Konformität und Audits
Das Sicherheitsband in der Kalibrierung erklärt
Mit einem Sicherheitsband ziehen Sie Ihre Annahmegrenzen um einen Teil der Messunsicherheit enger, damit ein Messmittel nur dann besteht, wenn der Messwert samt Messunsicherheit wirklich innerhalb der Toleranz liegt. So steuern Kalibrierprogramme das Risiko einer fälschlichen Annahme, und es ist der eigentliche Mechanismus hinter den meisten Entscheidungsregeln nach DIN EN ISO/IEC 17025. Dieser Leitfaden gibt Ihnen eine klare Definition, die gängigen Verfahren und ein Rechenbeispiel mit echten Zahlen. Außerdem zeigt er, wo das Verfahren in einem Audit seinen Platz hat.
Was ist ein Sicherheitsband?
Mit einem Sicherheitsband (englisch guard banding, manchmal in einem Wort guardbanding geschrieben) verhindert ein Kalibrierprogramm, dass die Messunsicherheit einen Grenzfall per Zufall entscheidet. Jeder Kalibriermesswert ist mit Messunsicherheit behaftet. Liegt ein Messwert nahe an einer Toleranzgrenze, kann der wahre Wert wegen dieser Messunsicherheit auf jeder Seite der Grenze liegen. Ein bloßer Vergleich auf Bestanden oder Nicht bestanden ist dann ein Münzwurf, den Sie sich nicht eingestehen. Ein Sicherheitsband schließt diese Lücke. Sie ziehen die Annahmegrenze um einen Betrag, der sich aus der Messunsicherheit ergibt, von der Toleranzgrenze nach innen und treffen die Entscheidung über Bestanden oder Nicht bestanden an dieser engeren Annahmegrenze.
Im Audit kommt es auf die Begriffe an, deshalb lohnt es sich, sie sauber auseinanderzuhalten.
- Toleranzgrenzen sind das, was das Messmittel einhalten muss. Sie ergeben sich aus der Spezifikation oder aus Ihrer Prozessanforderung.
- Annahmegrenzen sind die engeren Grenzen, gegen die Sie tatsächlich entscheiden, nachdem das Sicherheitsband angewendet wurde.
- Das Sicherheitsband ist der Abstand zwischen beiden. Seine Größe ergibt sich meist aus der erweiterten Messunsicherheit.
- Eine fälschliche Annahme bedeutet, ein Messmittel als bestanden zu bewerten, dessen wahrer Wert außerhalb der Toleranz liegt. Eine fälschliche Ablehnung bedeutet, eines durchfallen zu lassen, das in Wirklichkeit in Ordnung ist. Ein Sicherheitsband nimmt ein paar zusätzliche fälschliche Ablehnungen in Kauf und verhindert dafür weit mehr fälschliche Annahmen.
Warum überhaupt ein Sicherheitsband? Was eine fälschliche Annahme kostet
Eine fälschliche Ablehnung kostet Sie eine unnötige Justierung oder eine wiederholte Kalibrierung. Eine fälschliche Annahme kostet Sie ein Messmittel außerhalb der Toleranz, das stillschweigend Produkt freigibt, manchmal ein ganzes Kalibrierintervall lang. Danach folgt die Arbeit der rückwärts gerichteten Rückführbarkeit, bei der Sie herausfinden müssen, welche Messungen es berührt hat. Die beiden Fehler sind bei Weitem nicht gleichwertig. Deshalb gewichten Programme die Entscheidung bewusst gegen fälschliche Annahmen.
Der formale Rahmen dafür ist das Entscheidungsrisiko bei Messungen, das JCGM 106:2012 ausführlich behandelt. In der US-Praxis setzt ANSI/NCSL Z540.3 dafür eine feste Zahl: Wo die Norm gilt, darf die Wahrscheinlichkeit einer fälschlichen Annahme 2 Prozent nicht überschreiten. Für ein solides Programm brauchen Sie nicht die ganze Statistik. Sie brauchen aber eine dokumentierte Regel, die festlegt, wie Ihre Grenzen die Messunsicherheit berücksichtigen.
