Regras de decisão, bandas de segurança, TUR e intervalos de calibração na NP EN ISO/IEC 17025

O que é uma regra de decisão e porque a NP EN ISO/IEC 17025 exige uma

Uma regra de decisão é o método documentado que usa para transformar um valor medido e a sua incerteza numa declaração de aprovação ou reprovação face a uma especificação. Toda a medição tem incerteza. Por isso, uma leitura próxima de um limite de tolerância é genuinamente ambígua: o valor verdadeiro pode estar de qualquer dos lados da linha. A regra de decisão é a política que resolve essa ambiguidade sempre da mesma forma e deixa claro quem assume o risco quando um resultado cai na zona cinzenta.

A ISO/IEC 17025:2017 liga isto a duas cláusulas. A cláusula 7.1.3 exige que, quando o cliente pede uma declaração de conformidade com uma especificação ou norma, a regra de decisão seja claramente definida e, a menos que seja inerente à especificação pedida, acordada com o cliente. A cláusula 7.8.6 rege depois o que a declaração de conformidade tem de conter: tem de identificar a que resultados a declaração se aplica, que especificações ou limites são ou não cumpridos e a regra de decisão aplicada, tendo em conta o nível de risco associado a essa regra.

Em termos simples: não pode carimbar PASS num certificado sem primeiro decidir, e registar, como trata a incerteza perto dos limites. A estatística subjacente vem do GUM (JCGM 100:2008, o Guia para a expressão da incerteza de medição) e do seu documento complementar sobre conformidade, o JCGM 106:2012, que formaliza como a incerteza de medição se traduz no risco de uma decisão errada de aprovação ou reprovação. A ILAC-G8:2019 é a orientação dos organismos de acreditação que transforma essas ideias na linguagem de regras de decisão que os avaliadores procuram.

TUR, o rácio entre a tolerância e a incerteza: a regra prática de 4:1

O TUR responde a uma pergunta simples: quanto da tolerância é consumido pela minha incerteza de medição? A ANSI/NCSL Z540.3 define o TUR como o rácio entre a amplitude da tolerância e o dobro da incerteza expandida a 95% do processo de medição usado na calibração:

O TUR não é o antigo rácio de exatidão de ensaio (TAR). O TAR compara apenas a tolerância da unidade em ensaio com a tolerância do padrão de referência e ignora o método, o ambiente, a repetibilidade e tudo o resto que de facto contribui para a incerteza. O TUR usa o orçamento de incerteza completo. Por isso dois laboratórios com o mesmo padrão de referência podem ter TUR muito diferentes, e mais honestos. Onde vir uma alegação antiga de TAR, trate-a como otimista.

A regra prática de 4:1 diz que, se o seu TUR for pelo menos 4:1, a medição é suficientemente precisa face à tolerância para que a aceitação simples seja razoável. A incerteza consome cerca de um quarto da banda de tolerância de cada lado. A Z540.3 concretiza isto ao limitar a probabilidade de falsa aceitação a 2% e ao tratar um TUR de 4:1 como a alternativa prática quando essa probabilidade não pode ser calculada diretamente. O rácio de 10:1 é um ideal herdado de uma era de padrões muito mais grosseiros. Raramente é atingível nas tolerâncias apertadas de hoje e já não é o objetivo de trabalho.

Bandas de segurança: a ILAC-G8 e quem assume o risco

Uma banda de segurança é um desvio, escrito w, que afasta o limite de aceitação do limite de especificação. Com aceitação com banda de segurança, só aceita resultados que caiam dentro do limite apertado:

A escolha mais comum, e a mais bem aceite pelos avaliadores, é w = U, a incerteza expandida a 95%. A ILAC-G8:2019 chama-lhe declaração binária com banda de segurança: fixa w igual à incerteza expandida, de modo que um PASS significa que o resultado está dentro da tolerância mesmo depois de subtraída a incerteza. Também é conhecida como banda de segurança rigorosa ou a 95%, e empurra a probabilidade de falsa aceitação para cerca de 2,5% ou menos no limite.

Aplicar uma banda de segurança é, no fundo, escolher o risco de quem se protege:

Não existe banda de segurança que minimize as duas ao mesmo tempo. Cada passo que protege o consumidor custa ao produtor, e vice-versa. É por isso que a regra de decisão tem de ser acordada com o cliente (cláusula 7.1.3): está explicitamente a escolher uma postura de risco em nome dele. Em trabalho crítico para a segurança, o habitual é pender para um risco de falsa aceitação baixo. Para instrumentos de produção com tolerâncias apertadas e custo de refugo elevado, uma banda de segurança mais pequena que aceite mais risco do produtor pode ser a decisão de negócio certa, desde que documentada e acordada.

Dois exemplos resolvidos

Exemplo 1: um TUR de 2:1 com uma banda de segurança w = U

Está a calibrar um multímetro digital no ponto de 10 V CC. A tolerância do fabricante é 10,000 V ± 0,020 V, pelo que a especificação vai de 9,980 V a 10,020 V (uma amplitude de 0,040 V). O seu processo de calibração tem uma incerteza expandida a 95% de U = 0,010 V.

• TUR = 0,040 / (2 × 0,010) = 2:1. Está abaixo de 4:1, pelo que a aceitação simples deixaria um risco de falsa aceitação desconfortável perto dos limites.
• Banda de segurança w = U = 0,010 V. Os limites de aceitação com banda de segurança passam a ser 9,990 V e 10,010 V.
• Decisão: uma leitura de 10,012 V está dentro da especificação (abaixo de 10,020 V) mas fora do limite com banda de segurança (acima de 10,010 V). Assim, com aceitação com banda de segurança w = U, não obtém PASS, porque a incerteza pode colocar o valor verdadeiro para lá da linha. Uma leitura de 10,004 V está dentro de ambos e passa.

