Sekilas tentanng Measurement Assurance

Kalau mendengat istilah measurement assurance ini (selanjutnya pada tulisan ini disingkat MA saja), mungkin terbayang di benak suatu kegiatan penelitian yang tujuannya memastikan sesuatu sesuai dengan spesifikasi atau tujuan. Ya, jika itu bayangan anda, anda tidak salah. Sesuai dengan namanya, “assurance” berarti jaminan atau kepastian, sedangkan “measurement” artinya pengukuran.

Di Internet jika kita masukkan istilah ini di google misalnya, maka akan banyak sekali laman yang terkait dengan ini (seperti biasa, kadang membuat bingung mana yang akan diklik). Tapi sesuai dengan tema blog saya tentang ilmukalibrasi, ada baiknya dibatasi dengan menambahkan kata “calibration” di belakangnya atau di depannya, bebas saja, agar bisa mengarahkan MA ini ke bidang yang lebih spesifik yaitu kalibrasi.

Uniknya ada website http://www.mattestusa.co menamakan dirinya Measurement Assurance Technology, sebuah perusahaan yang berlokasi di USA dan Mexico. Website ini menawarkan produk berupa alat ukur dari amplifier, signal generator sampai TV/Video/Cable Test. Perusahaan ini menawarkan layanan pembelian, leasing, financing, kalibrasi dan repair alat ukur dan tes. Sepertinya semua service terkait alat ukur diambil, walaupun saya agak yakin tidak semuanya dilakukan sendiri oleh Measurement Assurance Technology.

Dalam sejarah MA, dalam website http://www.springerlink.com, ada tulisan dari Brian Belanger, executive director NIST, yang mengklaim bahwa The United States National Bureau of Standards (NBS), yang kemudian menjelma menjadi the National Institute of Standards and Technology (NIST), adalah lembaga yang memperkenalkan konsep kontrol kualitas pengukuran (measurement quality control) yang dinamakan “measurement assurance”. Konsep ini kemudian menjadi terkenal dan banyak diimplementasikan dalam dunia metrologi. Dengan konsep ini maka kualitas kalibrasi dapat dinilai. Termasuk di dalamnya adalah pembahasan tentang traceabillity (ketertelusuran), yang menjadi salah satu faktor penentu akurasi kalibrasi atau pengukuran secara umum.

Berbagai macam konsep pengembangan dan implementasi diberikan oleh para pakar metrologi dan statistik (karena memerlukan tool statistik di dalamnya) termasuk di dalamnya aplikasi kusus untuk suatu proses pengukuran atau alat ukur tertentu. Sebagian diantara berbagai tulisan terkait dengan MA ini dapat dilihat pada referensi di bawah ini yang saya ambil dari http://www.itl.nist.gov/div898/pubs/subject/calibration.html. Terbukti bahwa MA sudah menjadi perhatian para praktisi metrologi sejak puluhan tahun silam. Dan dengan bantuan perkembangan ilmu statistik terapan dan perkembangan ICT (baca : software-software statistik), maka MA semakin canggih saja.

Maka kita mengenal MA untuk optical attenuator, MA untuk spectrum analyzer, dll. Sebagai gambaran sedikit, untuk MA optical attenuator, perlu menganalisa beberapa alat ukur optik pendukungnya yaitu optical power meter (atau optical wattmeter), optical reflectometer, termasuk karakteristik fiber yang digunakan.

Berbicara tentang statistik, ilmu apa saja dalam statistik yang digunakan untuk MA ini ? Untuk memudahkan menjawabnya, kita bisa lihat di http://www.engineeredsoftware.com, yang menyediakan kursus tentang MA ini, sekaligus menawarkan software pelatihannya. Di situ ternyata diberikan juga ilmu apa saja yang diajarkannya, dan nampaknya secara kasar bisa saya klaim bahwa siapa yang menguasai statistik maka dialah yang mampu menguasai MA dengan lebih sempurna.

