraţa s pridevnikom sledljiv.

Neprekinjena veriga primerjav se imenuje veriga sledljivosti.

Merilni instrument, s katerim merimo neko veličino (npr. premer izvrtine), mora biti

umerjen, če hočemo zaupati v rezultat meritve. Umerimo ga z etalonom ali merilnim

instrumentom višje točnosti (včasih je potrebna tudi kombinacija etalona in merilnega

instrumenta). Če hočemo zaupati rezultatu takšnega umerjanja, mora biti umerjen tudi etalon

(oz. uporabljen merilni instrument). Za to umerjanje spet uporabimo etalon, ki je seveda višje

točnosti od tistega, ki ga umerjamo (merilni instrument na tej ravni običajno ne pride več v

poštev). Ta etalon pa mora biti seveda tudi umerjen ... Ta veriga umerjanj, ki ji pravimo

sledljivost meritve, se nadaljuje do primarnega etalona. To je etalon, ki se najbolj pribliţa

definiciji določene veličine. Primarnega etalona pa ne moremo več umeriti, saj nimamo na

razpolago točnejšega etalona, s katerim bi ga primerjali. Zato se primarni etaloni preverjajo s

pomočjo medlaboratorijskih primerjalnih meritev na ravni nacionalnih laboratorijev, ki so

nosilci primarnih etalonov.

Slika 4.8: Veriga sledljivosti merilnega rezultata [1]

Opomba k prvemu delu diplomskega dela, ki predstavlja pregled stanja obravnavane

problematike:


- 31 -

Strokovni del prvega dela je v veliki meri citat knjige mojega profesorja in tudi

mentorja: Ačko Bojan. Meroslovje in kakovost: univerzitetni učbenik. Maribor: Fakulteta za

strojništvo, 2011.

Citiranje njegovega dela je tudi v večjem obsegu izvedeno zavestno in z utemeljenim

namenom:

Kot študent profesorja je moj cilj, da se od njega učim in da mu s kritiko zaupam, da kot

strokovnjak na svojem področju predava in uči utemeljena strokovna spoznanja, ki prav tako

temeljijo na predhodnih spoznanjih drugih strokovnjakov, katerih viri so seveda tudi navedeni

v citiranem delu Meroslovje in kakovost. Ti strokovnjaki so ravno z začetnim citiranjem in ob

pridobljenih izkušnjah s počasnim dopolnjevanjem in izpopolnjevanjem privedli do stopnje,

kjer je znanost na tem področju danes. Zato se mi zdi samo logično, da pri takih trdih

znanstvenih poglavjih, kot so ta v začetnem delu tega diplomskega dela, citiram vse tiste

strokovnjake in seveda svojega profesorja, katerih spoznanja so združena v delu Meroslovje

in kakovost, saj s tem podam najtočnejši opis problematike, ki je naslovljena v posameznem

poglavju. Hkrati je to tudi predstavitev mojega znanja s tega področja, saj sem seveda tudi

sam študiral to področje s pomočjo tega gradiva.

Aleš Ločnikar


- 32 -

5 PROCESI KONTROLE VALJA TIP 80235

5.1 Predstavitev izdelka

Valj tip 80235 je namenjen hladnemu valjanju pločevine. Deloval bo v valjarskem

postrojenju, kjer pločevina kontinuirano prehaja skozi več parov valjev. Zaradi specifičnega

načina obratovanja mora tak valj prenašati visoke obremenitve. Iz tega razloga mora biti

natančno izdelan in med tem procesno kontroliran.

Specifika obratovalnih pogojev zahteva zelo trdo delovno površino valja. Valj je v

prvi fazi poboljšan na trdoto 30 – 55 HSD. V drugi fazi toplotne obdelave pa je induktivno

kaljen s pomočjo dvofrekvenčnega kalilnega sistema, katerega hladilno sredstvo je tekoči

dušik s temperaturo -140 °C. Temu postopku sledi popuščanje pri nizkih temperaturah na

končno trdoto 90 – 96 HSD. Le s takim postopkom termične obdelave lahko doseţemo

potrebne lastnosti za kakovostno eksploatacijo.

