คุณภาพและความปลอดภัย เบื้องหลังตัวเลขการรับแรงดึง

คำถามยอดฮิตที่เราถูกถามเสมอ เมื่อเจอความสงสัยในความแข็งแรงของอุปกรณ์ ทั้งอุปกรณ์ในงานเชือกกู้ภัย Rope Rescue และอุปกรณ์เชือกที่ใช้เข้าถึงพื้นที่ Rope Access เมื่อมีอุปกรณ์ใหม่ ก็ไม่พ้นคำถามอันดับต้นๆที่ตามมาว่า “อุปกรณ์ตัวนี้ ทนแรงดึงได้ถึงแค่ไหน” ดูเหมือนจะเป็นคำถามง่ายๆ ที่ตอบสั้นๆกันด้วยตัวเลข แต่หากตอบให้ลึกลงไป ควรอธิบายให้ลึกซึ่งถึงที่มาของแรงดึงนั่นด้วย.
ไม่ใช่เรื่องแปลกที่โดยทั่วไป ในสินค้าหน้าตาคล้ายกัน อาจทำให้คิดว่าขั้นตอนการผลิตก็คงเหมือนกัน. แต่ในความเป็นจริง สิ่งที่เป็นรายละเอียดกลับซับซ้อน และให้ความสำคัญต่างกันไปในแต่ละโรงงาน โดยเฉพาะการควบคุมคุณภาพ. เพื่อให้สินค้าที่ได้ แทบไม่เกิดความแตกต่าง ในแต่ละล็อตการผลิต. สินค้าที่คุณภาพคงเดิม มาจากการเพิ่มต้นทุน เพื่อควบคุมความสมดุลด้านคุณภาพ. สิ่งที่สำคัญยิ่งกว่า คือการผลิตสินค้าที่ “ดีพอ” และเป็นกลางระหว่างคุณภาพสินค้าที่ได้ กับราคาที่ไม่ไกลเกินเอื้อม.
ในการทดสอบสินค้าเพียง 1 ตัวอย่าง เท่ากับผลลัพธ์สำหรับของเพียงชิ้นเดียว ไม่อาจเทียบเคียงได้เพียงพอ ต่อการประเมินค่าความน่าเชื่อถือในขั้นตอนการผลิต การคำนวนผลที่แม่นยำ มาจากการทดสอบบนตัวอย่างเดิม แต่เพิ่มจำนวนครั้ง เพื่อวัดค่าความแตกต่างของตัวอย่าง ยิ่งทดสอบมาก ความแม่นยำยิ่งมีสูง. เมื่อได้ผลลัพธ์แล้ว จะนำมาใช้อย่างไร หนึ่งในการคำนวนที่นิยม คือการใช้สูตรทางสถิติ ในการหาค่าเปอร์เซนต์ของการเบี่ยงเบนมาตรฐาน standard deviation: SD และใช้เพื่อไปคำนวณค่า ‘3 Sigma’ โดยตัวเลขที่คำนวนได้ จะนำไปใช้ชี้วัดคุณภาพสินค้า เพื่อเป็นการยืนยันให้ผู้บริโภคมั่นใจ ในความสม่ำเสมอของคุณภาพการผลิต.

3 Sigma (ทรี ซิกมา) คืออะไร?

3 Sigma คือสูตรทางสถิติ ที่ใช้คำนวนหาค่าความเป็นไปได้ มักจะใช้คำนวณอัตราการรับแรงดึงขั้นต่ำ (Minimum breaking strength หรือ MBS) ของอุปกรณ์การปีนขึ้นลงเชือก Climbing, อุปกรณ์ในระบบเชือกกู้ภัย Rope Rescue หรืออุปกรณ์ที่ใช้ในการเข้าถึงพื้นที่ด้วยเชือก Rope Access
การคำนวณโดยใช้สูตรนี้ จะได้ค่าความน่าจะเป็น ของการรับแรงดึงขั้นต่ำที่ปลอดภัย จากความหลากหลายของผลลัพธ์ที่ได้ในการทดสอบ. เมื่อนำมาใช้ในการคำนวน จะได้ค่าความน่าจะเป็น และเปอร์เซนต์ความน่าเชื่อถือ. ของอุปกรณ์ที่ถูกทดสอบ ว่ามีทนทานและสามารถรับแรงดึงขั้นต่ำ ได้สูงกว่าค่าที่ระบุไว้ 99.86%
.
วิธีที่ง่ายที่สุดในการอธิบายการหาค่า 3 Sigma ให้เกิดความเข้าใจ คือการคำนวณให้เห็น จากการทดสอบ เราใช้แรงดึงถึงจุดขาดตัวของเชือก Nodus ขนาด 6 มม. จาก Teufelberger ซึ่งผูกเงื่อนรูปเลขแปด Figure 8 ไว้ทั้ง 10 ตัวอย่าง และบันทึกค่าแรงดึง ผ่านเครื่องวัดแรงดึงโหลดเซลล์ Load Cell Enforcer จาก Rock Exotica ได้ค่าดังนี้