Die gängigen Verfahren für das Sicherheitsband
Ihr Prüfunsicherheitsverhältnis (TUR) entscheidet, wie stark all das ins Gewicht fällt. Bei einem hohen TUR ist die Messunsicherheit ein kleiner Teil der Toleranz, und das Sicherheitsband verschiebt Ihre Grenzen kaum. Sinkt der TUR in Richtung 1:1, verschluckt das Sicherheitsband die Toleranz. Auf diese Weise sagt Ihnen das Verfahren, dass die Messung für die Entscheidung, die Sie von ihr verlangen, nicht gut genug ist.
- Die volle erweiterte Messunsicherheit abziehen: Annahmegrenze = Toleranzgrenze minus U95. Das ist die einfache, konservative Regel aus dem ILAC-G8-Leitfaden. Sie ist leicht zu begründen und leicht zu berechnen.
- Risikobasierte Skalierung: Das Sicherheitsband wird so bemessen, dass die berechnete Wahrscheinlichkeit einer fälschlichen Annahme ein Ziel erfüllt, etwa die Obergrenze von 2 Prozent in Z540.3. Die Rechnung ist anspruchsvoller, dafür fallen die Sicherheitsbänder kleiner aus, wenn Ihre Messunsicherheit klein ist.
- Prozentsatz der Toleranz: Manche Programme nehmen einen festen Bruchteil der Toleranz als Sicherheitsband. Das ist einfach zu handhaben, lässt aber Ihre tatsächliche Messunsicherheit außer Acht. Das Band kann deshalb zu locker oder unnötig eng sein.
- Kein Sicherheitsband, offen angegeben: Auch die einfache Annahme ist eine legitime, dokumentierte Entscheidungsregel. Nicht legitim ist es, zu verschweigen, welche Regel Sie angewendet haben.
Ein Rechenbeispiel
Rechnen Sie Ihre eigenen Zahlen im kostenlosen Rechner für Sicherheitsband und Entscheidungsregel durch. Er wendet dieselbe Logik an und zeigt die Annahmegrenzen neben der Toleranz, sodass Sie genau sehen, was die Regel bewirkt hat.
- Ein Messschieber wird an einem Punkt mit einer Toleranz von plus/minus 0,010 mm geprüft.
- Ihr Kalibrierprozess hat an diesem Punkt eine erweiterte Messunsicherheit (U95) von 0,002 mm.
- Nach der einfachen Regel im Stil von ILAC-G8 rückt jede Annahmegrenze um 0,002 mm nach innen. Die Annahmegrenzen liegen damit bei plus/minus 0,008 mm.
- Der Messwert vor der Justierung weicht um 0,009 mm ab. Er liegt innerhalb der Toleranz, aber außerhalb der Annahmegrenzen, und die Entscheidungsregel lässt ihn deshalb nicht bestehen.
- Die richtige Reaktion ist eine Justierung oder eine Untersuchung, und so wird sie auch erfasst. Der Messwert war nie ein sauberes Bestanden, und jetzt sagen Ihre Aufzeichnungen das ehrlich.
Sicherheitsband und Entscheidungsregeln nach DIN EN ISO/IEC 17025
Wenn ein Laboratorium die Konformität mit einer Spezifikation angibt, verlangt DIN EN ISO/IEC 17025, dass die Entscheidungsregel dokumentiert, mit dem Kunden vereinbart und auf dem Kalibrierschein angegeben ist. Das Sicherheitsband ist nicht die Regel selbst. Die Regel ist die Festlegung, das Sicherheitsband ist der Mechanismus, den die Festlegung nutzt. Ein Kalibrierschein, auf dem Bestanden steht, sollte dem Leser zeigen, welche Regel zu diesem Wort geführt hat.