Mari kita simak apa saja yang diajarkan engineeredsoftware ini.

Course Outline

I.  Fundamentals
          Random Sampling
          Probability Density Function
          Distribution Descriptors
          Practice Exam

II.  Bias
          Bias Definition
          Computing Bias
          Performing a Bias Study
          Interpreting Bias Results
          Practice Exam

III.  Repeatability & Reproducibility
          Repeatability 
          Reproducibility
          Quantifying Repeatability & Reproducibility
          Interpreting Repeatability & Reproducibility
          Average Run Length
         Practice Exam

IV.  Linearity
          Linearity Basics
          Linearity Requirement
          Designing a Linearity Study
          Linearity Calculations
          Practice Exam

V.  Final Exam (50 question review with solutions)

VI.  Examples

Quality Council of Indiana, Inc. yang memiliki laman di http://www.qualitycouncil.com menawarkan software sistem analisa pengukuran. Disebut-sebut bahwa teknik analisa ini digunakan oleh Automotive Industry Action Group (AIAG). Software-nya menyediakan semacam report witer yang kompatibel dengan software office semacam Word, wordperfect, dan lain-lain, bahkan HTML.

Website juga menyediakan software demo-nya, yang menyediakan beberapa prosedur analisa pengukuran, diantaranya tentang bias, linearity, repeatability, reproducibility.

1. Bias

Untuk menentukan bias, maka dibutuhkan reference value yang sudah harus terlebih dulu diketahui nilainya. Pembacaan kalibrasi dilakukan minimal 10 kali, sebaiknya 30 kali, karena semakin banyak jumlah pengukuran maka akan semakin bagus akurasinya nanti.

Setiap hasil ukur selalu memiliki bias. Bias-bias ini bisa siginifikan bisa pula tidak, dan untuk menentukan signifikansinya bisa digunakan distribusi-t. Makin banyak pengukuran dilakukan maka akan semakin besar discriminatory power dari t-test tersebut.

image

Prosedur untuk melakukan perhitungan bias ini menggunakan software adalah dengan memasukkan angka reference value dulu. Lalu masukkan juga angka process variation dan process tolerance-nya (jika diinginkan). Klik button Compute bias, maka software akan menganalisa data-data tersebut. Contoh hasil analisanya dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

2. Linearity

Linearity adalah ukuran perubahan bias pada range operasi sebuah alat ukur. Cara mencari nilai linearity ini adalah dengan membandingkan pengukuran beberapa kali pada suatu nilai reference value, lalu melakukan plotting nilai bias-nya terhadap nilai reference. Untuk software ini defaultnya adalah mengukur 10 bagian (dalam suatu range operasi) dengan masing-masing bagian diukur biasnya sebanyak 5 kali. Untuk lebih jelasnya lihat gambar di bawah.

image

Bias didapatkan dari average selisih reference value dengan pembacaan.

Linearity dalam percent adalah slope “b” dari persamaan y=ax+b dimana x adalah reference value, sedangkan y adalah nilai bias. Sedangkan nilai linearity didapatkan dari nilai slope dikali dengan process variation.

image

3. Reproducibility

Variability didapatkan dengan cara mengulang pengukuran menggunakan alat ukur dan calibrator yang sama. Sedangkan reproducibility adalah variability dengan menggunakan teknisi kalibrasi yang berbeda.

Software MA dari Quality Council ini dapat melakukan analisa repeatability and reproducibility, menggunakan metode Range & Average dan metode ANOVA. Ada beberapa jenis chart yang bisa dipilih misalnya range control chart, run chart, whiskers chart, X-Y plot of averages, comparison X-Y plot, dan scatter plot.

image

image

Mengapa perlu ada analisa terhadap variability dan reproducibility ? Anda bayangkan jika hasil kalibrasi yang dilakukan teknisi A dan teknisi B dengan perangkat kalibrasi yang sama dan kondisi yang serupa, ternyata menghasilkan perbedaan hasil ukur secara signifikan. Tentu akan timbul pertanyaan, ada apa dengan alat ukur tersebut? Atau alat ukur tidak ada masalah, tapi apakah masalah ada di teknisi? Bagaimana dengan prosedur yang digunakan kedua teknisi tersebut, jangan-jangan hanya serupa tapi sebenarnya tidak sama ?