การทดสอบทั้ง 10 ครั้ง วัดแรงดึง เป็นหน่วยกิโลนิวตัน KiloNewtons (kN):

• Test #1: 7.20 kN
• Test #2: 7.97 kN
• Test #3: 6.57 kN
• Test #4: 6.84 kN
• Test #5: 6.44 kN
• Test #6: 7.49 kN
• Test #7: 6.92 kN
• Test #8: 7.38 kN
• Test #9: 6.51 kN
• Test #10: 6.96 kN

ผลการทดสอบพบว่า เงื่อนขาดที่แรงดึงระหว่าง 6.44 kN – 7.97 kN
ขั้นตอนแรกของการคำนวณ 3 Sigma คือ การหาค่าเฉลี่ยของผลลัพธ์ซึ่งเท่ากับ 7.03 กิโลนิวตัน (ผลรวมจากการทดสอบ 70.28 หารจำนวนครั้งที่ทดสอบ 10) ขั้นต่อไปคือการหาค่าเบี่ยงเบนมาตรฐาน standard deviation: SD ซึ่งหมายถึงค่าแปรผันจากผลลัพธ์ที่ได้ ใน 1 ชุดของกลุ่มตัวอย่างที่ทดสอบ หากผลของแรงดึงที่ได้อยู่ใกล้ค่าเฉลี่ยมากเท่าไร ก็จะได้ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานน้อย หากผลของแรงดึงส่วนใหญ่อยู่ห่างจากค่าเฉลี่ยมาก ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานก็จะมากตามไปด้วย. ยิ่งค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานยิ่งน้อยเท่าไร ก็ยิ่งแสดงถึงคุณภาพการผลิตสินค้า ที่มีประสิทธิภาพสูงมากเท่านั้น.

วิธีหาค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานแบบง่ายๆ สามารถคำนวนโดยใช้โปรแกรม Microsoft Excel โดยใช้คำสั่ง =STDEV function

จากผลการทดสอบนี้ ค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานที่ได้ เท่ากับ 0.49 kN เมื่อเราได้ค่า 3 Sigma ทั้งหมดนี้แล้ว ก็นำไปคูณ 3 จะได้เป็น 1.47 kN(0.49 kN x 3).
นำไปลบออกจากค่าเฉลี่ย ได้ค่า 3 Sigma สุดท้ายที่ 5.56 kN (7.03 kN – 1.47 kN)
การใช้สูตร 3 Sigma ทำให้มั่นได้ว่า แม้จะมีโอกาส 0.14% ที่เงื่อนจะขาดด้วยแรงดึงต่ำกว่า 5.56 kN แต่ก็เป็นโอกาส ที่เกิดได้น้อยเต็มที โดยตัวเลขนี้สามารถทำให้แม่นยำยิ่งขึ้น โดยการเพิ่มจำนวนตัวอย่างในการทดสอบ จาก 10 เป็น 20 หรือ 50 ยิ่งมีตัวอย่างให้ทดสอบมากเท่าไร ความแม่นยำของตัวเลขแรงดึงต่ำสุด ณ จุดขาดตัว ก็จะมากขึ้นตามไปด้วย.

วิธีการหาอัตราการรับแรงดึงขั้นต่ำ MBS ของอุปกรณ์ คำนวนอย่างไร?

