不确定度评定在质量检验工作中的运用
摘 要：工程产品质量的极限判定准则没有考虑实际存在的测量误差，可能导致合格品被拒收或不合格品被接收。为减少质量误判，在产品质量评定时，应考虑测量不确定度的影响。原则上，不确定度的应用总是不利于提供测量结果一方。测量方应努力提高测量能力，以降低测量不确定度，使不确定区尽可能小一些。
关键词：质量；不确定度；合格；评定；不确定区
1引言
在工程产品质量的合格评定中，常通以其技术指标的估值来判定产品是否合格，这就是所谓的极限判定准则。受随机效应和没修正的系统效应影响，被测量的估值总是存在误差。由于测量误差的大小是无法知道的，极限判定准则可能将合格品误判为不合格品，或者相反。
在给定保证率的情况下，随机效应和没修正的系统效应对被测量的影响量，可以通过评估、计算获得，其绝对值就是测量不确定度之半宽，它表征对测量结果的怀疑程度。我们不应简单地以被测量的估值是否落在规范或设计要求的范围内来判定产品合格与否，还应考虑测量不确定度的影响，在提供测量结果时，应同时提供其不确定度。
2不确定度对极限判定准则的影响
除特殊情况外，工程产品技术指标测量结果的扩展不确定度U的包含因子，通常使用概率为95%对应的正态分布分位数u0.95，即测量结果为x±U95。如果忽略测量不确定度，仅以被测量估值x作为合格判定依据，就可能出现合格品被误判为不合格品，导致合格品被拒收，也可能将不合格品误判为合格品，使不合格品被接收。
就大多数工程产品而言，不确定度是以绝对值大小来表示，不确定度末位与被测量估值的末位对齐。有些测量结果，使用相对不确定度能更好地反映其可靠程度，如土的渗透系数等。
2.1单侧限产品合格判定的影响分析
就大多数工程产品而言，产品的技术要求往往是单向，即只有下单侧限，如填土干密度、钢筋强度等，或者只有上单侧限，如有机质含量、吸水率等。
如图1，某种材料抗拉强度要求为≥x0，当测量结果x落在[x0-U95，x0+U95]時，无法准确判定产品合格与否。因此，在实施测量之前，有关各方应就测量不确定度大小及其应用达成一致。一般原则是，不确定度的应用总是不利于提供测量结果一方。
对产品质量的误判概率分为误接收概率Lar（p） 和误拒收概率Lrr（p） 。如图1，假设A线为样本的真值分布，Lar（p） 等于四边形bcfe的面积Sbcfe，Lrr（p） 等于四边形efih的面积Sefih。不确定度越大，产品质量被误判的概率越大。为了降低测量不确定度，除了样本要有足够的代表性外，还应使用精度足够高且性能好的测量设备，合理的测量程序，由熟练的测量人员实施测量，并控制好测量环境。
2.2双侧限产品合格判定的影响分析
有些工程产品的技术指标为双侧公差限，如闸门宽度、螺杆直径、砂石粒组含量，等等。如图2，技术指标x要求为：x [xL， xU]，这时，当测量结果X落在[xL-U95，xL+U95]或[xU-U95，xU+U95]时，无法准确判定产品合格或不合格。
Lar（p） 等于四边形bcfe和nolk的面积之和（Sbcfe+ Snolk），Lrr（p） 等于四边形efih和qron的面积之和（Sefih+ Sqron）。
事实上，产品技术指标的真值分布是不知道的，所以，误接收概率和误拒收概率都是无法准确计算的，实际应用中，可用测量结果分布代替真值分布来估计Lar（p） 和Lrr（p） 。
3合格判定原则
以2.1中的单侧限产品为例，直线ac左侧为不合格区，直线gi右侧为合格区，当测量结果落在直线ac与直线gi之间时，我们无法确定该产品是否合格，这个区域为不确定区。
不确定度的应用一般原则是：不确定度总是不利于提供测量结果一方。因此，如果由供方提供测量结果，则当测量结果落在不确定区时，产品将被判为不合格。反之，如果由需方提供测量结果，则当测量结果落在不确定区时，产品将被判为合格。
当由供方进行测量时，往往会提供较小的测量不确定度，以使合格区扩大，提高合格率。同样地，当由需方进行测量时，也希望测量不确定度尽可能小一些，以使不合格区较大，从而获得质量较好的产品。测量不确定度大小，应根据测量方的实际情况评定，ISO/TS14253-3[1]规定了当供方或需方对对方给出的测量不确定度不认可时的处理程序。
在工程实践中，曾有测量方将测量结果落在不确定区的产品判为“基本合格”品，这种不严格的结论在工程实践中难以应用。在产品验收时，人们可能习惯性将“基本合格”的产品与合格品等同对待，所以，实际是人为将不确定区划入了合格区。因此，有必要指出，合格判定应符合国内或国际标准，有些工程可以由供需双方共同约定。
4测量不确定度的确定
测量不确定度反映测量结果的可靠程度，应根据实际情况作出科学评定。测量不确定度的大小，一定程度上反映实验室的测量能力。
由于合格判定依据与测量不确定度有关，所以，无论由供方还是需方进行测量，双方应对测量不确定度大小及其应用方法达成一致意见。如果测量前没有达成一致，工程在接收或拒收方面的争端就不得不使用ISO14253-1[2]的缺省规则。合格判定的原则是测量不确定度将总是不利于进行测量并提供合格或不合格证明的一方。
5.结语
产品质量评定应考虑测量不确定度。如果供、需双方没有就测量不确定度及其应用达成一致，在合格判定时，测量不确定度将总是不利于提供测量结果一方。
当前大多数工程产品质量测量并非业主或施工方亲自实施，而是委托第三方进行。所以，为了减少误判，应尽量委托信誉好的测量机构，由高水平的测量人员实施检测，以降低测量不确定度，降低产品质量被误判的概率。
有些产品的技术规范给出了平行测量允差，可从平行测量允差推算测量不确定度的规范最大值及不确定区的规范最大范围。如果测量方给出的不确定度超出这个范围，表明其测量能力不胜任此项测量工作。[3]
参考文献：
[1]吴国永.填土合格干密度的判定[J].东北水利水电，2006，（3）：62～63.
作者简介：
吴国永（1961，4），男。岩土工程高级工程师。从事岩土工程质量检测、研究工作。
从事岩土工程质量检测、教学、研究工作，以第一作者发表土的直剪试验有效抗剪强度指标的特性、快速击实试验、广东常见筑坝土料固结快剪与慢剪抗剪强度指标的对比、填土干密度检测抽样方案与接收概率、填土合格干密度的判定、全站仪测距不确定度研究、工程质量检测多样本样本一致性比较等二十多遍论文，部分研究成果已在工程实践中应用多年，得到实践的检验。
