ความไม่แน่นอนในการวัด (Measurement Uncertainty)

ความไม่แน่นอนในการวัด ใช้อธิบายหรือบอกคุณภาพของข้อมูลการวัด แรกเริ่มเดิมทีนั้นจะใช้สำหรับเรียกการวัดที่มีความแม่นยำสูงมาก ซึ่งทำในห้องปฏิบัติการมาตรวิทยา นอกจากนี้ลูกค้าบางเจ้าและระบบควบคุมคุณภาพมาตรฐานหลายแห่ง ได้กำหนดให้ความไม่แน่นอนของการวัดเป็นสิ่งที่ต้องทราบค่าและต้องสอดคล้องกับความสามารถในการวัดของอุปกรณ์ใดๆที่ใช้ในการตรวจวัดหรือทดสอบ

อันที่จริงแล้ว ในหนังสือ Measurement System Analysis (4th edition) ได้ให้ความหมายของความไม่แน่นอนไว้ว่า คือค่าที่กำหนดให้กับผลการวัด ที่อธิบายช่วงคาดหวังที่จะมีค่าที่แท้จริงอยู่ ภายใต้ช่วงความเชื่อมั่นที่กำหนด ซึ่งโดยปกติจะบอกมาเป็นค่าสองด้าน (ค่าบวก/ลบ) นั่นก็คือ ความไม่แน่นอน เป็นการอธิบายความน่าเชื่อถือในการวัดในเชิงปริมาณนั่นเอง สามารถอธิบายได้ด้วยสมการง่าย คือ

True measurement = Observed measurement ±U

U เรียกว่า “ช่วงความไม่แน่นอน” (Expanded Uncertainty) ของค่าวัด ซึ่งเป็น ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานโดยรวม (Combined Standard Error; uc) หรือส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานของความคลาดเคลื่อนรวม (Combined errors) ซึ่งมีทั้งความคลาดเคลื่อนแบบสุ่ม และความคลาดเคลื่อนเชิงระบบ ในกระบวนการวัด มักจะมีการคูณด้วย ตัวคูณขอบเขต (Coverage factor; k) ซึ่งเป็นตัวแทนของพื้นที่ใต้เส้นโค้งปกติ เพื่อกำหนดช่วงระดับของความเชื่อมั่น โดยตัวคูณขอบเขตที่พอจะใช้เพื่อกำหนดความไม่แน่นอนที่ 95% ของเส้นโค้งปกติ คือ k = 2 ด้งนั้น

ความคลาดเคลื่อนมาตรฐานโดยรวม หมายรวมถึงองค์ประกอบที่สำคัญของความผันแปรในกระบวนการวัด ในหลายกรณี เราใช้วิธีการวิเคราะห์ระบบวัด (MSA) เป็นเครื่องมือในการหาปริมาณความไม่แน่นอน ซึ่งองค์ประกอบของความคลาดเคลื่อนที่สำคัญนั้น เรามักกำหนดให้เป็น σ_performance^2 ส่วนองค์ประกอบความคลาดเคลื่อนอื่นๆ ก็อาจจะกำหนดเป็น σ_other^2 แล้วแต่กรณีที่นำไปใช้ อย่างไรก็ตาม เราสามารถอธิบายความคลาดเคลื่อนมาตรฐานโดยรวม ได้ดังสมการ

สิ่งสำคัญขอให้จำไว้ว่า ความไม่แน่นอนในการวัด เป็นการประมาณอย่างง่ายของการวัด ซึ่งอาจแปรผันไปตามช่วงเวลาการวัด มันจึงควรถูกพิจารณาแหล่งกำเนิดความผันแปรของการวัดที่สำคัญในกระบวนการวัดดังกล่าวด้วย โดยรวมเข้ากับความคลาดเคลื่อนจากการสอบเทียบ จากตัวชิ้นงานมาตรฐาน จากวิธีการวัด จากสิ่งแวดล้อม และอื่นๆที่เกี่ยวข้อง ในหลายกรณี เราทำการประมาณด้วยการวิเคราะห์ระบบวัด และ GRR เพื่อวัดปริมาณความคลาดเคลื่อนมาตรฐานที่มีนัยสำคัญ มันจึงเป็นการดีกว่า ถ้าเราจะกำหนดรอบการประเมินความไม่แน่นอนซ้ำใหม่ ให้สัมพันธ์กับกระบวนการวัด เพื่อให้สามารถมั่นใจได้ว่าระบบวัดจะยังใช้ได้ถูกต้องอย่างต่อเนื่อง

ความไม่แน่นอนในการวัด แตกต่างจาก การวิเคราะห์ระบบวัด อย่างไร?

ข้อแตกต่างที่เห็นชัดเจนเลยก็คือ การวิเคราะห์ระบบวัดมุ่งเน้นที่การทำความเข้าใจกระบวนการวัด ค้นหาปริมาณความคลาดเคลื่อนในกระบวนการ และประเมินความพอเพียงของระบบวัด เพื่อใช้ในการควบคุมผลิตภัณฑ์และกระบวนการ การวิเคราะห์ระบบวัด จะช่วยในการทำความเข้าใจและปรับปรุงความผันแปรของระบบและกระบวนการได้ดี

ขณะที่ความไม่แน่นอน คือช่วงของค่าวัด ที่กำหนดโดยช่วงของความเชื่อมั่น ซึ่งจะสัมพันธ์กับผลที่ได้จากการวัด และคาดหวังให้ค่าที่แท้จริงอยู่ภายในช่วงของค่าวัดดังกล่าว

มาถึงตรงนี้แล้ว หลายคนอาจหน้ามืดได้ ซึ่งก็ไม่แปลกครับ เพราะผมเองก็ยอมรับว่ายังไม่เข้าใจถ่องแท้ หรือแยกออกได้ชัดเจนถึงความแตกต่างดังกล่าวเช่นกัน ก็คงต้องอาศัยการศึกษาทำความเข้าใจต่อไป หรือใครมีความเห็นอย่างไร ก็แนะนำกันมาได้ครับ