สังเกตว่าค่า 3 Sigma ที่ได้ในการทดสอบนี้อยู่ที่ 5.56 kN คิดเป็น 13.66% ต่ำกว่าแรงดึงต่ำสุดที่ทดสอบได้จากกลุ่มตัวอย่าง 6.44 kN แต่ถ้าไม่ใช้สูตร 3 sigma วัดเปอร์เซนต์ความน่าจะเป็น แต่ใช้ตัวเลขผลลัพธ์ต่ำสุด ในการทดสอบ 6.44 kN แทนอัตราการรับแรงดึงขั้นต่ำ MBS โดยระบุไว้บนตัวอุปกรณ์ ก็จะเท่ากับมีโอกาสถึง 11.35% ที่ 1 ใน 10 ของอุปกรณ์จะหักหรือพัง ต่ำกว่าแรงดึงต่ำสุด 6.44 kN ซึ่งเป็นอัตราความเสี่ยงที่อันตรายมาก. แต่เมื่อใช้สูตร 3 Sigma จะมีโอกาสแค่ 1 ใน 715 เท่านั้น ที่อุปกรณ์จะหักหรือพัง ต่ำกว่าแรงดึงต่ำสุด (ความน่าจะเป็นที่ 99.86%)
หากตัวเลขเหล่านี้นำไปใช้ทดสอบอุปกรณ์ เช่น คาราบิเนอร์ แทนการทดสอบเงื่อนเชือกล่ะ? คุณจะยังใช้คาราบิเนอร์ที่รู้อยู่แล้วว่า มีโอกาสจะหักหรือพัง 11.35% จากแรงดึงขั้นต่ำ ที่ทำสัญลักษณ์ไว้หรือไม่? เป็นความอันตรายที่เกิดขึ้นได้ จากความไม่รู้ที่มาของค่าการรับแรงดึง ดังนั้นผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงจึงไม่เสี่ยงกับความปลอดภัย และพยายามรักษาไว้ซึ่งความไว้วางใจที่สั่งสมมายาวนาน ด้วยการรับรองอุปกรณ์ให้ได้รับมาตรฐานสากลอย่างแท้จริง ถึงแม้จะมีต้นทุนการทดสอบและรับรองสูง ก็แลกมาด้วยความปลอดภัยที่ยืนยันและพิสูจน์ได้.
คำว่ามาตรฐานสากล หมายถึงอะไร? ยกตัวอย่างการจำหน่ายสินค้าในสหภาพยุโรป โดยเฉพาะอุปกรณ์ความปลอดภัยที่ผลิตเพื่อใช้กับบุคคล life safety equipment จะต้องผลิตภายใต้เงื่อนไขคำสั่งของสหภาพยุโรป (EU). การผลิตจะต้องผ่านการทดสอบและรับรองจากหน่วยงานอิสระ (ที่ไม่ใช่โรงงานผู้ผลิตรับรองผลเอง) ก่อนที่จะได้รับเครื่องหมาย CE และไม่ใช่การทดสอบแค่เพียงรอบเดียว จะต้องมีการสุ่มตรวจสอบโรงงานอีกได้ในภายหลัง เช่นเดียวกับอุปกรณ์ที่ผลิตโดยผ่านการรับรองมาตรฐาน NFPA 1983 Standard on Life Safety Rope and Equipment for Emergency Services ว่าด้วยการใช้เชือกและอุปกรณ์ สำหรับงานที่เกี่ยวข้องกับการช่วยเหลือฉุกเฉิน หรือบรรเทาสาธารณภัย จะต้องได้รับการทดสอบจากองค์กรอิสระ ก่อนที่จะสามารถระบุมาตรฐานลงบนผลิตภัณฑ์ ส่วนในประเทศและภูมิภาคอื่น อาจใช้มาตรฐานอื่นๆที่เกี่ยวข้อง.
สำหรับอุปกรณ์ที่ผลิตภายใต้มาตรฐานสากล ค่าการรับแรงดึงขั้นต่ำ minimum breaking strength ที่ระบุไว้บนตัวอุปกรณ์ มีที่มาและนัยสำคัญ โดยข้อมูลจากการรับรอง จะต้องตรวจสอบได้จากหน่วยงานอิสระ หรือห้องปฏิบัติการณ์ที่ทำการทดสอบ เพื่อผ่านเกณฑ์มาตรฐานนั้นๆ. หมายเลขที่ตามหลังตราสัญลักษณ์ CE เช่น CE 0194 หมายถึงห้องปฏิบัติการณ์ทดสอบอิสระ Notified Body ซึ่งเป็นหน่วยงานหรือองค์กร ที่ทำหน้าที่รับรองคุณภาพผลิตภัณฑ์ และตอบคำถามหากมีข้อสงสัย เพื่อยืนยันผลการทดสอบที่ออกให้ เช่นเดียวกับมาตรฐาน NFPA ที่หากจะนำมาใช้รับรองอุปกรณ์ จะต้องผ่านการทดสอบโดย ห้องปฏิบัติการณ์เอกชน Underwriter’s Laboratory (UL) ซึ่งสามารถตรวจสอบการรับรองผล บนฐานข้อมูลออนไลน์ได้เช่นกัน.
เราเคยสอบถามไปยังห้องปฎิบัติการณ์เอกชน เพื่อตรวจสอบอุปกรณ์บางยี่ห้อ ที่มีวางจำหน่ายในท้องตลาด และได้รับคำตอบว่าไม่เคยมีการทดสอบจริง และไม่มีความเกี่ยวข้องใดๆกับสินค้าที่นำตัวเลขไปแอบอ้างไว้. น่าหวั่นใจว่า ถ้าเจ้าของสินค้ามีเจตนาหลบเลี่ยง ผลักความเสี่ยงไปที่ผู้ซื้อ แล้วความน่าเชื่อถือหรือตัวเลขและตราสัญลักษณ์ทั้งหลาย จะมีความหมายอะไร? จะวางใจในตัวเลขที่เห็นได้หรือ? และที่มาของอัตรารับแรงดึงขั้นต่ำ มาจากการทดสอบและคำนวนหาค่า 3 Sigma หรือว่าใช้ตัวเลขแรงดึงต่ำสุดลงไป ใครล่ะจะรู้? น่าสงสัยไปอีกว่า ได้ลงทุนทำทดสอบอุปกรณ์จริงๆหรือไม่? ซึ่งเราไม่ขอรับรู้ และไม่ต้องการเสี่ยงที่จะใช้ หรือมาเข้าใจในภายหลัง เมื่อทุกอย่างสายเกินไป.
ด้วยเหตุนี้เอง เราจึงเลือกใช้เฉพาะอุปกรณ์จากโรงงานผู้ผลิต ที่เราตรวจสอบและยืนยันผลการทดสอบได้ เพราะความทนทานที่แท้จริง วัดได้จากมาตรฐานความปลอดภัย ที่โรงงานผู้ผลิตเลือกใช้และต้องพิสูจน์ได้จริง.