Wenn Sie Kalibrierungen einkaufen, statt sie selbst durchzuführen, ist das auch eine Frage für den Einkauf. Fragen Sie Ihren Dienstleister, welche Entscheidungsregel er anwendet, und prüfen Sie, ob sie auf den Kalibrierscheinen steht, die Sie ablegen. Eine ausführlichere Behandlung von Entscheidungsregeln, TUR und ihrem Einfluss auf Kalibrierintervalle finden Sie im eigenen Leitfaden dazu.
In die Praxis umsetzen
Wenn Sie Ihr Programm in Axiospec führen, ergänzt die Anpassung an DIN EN ISO/IEC 17025 jeden Kalibrierdatensatz und jeden Kalibrierschein um Felder für Messunsicherheit und Rückführbarkeit, und die Karte Metrologische Einblicke berechnet den TUR aus Ihren Eingaben. Der kostenlose Tarif ist die vollständige Plattform für bis zu 50 aktive Messmittel. Axiospec dokumentiert Ihre Entscheidungsregeln und Nachweise. Es bescheinigt keine Konformität. Darüber entscheidet Ihr Begutachter.
- Ermitteln Sie die erweiterte Messunsicherheit für jeden Kalibrierpunkt, an dem Sie Entscheidungen treffen. Ohne U hat kein Verfahren für das Sicherheitsband eine Eingangsgröße.
- Wählen Sie je Messart eine Entscheidungsregel, schreiben Sie sie auf und wenden Sie sie einheitlich an. Auditoren akzeptieren fast jede vertretbare Regel. Eine undokumentierte akzeptieren sie nicht.
- Berechnen Sie die Annahmegrenzen vor der Arbeit, damit der Techniker am Arbeitsplatz danach entscheidet und nicht erst im Nachhinein.
- Achten Sie auf Grenzfälle bei den Messwerten vor der Justierung. Ein Messwert innerhalb der Toleranz, aber außerhalb der Annahmegrenzen ist Ihre Frühwarnung, dass ein Messmittel auf Probleme zudriftet.
- Halten Sie die Regel auf dem Kalibrierschein fest, damit die Aufzeichnung sowohl den Messwert zeigt als auch die Festlegung, nach der er beurteilt wurde.
Häufige Fragen
- Was ist ein Sicherheitsband in der Kalibrierung?
- Ein Sicherheitsband (englisch guard band, das Verfahren heißt guard banding oder in einem Wort guardbanding) zieht Ihre Annahmegrenzen um einen Betrag, der sich aus der Messunsicherheit ergibt, von den Toleranzgrenzen nach innen. Ein Messmittel besteht dann nur, wenn der Messwert samt Messunsicherheit wirklich innerhalb der Toleranz liegt. Jeder Kalibriermesswert ist mit Messunsicherheit behaftet. Liegt ein Messwert nahe an einer Toleranzgrenze, kann der wahre Wert auf jeder Seite liegen, und ein bloßer Vergleich auf Bestanden oder Nicht bestanden wird zum Münzwurf. Das Sicherheitsband schließt diese Lücke, weil die Entscheidung an der engeren Annahmegrenze fällt.
- Was ist der Unterschied zwischen einer Toleranzgrenze und einer Annahmegrenze?
- Toleranzgrenzen sind das, was das Messmittel einhalten muss. Sie ergeben sich aus der Spezifikation oder aus Ihrer Prozessanforderung. Annahmegrenzen sind die engeren Grenzen, gegen die Sie tatsächlich entscheiden, sobald das Sicherheitsband angewendet ist. Das Sicherheitsband ist der Abstand zwischen beiden. Ein Messwert kann innerhalb der Toleranz, aber außerhalb der Annahmegrenzen liegen. Das ist kein sauberes Bestanden und sollte als Justierung oder als Untersuchung erfasst werden.
