Metrologie oder wie man messung und leistung in reimform bringt ?

Die Metrologie gibt es seit den Anfängen der Zivilisation. Der Mensch hat schon immer versucht, allen möglichen Dingen Größen zuzuordnen, z. B. Gewichte für den Handel oder Entfernungen, um die Umwelt zu kartografieren.

Innerhalb von Organisationen wurde die Metrologie lange Zeit eher als Kostenfaktor denn als Gewinnbringer angesehen, obwohl sie ein wichtiger Leistungshebel ist und in vielen Branchen, von der Luft- und Raumfahrt über die Kernenergie bis hin zum Gesundheitswesen, der Chemie und der Biologie, zur Strategie gehört.

Aber was ist Metrologie konkret?

Die Metrologie oder Wissenschaft vom Messen ermöglicht es, ein Messergebnis universell zu qualifizieren und zu quantifizieren, mit einer Einheit und einer damit verbundenen Unsicherheit. Die Tatsache, dass eine Messung mit dem internationalen Einheitensystem verknüpft ist, hat einen grundlegenden Nutzen: Man kann sich überall auf der Welt auf den zugehörigen Wert einigen und so den Austausch, wie z. B. eine Handelstransaktion, erleichtern. 

Im Zeitalter von Big Data und technologischen Innovationen erkennen Organisationen, dass sie durch eine gute Beherrschung der Metrologie ihre Wettbewerbsfähigkeit steigern, die Qualität ihrer Produkte verbessern und die Kosten senken können. Um ihre Leistung zu steigern, konzentrieren sie sich daher auf die Qualität der Messungen, die Schätzung von Unsicherheiten, die Kalibrierung von Geräten und Instrumenten, die Kontrolle der Kalibrierungsintervalle oder auch die Produktion von rückverfolgbaren Messungen (Audit Trail).

Um Ihnen zu helfen, die Herausforderungen der Metrologie sowie die besten Praktiken für eine erfolgreiche Einführung besser zu verstehen, haben unsere Teams Patrick MATHIEU, einen der französischen Experten auf diesem Gebiet (siehe seine Biografie am Ende des Artikels), getroffen, um seine Vision und seine Ratschläge mit Ihnen zu teilen.

Was sind die Themen und Herausforderungen rund um die Metrologie?

Die wichtigste Herausforderung im Bereich der Metrologie besteht darin, das Vertrauensverhältnis zu den Kunden aufrechtzuerhalten und zu stärken. Wenn Zweifel an der Zuverlässigkeit eines Ergebnisses aufkommen, ist es sehr schwierig, das Vertrauen zurückzugewinnen. Allerdings ist es auch nicht die Lösung, alles ständig zu kontrollieren. Wie bei jedem anderen Prozess muss auch für die Metrologie eine Strategie in Verbindung mit ihrem Risiko- und Chancenmanagement festgelegt werden.

In vielen Organisationen ist zu beobachten, dass die Metrologie auf eine Ansammlung von Dokumenten aus regelmäßigen Vorgängen reduziert wird. Diese werden dann abgelegt, ohne wirkliche Nutzung oder technische Begründung, außer dass die Geräte nach der Wartung sauber und funktionstüchtig sein müssen.

Um ihre Metrologie zu stärken, wenden sich einige Organisationen an ihre Ausrüstungslieferanten, die jährliche Wartungsleistungen, seien es präventive oder korrektive, anbieten, die eine metrologische Komponente beinhalten. Ich rate Ihnen, der angewandten Methodik besondere Aufmerksamkeit zu schenken, um sicherzustellen, dass sie mit Ihrem tatsächlichen Bedarf übereinstimmt, zumal diese Auslagerung mit gewissen Kosten verbunden ist.

Wenn es die normativen, gesetzlichen oder sonstigen Anforderungen zulassen, kann die Metrologie angepasst und verschlankt werden. Diese Optimierung ist, wenn sie gut durchdacht und betrieben wird, gleichbedeutend mit Leistung.

Haben Sie konkrete Anwendungsbeispiele? 

In meinem Labor verwende ich einen Metallkeil mit Abmessungen, die durch ein Kalibrierungszertifikat bereitgestellt werden, um Messungen durchzuführen. Die Masse dieses Keiles wird verfolgt, wobei ich eine Waage verwende, die ebenfalls kalibriert ist. 

1. Wenn dieser Keil als Maßreferenz verwendet wird und die Raumtemperatur während des Vorgangs nicht gemessen und überwacht wird, wird eine wichtige Fehlerquelle aufgrund der Ausdehnung des Materials nicht bewertet.