Jawaban-jawaban pertanyaan inilah yang menentukan tingkatan MA, proses kalibrasinya benar-benar bisa dijamin atau tidak.

 

Contoh Artikel tentang MA

Beberapa contoh tulisan tentanng MA antara lain :

1. Cameron, J. M. (1977). "Measurement Assurance," NBSIR 77-1240.

2. Cameron, J.M., Croarkin, M. C., Raybold, R.C. (1977). "Designs for the Calibration of Standards of Mass," NBS Tech. Note 952.

3. Cameron, J. M. and Hailes, G. E., (1974). "Designs for the Calibration of Small Groups of Standards in the Presence of Drift," NBS Technical Note 844.

4. Cameron, J. M. and Eicke, W. G. (1967). "Designs for Surveillance of the Volt Maintained by a Small Group of Saturated Standard Cells," NBS Technical Note 430.

5. Carino, N.J.; Guthrie, W. F.; Lagergren, E.S., Effects of Testing Variables on the Measured Compressive Strength [90 MPa] Concrete, NISTIR 5405 [FHWA].

6. Carino, N.J.; Guthrie, W. F.; Lagergren, E.S.; Mullings, G.M., Effects of Testing Variables on the Strength of High-Strength [90 MPa] Concrete Cylinders, Special Publication of the American Concrete Institute Proceedings of International Conference on High Performance Concrete, Singapore, November 1994.

7. Clague, F. R. and Splett, J. D. "Developing a NIST Coaxial Microwave Power Standard at 1mW," Proceedings of the National Conference of Standards Laboratories 1994 Workshop and Symposium, Chicago, Illinois, July 31 - August 4, 1994.

8. Croarkin, Carroll. (1985). "Measurement Assurance Programs Part II: Development and Implementation," NBS Spec. Publ. 676-II (revised).

9. Croarkin, C. and Varner, R. N. (1983). "Measurement Assurance for Dimensional Measurements on Integrated-Circuit Photomasks," NBS Tech. Note 1164.

10. Croarkin, C., Beers, J., and Tucker, C. (1979). "Measurement Assurance for Gage Blocks," NBS Mono. 163.

11. Datla, R. U., Croarkin, M. C. and Parr, A. C. (1994). "Cryogenic Blackbody Calibrations at the NIST Low Background Infrared Calibration Facility." NIST J. Res., Vol. 99(1), p.77.

12. Eckerle, K. L., Hsia, J. J., and Liggett, W. S. (1984). "Geometrical Alignment Errors in the Measurement of Prismatic Retroreflectors," COLOR Research and Application, 9, 23-28.

13. Ehrstein, J. R. and Lechner, J. A. (1975). "Two probe method" Section in "Semiconductor Measurement Technology," NBS SP 400-8, 14-17.

14. Goldman, A., McGuire, D. and Croarkin, C. (1987). "Assigning Values to In-house Standard UFsdo3(6) Cylinders." 3rd Int'l Conf. on Facility Operations - Saftguards Interface of the ANS.

15. Hwang, J. T. G. and Liu, H. K. "Application of empirical linear prediction to quality assurance in industrial manufacturing," Physical & Engineering Sci.: Proceedings of The 1994 Joint Stat. Meetings, to appear.

16. Iyer, H. K. and Vecchia, D. F. (1986). "Model and design considerations for calibration in the presence of drift," Technical Report 86-5, Colorado State University.

17. Kacker, Raghu N. (July 31-August 4, 1994). "Industrial Calibration System," Proceedings of the workshop and symposium of the National Conference of Standards Laboratories, Chicago, pp. 523-541.