Valj je namenjen predvsem za ruski trg. To dejstvo še dodatno oteţuje reševanje

zapletov in reklamacij, saj je to povezano z velikimi transportnimi stroški in je časovno

obseţno. Iz tega razloga izhaja še dodatna potreba po kakovostni in celostni kontroli v

domačem podjetju, da so zapleti pri kupcu v minimalnem obsegu.

Slika 5.1: Valj tip 80235


- 33 -

5.2 Izdelovalni procesi / aktivnosti

Izdelovalni procesi, potrebni za izdelavo valja tip 80235 so naslednji:

1. Izdelava ustreznega jekla (kooperacija),

2. kovanje osnovnega materiala v okrogel prerez (kooperacija),

3. (dobava odkovka v podjetje Kolding d.o.o.),

4. pregled dokumentacije o ustreznosti kemijske sestave materiala in o ultrazvočni

kontroli na kovaške napake,

5. grobo struţenje na osnovne prereze,

6. grobo struţenje na obliko potrebno za poboljšanje,

7. ultrazvočna kontrola na vključke ali razpoke v volumnu materiala pred poboljšanjem,

8. poboljšanje materiala na trdoto 30 - 55 HSD (kooperacija),

9. kontrola trdote poboljšanega materiala,

10. ultrazvočna kontrola na razpoke v volumnu materiala, ki so posledica toplotne

obdelave poboljšanja,

11. grobo struţenje na obliko potrebno za induktivno kaljenje delovne površine,

12. induktivno kaljenje delovne površine na 90 - 96 HSD (kooperacija),

13. kontrola trdote kaljene delovne površine,

14. fino struţenje na končne dimenzije oziroma dimenzije potrebne za brušenje,

15. rezkanje utorov za moznike in vrtanje navojnih lukenj,

16. brušenje,

17. ultrazvočna kontrola delovne površine valja na razpoke, ki so posledica brušenja ali

toplotne obdelave induktivnega kaljenja,

18. končna kontrola hrapavosti površin valja,

19. končna dimenzijska kontrola,

20. (pakiranje in odprema končanega izdelka iz podjetja Kolding d.o.o.)


- 34 -

5.3 Merilni procesi

5.3.1 Kontrola geometrije

Proces kontrole geometrije valja se izvaja kot proces končne dimenzijske in geometrijske

kontrole v obsegu 100 %. To pomeni, da med procesom mehanske obdelave valja kontrolor

ne izvaja meritev oziroma kontrole. Za ta proces je zadolţen delavec sam, ko obdeluje valj v

sklopu določenega procesa. Motiviranost za točnost izhaja iz ţelje po dobro opravljenem delu

in nemotenem proizvodnem procesu. Tu gre za ustrezen nivo usposobljenosti in zaupanja

delavcu, da bo meritev kakovostno izvedena in točnost ustrezna.

Naloga kontrolorja v tej fazi proizvodnega procesa je zagotavljanje tehnične pomoči

delavcu. To pomeni, da je kontrolor še vedno zadolţen za pravilno sestavljeno, umerjeno in

funkcijsko brezhibno merilno opremo. Hkrati je na voljo tudi kot druga oseba, ki v primeru

dvoma delavca v točnost meritve še enkrat izvede meritev in nato primerja dobljena rezultata

ter ustrezno ukrepa, če je to potrebno.

Za izboljšanje stabilnosti in preglednosti procesa kontrole in zmanjšanje moţnosti

banalnih napak je izdelan merilni protokol (priloga 1) in pripadajoča tabela mejnih mer

(priloga 2) za posamezno kontrolirano mero. Tako imamo strnjen zapis vseh relevantnih

kontrolnih točk geometrije. Na podlagi tega dokumenta lahko v primeru pozitivne ocene vseh

kontrolnih točk upravičeno obravnavamo kontrolirani valj kot geometrijsko ustreznega. Zato

mora protokol vsebovati toliko in tako kombinacijo kontrolnih točk, da je to tudi upravičeno

moţno.

To v praksi pri kontroli pomeni, da se kontrolirajo:

vsi odstopki od mer, ki imajo pridano funkcijsko toleranco,

vsi odstopki od funkcijsko toleriranih zahtev za točnost geometrije in

vsi navoji z navojnimi kalibri.