- Welche Verfahren für das Sicherheitsband sind gängig?
- Vier sind allgemein im Einsatz. Beim ersten ziehen Sie die volle erweiterte Messunsicherheit ab, die Annahmegrenze ist also die Toleranzgrenze minus U95. Das ist die einfache, konservative Regel aus dem ILAC-G8-Leitfaden. Die risikobasierte Skalierung bemisst das Sicherheitsband so, dass die berechnete Wahrscheinlichkeit einer fälschlichen Annahme ein Ziel erfüllt, etwa die Obergrenze von 2 Prozent in ANSI/NCSL Z540.3. Beim Prozentsatz der Toleranz dient ein fester Bruchteil der Toleranz als Sicherheitsband. Das ist einfach zu handhaben, lässt aber Ihre tatsächliche Messunsicherheit außer Acht. Auch die einfache Annahme ohne Sicherheitsband ist eine legitime, dokumentierte Entscheidungsregel. Nicht legitim ist es, zu verschweigen, welche Regel Sie angewendet haben.
- Können Sie ein Rechenbeispiel für ein Sicherheitsband zeigen?
- Ein Messschieber wird an einem Punkt mit einer Toleranz von plus/minus 0,010 mm geprüft, und der Kalibrierprozess hat an diesem Punkt eine erweiterte Messunsicherheit (U95) von 0,002 mm. Nach der einfachen Regel im Stil von ILAC-G8 rückt jede Annahmegrenze um 0,002 mm nach innen, die Annahmegrenzen liegen also bei plus/minus 0,008 mm. Ein Messwert vor der Justierung, der um 0,009 mm abweicht, liegt innerhalb der Toleranz, aber außerhalb der Annahmegrenzen. Die Entscheidungsregel lässt ihn deshalb nicht bestehen. Die richtige Reaktion ist eine Justierung oder eine Untersuchung, und genau so wird sie auch erfasst.
- Wie hängt das Sicherheitsband mit den Entscheidungsregeln nach DIN EN ISO/IEC 17025 zusammen?
- Wenn ein Laboratorium die Konformität mit einer Spezifikation angibt, verlangt DIN EN ISO/IEC 17025, dass die Entscheidungsregel dokumentiert, mit dem Kunden vereinbart und auf dem Kalibrierschein angegeben ist. Das Sicherheitsband ist nicht die Regel selbst. Die Regel ist die Festlegung, und das Sicherheitsband ist der Mechanismus, den diese Festlegung nutzt. Ein Kalibrierschein, auf dem Bestanden steht, sollte dem Leser zeigen, welche Regel zu diesem Wort geführt hat. Wenn Sie Kalibrierungen einkaufen, statt sie selbst durchzuführen, fragen Sie Ihren Dienstleister, welche Entscheidungsregel er anwendet, und prüfen Sie, ob sie auf den Kalibrierscheinen steht, die Sie ablegen.
- Warum wiegt eine fälschliche Annahme schwerer als eine fälschliche Ablehnung?
- Eine fälschliche Ablehnung kostet Sie eine unnötige Justierung oder eine wiederholte Kalibrierung. Eine fälschliche Annahme kostet Sie ein Messmittel außerhalb der Toleranz, das stillschweigend Produkt freigibt, manchmal ein ganzes Kalibrierintervall lang. Danach folgt die Arbeit der rückwärts gerichteten Rückführbarkeit, bei der Sie herausfinden müssen, welche Messungen es berührt hat. Die beiden Fehler sind bei Weitem nicht gleichwertig. Deshalb gewichten Programme die Entscheidung bewusst gegen fälschliche Annahmen. ANSI/NCSL Z540.3 setzt dafür eine feste Zahl, wo die Norm gilt: Die Wahrscheinlichkeit einer fälschlichen Annahme darf 2 Prozent nicht überschreiten.
In die Praxis umsetzen
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