2. Wenn ich diesen Metallkeil auf meiner Waage wiege, bringt die Waage ihre eigene Unsicherheitsquelle ein, zu der man auch den Effekt hinzufügen könnte, der mit der Veränderung der Umgebungsbedingungen zusammenhängt, mit dem Effekt, der mit der Position des Keils auf der Waagschale (Exzentrizität) zusammenhängt, oder auch mit der Wartezeit des Bedieners, der die Masse abliest.

Die Abmessungen und die Masse dieses Keils werden in regelmäßigen Abständen erneut überprüft, um eine mögliche Drift im Laufe der Zeit zu bewerten oder ihre Stabilität zu gewährleisten. Dasselbe gilt für den Temperaturfühler des Labors und die Waage. 

Welchen Rat würden Sie einer Organisation geben, die ihre Messtechniken verbessern möchte? 

Eine Organisation, die ihre Messtechniken verbessern möchte, sollte im Vorfeld ermitteln, welche Gewinne sie sich davon verspricht: Bewertung oder Verbesserung der Leistung, Optimierung der Ressourcen, Erlangung einer Zertifizierung oder Akkreditierung für eine Norm usw.  

Je nach den angestrebten Zielen, aber auch den für diesen Verbesserungsprozess erforderlichen Ressourcen, muss die Organisation die Hemmnisse und Risiken ermitteln, bevor sie einen spezifischen Fahrplan aufstellt.

Darüber hinaus ist es je nach Reifegrad, aber auch nach Größe und Kontext sinnvoll, einen externen Blickwinkel hinzuzuziehen, um den gesamten Prozess zu begleiten oder einfach nur eine Meinung zu den internen Arbeiten abzugeben. Auch die Durchführung von Veränderungen ist ein nicht zu vernachlässigender Faktor.

Was würden Sie all jenen antworten, die die Metrologie noch nicht in den Mittelpunkt ihres Handelns stellen?

Ich würde sagen, wenn die Metrologie nicht im Mittelpunkt steht, obwohl das Unternehmen dennoch Produkte oder Testergebnisse liefert, liegt das daran, dass: 

• Entweder ist das vorhandene System robust und es kann nachgewiesen werden, dass die Auswirkungen der Messungen beherrscht werden oder vernachlässigbar sind,
• oder sie wird ohne dokumentierte Begründung ignoriert oder vernachlässigt, und in diesem Fall wird dringend empfohlen, dass Sie anfangen, darüber nachzudenken, da es kritisch sein kann!

Wenn sie nicht ausgelagert wird, kann die Metrologie in jeder Phase des Prozesses, vom Experiment bis zur Lieferung von Produkten, eingeführt werden. Sie kann darin bestehen, Ergebnisse mit Referenzdaten zu vergleichen, oder Stichproben mit „Qualitätskontrollen“ in einer Produktionslinie durchzuführen, oder auch durch Redundanz zwischen mehreren Messsystemen vorzugehen, die kohärente Werte liefern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Einführung einer Metrologiestrategie nicht unbedingt bedeutet, alles in Frage zu stellen. Es gilt, auf dem Bestehenden aufzubauen, es zu verbessern und durch Prozesse zu ergänzen, die den Leistungszielen der Organisation entsprechen. 

Patrick MATHIEU

---

Beratende Führungskraft für Metrologie bei IFPEN

Linkedin

Patrick MATHIEU ist leitender Metrologieexperte (mit chemischer Ausbildung) und kam 1999 zum Zentralen Metrologiedienst von IFPEN, wo er zum Experten auf diesem Gebiet zur Unterstützung der experimentellen Aktivitäten wurde.

Er ist für die Unterstützung und Beratung der Projektteams bei der Identifizierung und Beherrschung der Einflussfaktoren eines experimentellen Verfahrens zuständig. In dieser Funktion ist er in allen Phasen des Lebenszyklus eines Prozesses tätig, vom Korrekturlesen des funktionalen Lastenhefts über die technische Abnahme der Werkzeuge bis hin zur Strategie der metrologischen Überwachung. 

Patrick ist außerdem Ausbilder und interner Auditor des Supportprozesses „Metrologie“ gemäß den Normen NF ISO 9001 und 10012. Seit 2021 ist er Mitglied der französischen Arbeitsgruppe der AFNOR für die Überarbeitung der ISO-Norm 10012.

Möchten Sie sich über Ihre Projekte und die Herausforderungen der Metrologie austauschen?