Repare no custo: a janela de aceitação utilizável encolheu de 0,040 V para 0,020 V. Metade da tolerância é agora consumida pela banda de segurança. Esse é o preço honesto de um TUR de 2:1. A declaração da regra de decisão no certificado seria algo como: Declaração binária com banda de segurança, w = U (incerteza expandida a 95%); PASS apenas quando o valor medido está dentro da tolerância reduzida pela incerteza expandida.

Exemplo 2: uma especificação assimétrica

Nem toda a tolerância é centrada. Suponha que um manómetro tem de indicar 100,0 kPa ^+0,8/_−0,3, uma tolerância assimétrica com USL = 100,8 kPa e LSL = 99,7 kPa. A incerteza do seu processo é U = 0,15 kPa. O ponto essencial é que a banda de segurança se aplica a cada limite de forma independente, não simetricamente em torno do nominal:

• Amplitude total = 0,8 + 0,3 = 1,1 kPa, logo TUR = 1,1 / (2 × 0,15) ≈ 3,7:1, um pouco abaixo de 4:1.
• Com w = U = 0,15 kPa, o limite superior com banda de segurança é 100,8 − 0,15 = 100,65 kPa; o limite inferior com banda de segurança é 99,7 + 0,15 = 99,85 kPa.
• A janela de aceitação vai de 99,85 a 100,65 kPa, mais estreita do lado apertado (−0,3) do que do lado folgado (+0,8), exatamente como deve ser. Uma leitura de 99,80 kPa está dentro da especificação mas dentro da banda de segurança no limite inferior. Por isso não passa.

A lição: nunca reduza uma tolerância assimétrica a um único valor ± antes de aplicar a banda de segurança. Iria declarar mal o risco do lado mais apertado. Trate cada limite por si.

Das regras de decisão ao planeamento do intervalo de calibração

Uma regra de decisão controla o risco de uma decisão errada no dia da calibração. O intervalo de calibração controla um risco diferente mas relacionado: quanto tempo um instrumento pode derivar para fora da tolerância sem que ninguém repare, até a calibração seguinte o apanhar. Ambos são afinados para o mesmo tipo de objetivo, uma probabilidade aceitável de usar equipamento que está de facto fora da tolerância. Por isso pertencem a uma só conversa sobre risco, não a duas.

A ponte entre eles são os seus dados antes do ajuste. Sempre que calibra, regista se o instrumento chegou dentro da tolerância (antes do ajuste, antes de qualquer intervenção). Agregada por instrumento ou por família de instrumentos semelhantes, esta taxa de resultados dentro da tolerância antes do ajuste é a fiabilidade medida do seu intervalo. Se 96% das unidades voltam dentro da tolerância com um intervalo de 12 meses e o seu objetivo de fiabilidade é 90%, tem margem para alargar o intervalo. Se só 80% voltam dentro da tolerância, o intervalo é demasiado longo e está a alimentar a produção com equipamento defeituoso entre calibrações.

A NCSLI RP-1, Establishment and Adjustment of Calibration Intervals, é a referência habitual aqui. Apresenta vários métodos de análise de intervalos de calibração e dá árvores de decisão para escolher um com base na dimensão do inventário, no histórico disponível e nas prioridades de qualidade e de orçamento. O fluxo de trabalho prático que ela apoia é este:

1. Defina um intervalo inicial baseado no risco. Sem histórico, ainda não pode fazer análise de fiabilidade. Parte então do tipo de instrumento, da taxa de utilização, do ambiente e de quão crítica é a medição. Uma referência robusta e pouco usada num laboratório controlado merece um arranque mais longo do que um instrumento portátil na fábrica.
2. Escolha um objetivo de fiabilidade. Um objetivo comum de fiabilidade no fim do período é 85% a 95% dentro da tolerância. Fixe-o mais alto para medições críticas para a segurança ou de consequências elevadas, e onde quer que a aceitação simples continue defensável.
3. Recolha o histórico antes do ajuste ao longo de vários ciclos de calibração, registando à receção se o instrumento estava dentro da tolerância ou fora da tolerância.
4. Ajuste em direção ao objetivo. Alargue os intervalos dos instrumentos que superam o objetivo com folga, encurte os dos instrumentos que falham e investigue qualquer instrumento que falhe repetidamente, em vez de encurtar às cegas.

A ligação de volta às regras de decisão é direta: um objetivo de fiabilidade mais alto mantém mais da sua frota dentro da tolerância, o que mantém a aceitação simples honesta e reduz a frequência com que é forçado a bandas de segurança agressivas em instrumentos no limite. Intervalos apertados e regras de decisão sólidas são duas alavancas sobre o mesmo risco de falsa aceitação.

Ferramentas para o fazer

Não precisa de uma folha de cálculo sua para fazer estas contas. Mantemos um pequeno conjunto de calculadoras gratuitas e independentes de fornecedor que correm inteiramente no seu navegador, sem registo e sem dados a sair da sua máquina.

Um motivo frequente para um TUR baixo é um orçamento de incerteza subestimado. Se trabalha com instrumentos de temperatura, uma calculadora de incerteza dedicada a termopares e RTD (a caminho da nossa página de ferramentas gratuitas) constrói o U₉₅ que colocaria diretamente na calculadora de banda de segurança acima. Até lá, a calculadora de banda de segurança aceita qualquer incerteza expandida que o seu orçamento produza.