Vse mere, ki presegajo meje toleranc so v protokolu označene z zvezdico. To omogoča laţje

prepoznavanje neustreznih mer in nadaljnje ukrepanje.


- 35 -

Izpolnjen in podpisan merilni protokol se kot dokument o skladnosti izdelka z

zahtevami pošlje tudi kupcu pred odpremo. Ta po pregledu in odobritvi protokola potrdi

naročilo, ki gre po tem v odpremo.

Pred začetkom procesa kontrole geometrije so potrebni naslednji ukrepi, ki

zmanjšujejo merilno negotovost in tako pripomorejo h kakovosti meritve:

očiščenje stičnih površin merilne opreme pri sestavljanju,

sestavljanje merilne opreme za ustrezno mero,

določitev sistematičnega pogreška pomočjo kalibra ustrezne dolţine.

Očiščenje stičnih površin merilne opreme in sestavljanje:

Meritve dolţinskih mer oziroma premerov valja se izvajajo z vijačnimi merili ustreznih

merilnih območij. Vsak set vijačnih meril obsega merilno območje 100 mm razdeljeno na štiri

dele. To pomeni, da imamo vijačno merilo z merilnim območjem od 400 mm do 500 mm. To

merilno območje pa je razdeljeno na štiri dele, kar pomeni, da imamo v škatli štiri zamenljive

dele vijačnega merila, ki spreminjajo merilno območje v korakih po 25 mm. Tako je odvisno

od tega, kako smo vijačno merilo sestavili, merilno območje od 400 mm do 425 mm, od 425

mm do 450 mm, od 450 mm do 475 mm in od 475 mm do 500 mm.

Določitev sistematičnega pogreška s pomočjo kalibra ustrezne dolžine:

Pri sestavi vijačnega merila moramo tako paziti, da med sestavljanjem na stičnih površinah ni

umazanije, saj s tem povzročimo sistematični pogrešek. To sicer ni tragično, saj se ga da

uspešno odpraviti, vendar pa vsekakor ni dobrodošlo.

V škatli imamo tudi štiri kalibre, ki nam omogočajo odpravo sistematičnega pogreška.

Ko vijačno merilo sestavimo npr. za merilno območje od 450 mm do 475 mm, vzamemo

kaliber dolţine 450 mm in preverimo, če imamo v sistemu sistematični pogrešek. Ta se kaţe

tako, da vijačno merilo ne kaţe 0, ampak nekaj stotink milimetra napake. To je lahko

posledica sestavljanja ali pa temperature vijačnega merila.


- 36 -

Slika 5.2: Justiranje vijačnega merila pred meritvijo

Sistematični pogrešek korigiramo tako, da merilnemu rezultatu prištejemo negativno

vrednost prej določenega sistematičnega pogreška.

Slika 5.3: Izničenje sistematičnega pogreška


- 37 -

5.3.1.1 Kontroliranje odstopkov od mer s pripisano funkcijsko toleranco

To meritev lahko obravnavamo kot klasično dolţinsko meritev z vijačnim merilom z nekaj

specifičnimi lastnostmi, na katere je potrebno paziti, da zagotovimo ustrezno točnost meritve

in da ne povzročamo nepotrebnih pogreškov.

Prva specifična lastnost je ta, da moramo razviti ustrezen občutek za meritev tako

velikega okroglega prereza. Teţava lahko nastopi v tem, da ne zadenemo skrajnih točk

okroglega prereza, ampak merimo manjšo dimenzijo od skrajne. Da se temu izognemo,

moramo vsakokrat, ko nastavimo vijačno merilo, podrsati nekaj milimetrov levo in desno ter

navzgor in navzdol z ţe privitim vijačnim merilom. Le-to mora pri tem lepo drseti po površini

in se ne zatikati. To pomeni, da smo res na skrajni točki, saj je drugače drsenje onemogočeno

in pride do zatikanja.

