Un re, una legge, un peso, una misura!

Un po’ di storia

Fino alla fine del XVIII secolo, le misure si caratterizzavano per una estrema diversità. Misure della stessa natura e con valori simili avevano nomi diversi a seconda delle provincie, talvolta le città e i villaggi di una stessa regione. Per di più, il significato fisico di misure dallo stesso nome differiva, in generale, a seconda del luogo ed anche a seconda della corporazione interessata all’oggetto misurato.

Come è iniziato tutto ciò?

Il bisogno di misurare è nato attorno a due necessità:

  • gli spostamenti, per trovare la propria posizione nello spazio
  • il commercio, per garantire la correttezza degli scambi

Nel 1789 da più parti si levavano lamentele volte a chiedere di uniformare pesi e misure: l’incoerenza e la molteplicità dei vecchi sistemi erano conseguenza del feudalesimo. Un re, una legge, un peso, una misura! E’ stato necessario inventare differenti unità (il metro ed il chilogrammo, in particolare) utili al commercio. Il vescovo e deputato Talleyrand, affinché queste nuove unità fossero accettate da tutti, propose che rispettassero questo principio: le unità non dovevano avere nulla di arbitrario, né di particolare, in riferimento ad alcun popolo sulla terra.

Qualche definizione

Dopo studi approfonditi, fu deciso che il metro avesse la seguente definizione: il metro è uguale alla decimilionesima parte di un quarto di meridiano terrestre. Ci vollero circa 7 anni perché due astronomi dell’epoca, Delambre e Méchain, riuscissero a misurare una parte del meridiano terrestre tra Dunkerque e Barcellona, misura che permise di realizzare un campione materiale del metro. Da allora, il metro è arrivato alla sua quarta definizione: il metro è uguale alla distanza percorsa dalla luce nel vuoto in un tempo pari a 1/299 792 458 secondi. Ovviamente, tutte le altre unità del sistema internazionale si basano su definizioni di questo tipo, tranne il chilogrammo che, ad oggi, resta ancora definito sul prototipo internazionale (il K2) realizzato nel 1872 e le cui copie sono state distribuite ai paesi membri della Commissione Internazionale dei Pesi e delle Misure (CIPM).

La metrologia legale

Assi rapidamente, ed allo scopo di rispondere alle esigenze della popolazione – aver fiducia nei risultati di misura – lo stato ha istituito un servizio, la metrologia legale, incaricato di garantire l’onestà degli scambi commerciali e l’eguaglianza dei cittadini di fronte ai risultati di misura. Di conseguenza, tutti gli strumenti impiegati in transazioni commerciali sono oggetto di verifiche periodiche eseguite nel rispetto di regole valide nell’intera nazione. Queste verifiche hanno lo scopo di garantire che gli strumenti (solo gli strumenti!) restino nei limiti di errore stabiliti per decreto e relativi a quel tipo di strumenti. Più nessuno dubita, oggi, di un risultato di misura. Nel nostro inconscio collettivo il valore misurato è diventato il valore vero. La metrologia legale ha quindi compiuto con successo la propria missione. Ma metrologia legale e metrologia industriale hanno lo stesso obiettivo?

La metrologia come leva di produttività

Contrariamente a quello che, spesso in modo implicito, ci è stato inculcato, il valore misurato non è mai il valore vero del misurando. Se pensarlo può avere dei vantaggi nell’ambito della nostra vita quotidiana, lo stesso non si può dire in ambito industriale. Infatti, se la metrologia legale mira a garantire l’onestà e l’uniformità, la metrologia industriale deve garantire LA FUNZIONALITÀ!

Le problematiche della metrologia industriale

L’insieme dei fattori che intervengono nel processo di misura contribuisce a degradare il risultato di misura:

  • le apparecchiature di misura
  • l’operatore
  • l’ambiente nel quale si esegue la misura
  • la tecnica di misura utilizzata
  • l’oggetto misurato

Per questi motivi, il risultato di una misurazione non può essere fornito come singolo valore numerico Diametro misurato = 20,012 mm, ma, per fornire un’idea di quello che può essere il valore vero della grandezza misurata, deve essere espresso nella forma: Diametro misurato = (20,012 ± 0,008) mm.

In tal modo, il valore vero del diametro misurato si trova nell’intervallo:

Intervalle
Insieme dei valori che possono essere ragionevolmente
attribuiti al valore del diametro considerato

Incertezza di misura e capacità

E’ per questo che le differenti norme dei sistemi qualità impongono, in un modo o nell’altro, di considerare l’incertezza di misura nella dichiarazione di conformità di un prodotto, a partire dal punto 4.11 della norma ISO 9001 (1994):

[ … ] le incertezze di misura sono conosciute e compatibili con le capacità richieste in materia di misura [ … ]

Per soddisfare questo requisito, tutti oggi riconoscono l’obbligo di tarare i propri strumenti di misura, cioè di valutare, per confronto con dei campioni che realizzano l’unità di misura di riferimento, gli errori degli strumenti di misura. Questa operazione, indispensabile per valutare l’incertezza di misura, non è però la sola a dover essere effettuata. Così come uno strumento ha i suoi errori che bisogna conoscere, allo stesso modo è necessario considerare tutti gli errori attribuibili a tutti gli altri attori del processo di misura: l’operatore, la tecnica utilizzata, l’ambiente, ecc.

L’ISO (International Organization for Standardization) ha pubblicato un documento di riferimento, oggi riconosciuto internazionalmente, che propone un metodo di valutazione dell’incertezza di misura: la GUM. In Italia è stata recepita da UNI e CEI come Norma UNI-CEI ENV 13005:2000 “Guida all'espressione dell'incertezza di misura”. E’ anche disponibile (indirizzata più specificatamente ai laboratori di prova) una serie di norme nelle quali è proposto un approccio più sperimentale: le norme della serie ISO 5725.

Oltre a queste norme di calcolo, l’ISO pubblica altre norme che consentono di definire, in ambito industriale, strategie atte a tener conto dell’incertezza di misura nelle dichiarazioni di conformità: la norma ISO 14253-1 (2000) Specifiche geometriche dei prodotti (GPS) - Verifica mediante misurazione dei pezzi lavorati e delle apparecchiature per misura.

Peraltro, le case automobilistiche hanno comunque sviluppato metodi sperimentali, specifici per il loro campo di applicazione, basati sul concetto di “capacità” del processo di misura. La capacità di un processo di misura si determina come rapporto tra la tolleranza da verificare e l’incertezza di misura (o il rapporto inverso).

Il futuro

Oggi il metrologo deve inserirsi in una visione di progresso tesa a migliorare la produttività e, conseguentemente, la competitività dell’impresa. Di fatto, la conoscenza delle incertezze di misura deve condurre a riconsiderare le tolleranze. L’incertezza di misura non può essere considerata, negando la realtà, come un vincolo aggiuntivo.

In metrologia ogni euro speso deve essere un euro investito

Gli indicatori devono diventare più ambiziosi di quanto non lo siano oggi:

  • diminuzione dei resi
  • diminuzione delle modifiche
  • diminuzione dei tempi di ciclo