18. Kacker, Raghu N. and Koike, Masayoshi. (July 11-13, 1994). "Industrial Calibration System," Proceedings of International Conference: Statistics in Industry, Science and Technology, Tokyo, pp. 364-381.

19. Kanipe, L. G., Seale, S. K., and Liggett, W. S. (1979), "Evaluation of Standard Library Spectra for Use in the Least-Squares Resolution of Environmental Gamma-Ray Spectra," in Computers in Activation Analysis and Gamma-Ray Spectroscopy, eds. B.S. Carpenter, M.D. D'Agostino and H.P. Yule, CONF-780421, U.S. Department of Energy, pp. 448-455.

20. Kanipe, L. G., Seale, S. K., and Liggett, W. S. (1978), "Least-Squares Resolution of Gamma-Ray Spectra in Environmental Samples," TVA/EPA-78/02, Tennessee Valley Authority, Chattanooga, TN.

21. Larsen, N. T., Vecchia, D. F.and Sugar, G. R. (1985). "VOR calibration services," Technical Note 1069, National Bureau of Standards, 191 p.

22. Lechner, James A., Reeve, Charles P. and Spiegelman, Clifford H. (1982). "An Implementation of the Scheffe Approach to Calibration Using Spline Functions, Illustrated by a Pressure-Volume Calibration," Technometrics Vol. 24, No. 3.

23. Lechner, J. A., Reeve, C. P. and Spiegelman, C. H. (1982). "An implementation of the Scheffe' approach to calibration using spline functions, illustrated by a pressure-volume calibration." NBSIR 80-2151 and Technometrics 24, 229-234.

24. Lechner, James A., Reeve, Charles P. and Spiegelman, Clifford H. (1980). "A New Method of Assigning Uncertainty in Volume Calibration,"NBSIR 80-2151.

25. Liggett, W. S. (1994), "Replicate Measurements for Data Quality and Environmental Modeling," in Handbook of Statistics Volume 12: Environmental Statistics, (Monograph), eds. G. P. Patil and C. R. Rao, Amsterdam: North Holland Publishers, pp. 71-102.

26. Liggett, W. S. and Ehara, K. (1993), "Experimental Optimization of Peak Shape with Application to Aerosol Generation," in 1993 Proceedings of the Section on Physical and Engineering Sciences, Alexandria, VA: American Statistical Association, pp. 174-182.

27. Liggett, W. S. (1993), "Scientific Protocols in Statistical Standards for Environmental Studies," in 1993 Proceedings of the Section on Quality and Productivity, Alexandria, VA: American Statistical Association, pp. 38-43.

28. Liggett, W. S. (1985), "Statistical Aspects of Designs for Studying Sources of Contamination," in Quality Assurance for Environmental Measurements, ASTM STP 867, eds. J. Taylor and T. Stanley, Philadelphia, PA: American Society for Testing and Materials, pp. 22-40.

29. Liggett, W. S. (1984), "Detecting Elevated Contamination by Comparisons with Background," Environmental Sampling for Hazardous Waste, (Monograph), eds. G.E. Schweitzer and J.A. Santolucito, Washington, DC: American Chemical Society, pp. 119- 128.

30. Liggett, W. S. (1983), "Calibration for Measurements with Background Correction Applied to Uranium-235 Enrichment," Nuclear Instruments and Methods, 216, 455-470.

31. Mulrow, J. M., Vecchia, D. F., Buonaccorsi, J. P. and Iyer, H. K. (1988). "Problems with interval estimation when data are adjusted via calibration," Journal of Quality Technology, 20, 233-247.

32. Parobeck, P., Tomb, T., Ku, H. H. and Cameron, J. M. (1981). "Measurement assurance program for weighings of respirable coal mine dust samples," J. Quality Tech, 13(3), pp. 157-165.