Druga specifična lastnost pa je ta, da je potrebno vijačno merilo, ki je tako veliko,

zaradi manipulacije, veliko drţati v rokah. To povzroča teţavo segrevanja in tako

posledičnega pogreška. Tu je pomembno, da na to mislimo in se tega med meritvijo

zavedamo. Med dvema meritvama vijačno merilo odloţimo na obdelovanec, da se temperaturi

izenačita, oziroma da obdelovanec velike mase nase prevzame odvečno toploto iz vijačnega

merila.

5.3.1.2 Izračun merilne negotovosti za najbolj neugodno situacijo meritve

na valju tip 80235:

a) Negotovost razbiranja rezultata :

Interval pogreška razbirka za klasično skalo znaša ±2 m (raziskave ločljivosti vida).

b) Negotovost določitve sistematičnega pogreška :

Predpostavimo, da je sistematični pogrešek zaradi justiranja z merilnim kalibrom enak 0. V

tem primeru upoštevamo le negotovost kalibracije, ki jo razberemo iz merilnega certifikata. V

akreditiranem laboratoriju podjetja Sistemska tehnika d.o.o., kjer se merila umerjajo, lahko s

podatkom na akreditacijski listini zagotovijo negotovost: ,


- 38 -

Ker je podana negotovost s faktorjem širitve , dobimo standardno negotovost

tako, da razširjeno negotovost delimo z 2. Če upoštevamo še merjeno dolţino, ki je v našem

primeru 220 mm, dobimo:

c) Negotovost linearne temperaturne razteznosti merjenca

Temperaturna razteznost α za jeklo znaša med in . Ocenjena

vrednost vhodne veličine je sredina intervala, interval pa je ° .

Predpostavimo pravokotno, zato velja:

°

°

d) Negotovost temperaturnega odstopanja vijačnega merila od 20 °C :

Če temperature ne merimo, a predpostavimo, da se temperatura v prostoru giblje na intervalu

15 °C in 30 °C, lahko ob pravokotni porazdelitvi izrazimo standardno negotovost:

°

°

e) Negotovost razlike temperatur vijačnega merila in merjenca :

Predpostavimo največjo temperaturno razliko med merilom in merjencem ±5 °C. Če

predpostavimo normalno porazdelitev in nivo zaupanja , velja:

°

°

f) Negotovost linearne temperaturne razteznosti vijačnega merila :

°

°


- 39 -

g) Izračun skupne negotovosti:

Preglednica 5.1: Izračun skupne negotovosti

Veličina

Ocenjena

vrednost

Standardna

negotovost

Porazdelitev

Občutljivostni

količnik

Prispevek

negotovosti

Pravokotna 1

Normalna 1

Pravokotna

Pravokotna

Normalna

Pravokotna

Skupaj:

h) Izračun razširjene negotovosti:

Če predpostavimo faktor širitve , ki ustreza ravni zaupanja pribliţno 95 %, bo

razširjena negotovost:

Ko to negotovost primerjamo z zahtevami za merjeni izdelek, lahko ugotovimo, da je ustrezno

majhna in tako nadaljnji ukrepi za zmanjšanje te negotovosti niso potrebni.

5.3.1.3 Kontrola odstopkov od funkcijsko predpisanih zahtev za točnost

geometrije

Ta meritev se ne izvaja direktno. Za zagotavljanje geometrijske točnosti, ki jo zahteva ta

izdelek, smo s tehnološkimi ukrepi vzpostavili pogoje, za katere lahko upravičeno trdimo, da

imajo za posledico geometrijsko točnost, ki je vsaj v okviru predpisanih toleranc. Glavni

ukrep, ki zagotavlja točnost geometrije, je brušenje valja med konicami v enem vpetju. Da ta

ukrep učinkovito deluje in zadošča, je bilo potrebnih še nekaj predhodnih ukrepov.


- 40 -

Ti tehnološki ukrepi so naslednji:

vrtanje središčnih gnezd na frezalnem stroju in povrtavanje s kakovostnim povrtalom,

vpetje valja med namenske konice višjega razreda točnosti,

prilagoditev reţimov obdelave vsakemu valju posebej, s ciljem na obdelavo brez

vibracij,

medfazna kontrola teka z mikrometrsko merilno urico,

zagotavljanje točnosti brusilnega stroja s periodičnim niveliranjem in kontrolo

odstopkov od idealnih poti pomikov ter evidentiranje odstopkov s pripadajočimi

certifikati umerjanja.

Slika 5.4: Kontrola kroţnega teka

Z izpolnitvijo vseh teh pogojev je zagotovljena geometrijska točnost po končani obdelavi vsaj

v okviru 0,01 mm, kar presega najstroţjo točnost zahtevano za ta izdelek, ki je 0,015 mm.


- 41 -

5.3.1.4 Kontrola navojev z navojnim kalibrom

Navoji se kontrolirajo s standardnim navojnim kalibrom z velikostjo tolerančnega polja H6.

Vsak navojni kaliber ima stran, ki se mora dati zaviti v navoj in stran, ki se ne sme. Tako

kontroliramo, da je navoj narejen med zgornjo in spodnjo mejno mero. Če sta oba pogoja

zadoščena, je navoj ustrezen.

Slika 5.5: Kontrola navoja »gre, ne gre«


- 42 -

5.3.2 Ultrazvočna kontrola

Ultrazvočna kontrola se uporablja za kontrolo materiala, iz katerega je valj izdelan. Ta

postopek odkriva nepravilnosti v materialu in na površini materiala, ki bi lahko med

obratovanjem povzročile teţave ali pripeljale do funkcijske odpovedi valja in zastoja celotne

valjarske linije.

Kontrola se izvaja v skladu s standardom SIST EN 10228-3:2000, klasa 4. Ta standard

določa ultrazvočno preskušanje jeklenih izkovkov in v tretjem delu ultrazvočno preskušanje

feritnih ali martenzitnih jeklenih izkovkov.

Ta standard se navezuje na standarde:

SIST EN 473 – kvalificiranje in certificiranje osebja,

SIST EN 12668 – karakterizacija in verifikacija ultrazvočne opreme,

SIST EN 583 – preskušanje z ultrazvokom,

SIST EN 12223 – bloki za kalibriranje ultrazvočnih naprav,

SIST EN 1330 – terminologija.

Napake, ki se v praksi pojavljajo v volumnu materiala in so funkcijsko nevarne, so:

poroznosti znotraj materiala,

kovaške napake običajno v sredini prereza,

vključki nečistoče,

prazna mesta,

grobozrnata struktura,

razpoke, ki so posledica poboljšanja materiala.

Napake, ki se v praksi pojavljajo na površini materiala in funkcijsko nevarne, so:

razpoke, ki so posledica površinskega kaljenja materiala,

razpoke, ki so posledica neustreznih reţimov brušenja.

Naprava, ki se uporablja za ultrazvočno kontrolo, je naprava proizvajalca GE, model USM

Go.


- 43 -

Slika 5.6: Ultrazvočna naprava GE USM Go

5.3.2.1 Kalibracija ultrazvočnega sistema

Pred ultrazvočno kontrolo je potrebno sistem ustrezno nastaviti in kalibrirati. Ta proces

obsega:

nastavitev ustrezne hitrosti za posamezni material in uporabljeno sondo,

kalibriranje zakasnitve sonde s pomočjo kalibracijskega bloka,

nastavitev merilnega obsega,

posnetje DGS krivulje za vrednotenje velikosti napak.


- 44 -

Slika 5.7: Kalibriranje sistema z normalno sondo

Slika 5.8: Kalibriranje sistema s kotno sondo


- 45 -

Po končani ultrazvočni kontroli se izda protokol ultrazvočne kontrole, na katerem morajo biti

navedene vse signifikantne nastavitvene vrednosti ultrazvočnega sistema, ki so potrebne, da

lahko ponovimo kontrolo pod istimi pogoji, če je to potrebno. Specificirane morajo biti tudi

vse odkrite napake in podano mnenje o sprejemljivosti oziroma nadaljnjih ukrepih (Priloga 3).

Slika 5.9: Ultrazvočna kontrola

5.3.3 Kontrola hrapavosti površine

Kontrola hrapavosti površine se izvaja v procesu končne kontrole valja oziroma po končnem

brušenju.

Najstroţji kriteriji za hrapavost površine so tisti na delovni površini valja in na leţajnih

mestih. Tu znaša srednji aritmetični odstopek profila 0,8 m. Iz tega razloga se tudi kontrola

osredotoča na te tri površine.

Meritev se izvaja z namensko napravo Mitutoyo Surftest SJ-301.


- 46 -

Slika 5.10: Kontrola hrapavosti površine

Po končani meritvi se natisne tudi listek z izpisanim merilnim rezultatom, uporabljenimi

nastavitvami in parametri meritve ter izpisanim datumom. Ta listek se pošlje kupcu kot dokaz

o ustrezni hrapavosti površine.


- 47 -

Slika 5.11: Zapis rezultata hrapavosti površine

5.3.4 Kontrola trdote

Kontrola trdote se izvaja medfazno oziroma kot kontrola dela, ki gre v kooperacijo k

zunanjemu sodelavcu.

Pri tej meritvi je pomembno predhodno na mestu meritve površino ustrezno pripraviti.

To pomeni, da mora biti zgornja plast površine obrušena. Zgornja plast, ki je neposredno v

stiku z izvorom toplote, se zaradi difuzije razogljiči. To ima za posledico, da je trdota tega

dela površine manjša kot pa sloj pod njo. Ta plast površine se odstrani z nadaljnjo mehansko

obdelavo. Če bi meritev izvedli brez obrušenja, bi bila meritev v tem delu nereprezentativna.


- 48 -

Slika 5.12: Obrušena površina na mestu meritve

Meritev se izvaja z napravo Proceq Equotip 3. Rezultat meritev se zapiše v merilni

protokol, ki se pošlje kupcu.

Slika 5.13: Kontrola trdote po poboljšanju


- 49 -

Slika 5.14: Kontrola trdote po induktivnem kaljenju

5.4 Merilna oprema

5.4.1 Zahteve po točnosti

Ustrezna točnost merilne opreme se zagotavlja s periodičnim umerjanjem vseh elementov.

Umerjanje se izvaja v akreditiranih laboratorijih, ki lahko dokaţejo svojo točnost in

sledljivost na mednarodni nivo. Določne kalibracije pa se izvedejo tudi znotraj podjetja

Kolding.

Prva taka kalibracija je kalibracija naprave za merjenje kvalitete površine. Ta

kalibracija se izvaja enkrat mesečno. Naprava ima vgrajeno programsko opremo, ki nam

olajša postopek kalibracije s tem, ko nas vodi skozi postopek. Ključnega pomena pri tem

postopku je referenčna tablica, na kateri je površina, za katero je točno znano kakšno kvaliteto

površine ima. Na podlagi te reference nato napravo kalibriramo, da nam meri točno vrednost

hrapavosti površine.


- 50 -

Slika 5.15: Kalibracija naprave za merjenje hrapavosti

Druga naprava, ki se kalibrira znotraj podjetja, je naprava za merjenje trdote površine.

Ta se kalibrira zelo podobno kot prej omenjena naprava. Imamo referenčni blok, ki ima znano

trdoto. S pomočjo programskega paketa, ki nas vodi skozi kalibracijo, kalibriramo napravo na

referenčno vrednost in tako zagotovimo njeno točnost. Tudi ta kalibracija se izvaja enkrat

mesečno.


- 51 -

Slika 5.16: Kalibracija naprave za merjenje trdote

Tretja taka naprava, katere kalibracija se izvaja znotraj podjetja, pa je ultrazvočna

naprava za odkrivanje napak. Ta kalibracija je zelo pomembna za pravilno in točno delovanje

naprave. Izvede se vsakič pred kontrolo s to napravo. Postopek in slike kalibracije so opisane

v poglavju 5.3.2.1.

5.4.2 Sledljivost

Sledljivost merilnih rezultatov in kalibracijskih vrednosti za posamezno napravo se izkazujejo

s certifikati, ki morajo biti ustrezno opremljeni, podpisani od odgovorne osebe in priloţeni k

opremi. Na vsakem kosu merilne opreme mora biti nalepka z datumom zadnje kalibracije in

identifikacijsko številko. Na ta način lahko vsak uporabnik ve, kdaj je bilo merilo nazadnje

umerjeno in po potrebi najde ustrezen dokument s podatki o kalibraciji in točnosti merila.


- 52 -

Slika 5.17: Nalepka zadnje kalibracije


- 53 -

6 DISKUSIJA

V točki 5 diplomskega dela je opisan sklop celovitih kontrolnih ukrepov za valj tip 80235. Z

upoštevanjem in obvladovanjem osnov meroslovja, kot so opisani v točki 4 diplomskega dela,

in umestitvijo le teh v sistem nadzora kakovosti in procesnim obvladovanjem, kot je to

opisano v točki 3 diplomskega dela, lahko trdimo, da je sistem kontrole celovit, kakovosten in

praktično uporaben.

Na ta način imamo vzpostavljen sistem nadzora kakovosti valja tip 80235, ki je

definiran tako, da lahko po končanih vseh tehnoloških aktivnostih proizvodnje in med tem,

oziroma po tem končanih vseh kontrolnih aktivnostih, in so le te pozitivno ocenjene, z zadosti

veliko verjetnostjo trdimo, da je izdelek kakovosten, varen za uporabo, ima zadostno

ţivljenjsko dobo in upravičuje svojo ceno.

Sistem nadzora kakovosti je z upoštevanjem točke 3 diplomskega dela izveden tudi

tako, da je moţno ob negativni oceni katerega od kriterijev kakovosti, če je tehnološko

izvedljivo, tudi popraviti. To pomeni, da so točke kontrole za posamezno aktivnost

postavljene tako, da je posamezen proces kontrole med fazo ali pa neposredno po tehnološki

fazi. Na ta način zaznamo neskladnost v najkrajšem moţnem času, potem ko nastane.


- 54 -

7 SKLEP

S tem diplomskim delom sem v podjetju Kolding d.o.o. vzpostavil in uvedel sistem

obvladovanja procesov kontrole, ki je popolnoma integriran v proizvodni proces in

predstavlja zanj neznatno motnjo. Zaradi usklajene serije desetih izdelkov in načina

proizvodnje se celoten proces kontrole izvede brez tega, da bi zaradi tega prišlo do dodatnih

zastojev v procesu proizvodnje. Proces kontrole je vpet v sistem vodenja kakovosti po ISO

9001 in temelji na zakonitostih, ki jih predpisuje ta standard. Sistem je kakovosten in celovit.

Nadaljnji izzivi za ta proces nadzora kakovosti pa so v obvladovanju situacij, ko

izdelek ni v skladu z zahtevami. Potrebno bo izdelati kriterije in tehnologijo, ki bo

obvladovala te situacije. Cilji so, da je izmeta čim manj, da se enolično prepozna vzrok

nastale napake in da se definirajo in uvedejo ukrepi za bodoče preprečevanje napak.


- 55 -

8 VIRI

[1] Ačko Bojan. Meroslovje in kakovost: univerzitetni učbenik. Maribor: Fakulteta za

strojništvo, 2011.

[2] Ačko Bojan. Osnove meroslovja in merjenje dolžin: univerzitetni učbenik. Maribor:

Fakulteta za strojništvo, 2008.

[3] Glodeţ Srečko. Tehnično risanje: 1.natis. Ljubljana: Tehniška zaloţba Slovenije,

2005.

[4] Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, ISO, 1995.

[5] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik: 14. slovenska izdaja / izdajo pripravila Joţe

Puhar, Joţe Stropnik. Ljubljana: Littera picta, 2003.

[6] Mednarodni slovar osnovnih in splošnih izrazov s področja meroslovja, Urad RS za

standardizacijo in meroslovje, Ljubljana 1999.

[7] SIST EN 10228-3:2000. Ultrazvočno preskušanje jeklenih izkovkov: SIST, Ljubljana,

2000.

[8] SIST ISO 9001:2008. Sistem vodenja kakovosti: SIST, Ljubljana, 2008.

obvladovanje procesov kontrole valja tip 80235 fileiv zahvala zahvaljujem se mentorju izr. prof. dr....

Documents