33. Reeve, Charles P. (1988). "A New Statistical Model for the Calibration of Force Sensors," NBS Technical Note 1246.

34. Reeve, Charles P. (1980). "The Calibration of Angle Blocks by Intercomparison," NBSIR 80-1967.

35. Reeve, Charles P. (1979). "The Calibration of a Roundness Standard," NBSIR 79-1758.

36. Reeve, Charles P. and Veale, Ralph C. (1976), "The Calibration of a Pentaprism," NBSIR 76-993.

37. Reeve, Charles P. (1975). "The Calibration of Indexing Tables by Subdivision," NBSIR 75-750.

38. Reeve, Charles P. (1975). "The Calibration of an Optical Flat by Interferometric Comparison to a Master Optical Flat," NBSIR 75-975.

39. Reeve, Charles P. (1974). "A Method of Calibrating Two-Dimensional Reference Plates," NBSIR 74-532, (issued January 1980).

40. Reeve, Charles P. and Veale, Ralph C. (1973). "A Survey of the Stability of Optical Flats," NBSIR 73-232.

41. Shen, M. A.; Davis, G. T.; Mopsik, F.; Guthrie, W. F.; Chen, W. T.; Livingston, E.; Lee, L.; Robbins, W.; Lee, C.; Henderson, P.; Pecht, M.L.; Lee, C.Y.; Dion, J.; et. al., An Industry/Government/University Partnership: Measuring Sub-Micrometer Strain in Polymer Films. Proceedings of the IPC Printed Circuits Expo, April 1994; Boston, MA.

42. Souders, T. Michael and Lechner, J. A. (1980). "A technique for measuring the equivalent RMS input noise of A/D converters." IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol. IM-29, December 1980; also presented at ASA meeting, 251-256.

43. Stenbakken, G. N., Souders, T. M., Lechner, J. A. and Boggs, P. T. (1985). "Efficient calibration strategies for linear, time invariant systems." Proceedings 1985 AUTOTESTCON Conference, IEEE Press, New York.

44. Turgel, T., Mulrow, J. M. and Vecchia, D. F. (1988). "NBS phase angle calibration services," Special Publication 250-26, National Bureau of Standards, 107 p.

45. Turgel, T. and Vecchia, D. F. (1987). "Precision calibration of phasemeters," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, 36, 918-922.

46. Varner, R. N. (1980). "Mass Calibration Computer Software," NBS Technical Note 1127.

47. Veale, Ralph C. and Reeve, Charles P. (1974). "A Survey of the Temporal Stability of Angle Blocks," NBSIR 74-601.

48. Vecchia, D. F., Iyer, H. K. and Chapman, P. L. (1989). "Calibration with randomly changing standard curves," Technometrics, 31, 83-90.

49. Vecchia, D. F. and Iyer, H. K. (1989). "Exact distribution-free tests for equality of several linear models," Communications in Statistics-Theory and Methods, 18, 2467-2488.

50. Vecchia, D. F. and Iyer, H. K. (1986). "Calibration in some random coefficient regression models," Technical Report 86-6, Colorado State University.

51. Vecchia, D. F. (1980). "Fourier transformation of the nonlinear VOR model to approximate linear form," Technical Note 1021, National Bureau of Standards, 24 p.

52. Wang, C. M., Vecchia, D. F., Young, M. and Brilliant, N. A. (1994). "Software for performing gray-scale measurements of optical fiber end faces," Technical Note 1370, National Institute of Standards and Technology, to appear, 18 p.

53. Whetstone, J. R., Pontius, P. E., Baker, S. M., Lechner, J. A. and Spiegelman, C. H. (1979). "Facts and fallacies of process tank calibration." Proceedings of the 20th Annual Meeting of the Institute of Nuclear Materials Management.

54. Yao, Y.C., Vecchia, D. F. and Iyer, H. K (1988). "Linear calibration when the coefficient of variation is constant," Essays in Honor of F. A. Graybill (J. N. Srivastava, Ed.), North-Holland, 297-309.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar